CN110557044B - 电磁—摩擦发电的水流发电装置 - Google Patents

电磁—摩擦发电的水流发电装置 Download PDF

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Abstract

本发明公开了电磁—摩擦发电的水流发电装置，涉及发电设备领域，为达到上述目的，包括支架、摩擦发电系统和机械能传递系统；所述摩擦发电系统包括有第一绝缘筒、第一电极、第一摩擦层、第二摩擦层、第二电极和第二绝缘筒；所述第二绝缘筒内置于所述第一绝缘筒；所述第一绝缘筒内壁设有所述第一电极，所述第一电极的内壁设有所述第一摩擦层；所述第二绝缘筒的外壁设有所述第二电极，所述第二电极的外壁设有第二摩擦层；所述第一摩擦层和所述第二摩擦层相对圆周转动配合，本发明结构简单，运行可靠，能够充分利用各类江水、河水中的水流动能，达到对江水、河水微小动能的收集，同时减少江水、河水对两岸的冲刷，推广价值大，节能意义突出。

Description

电磁—摩擦发电的水流发电装置
技术领域
本发明涉及一种电磁—摩擦发电的水流发电装置，主要涉及发电设备领域。
背景技术
随着全球变暖的不断加剧，人类生存环境的不断恶化，节能减排成为当今社会的必然要求。节能减排重在减排，而减少污染物排放的有效途径就是向可再生能源获取能量。在目前的发电系统中，风能、水能发电都为清洁能源发电，排放的污染物很少或者为零。对于水力发电而言，绝大多数的发电系统都需要建立水坝，提高水的重力势能后驱动水轮机发电。因此水力发电对水的条件和能量要求较高。而我们地球表面却分布着大大小小数量众多的小河流，河水流动过程中尽管没有较大的势差，但是却存在着水平方向和流向方向的流动速度。由于流动速度较小，一直无法被收集利用。
发明内容
针对以上现有技术的不足，本发明提出一种电磁—摩擦发电的水流发电装置，可以高效利用江水、河水的微小流动动能，进而发电，同时由于设置在江河岸边，减少江水、河水对两岸的冲刷，推广价值大，节能意义突出。
为达到上述目的，本发明的技术方案是：包括摩擦发电系统、机械能传递系统和固定架；所述摩擦发电系统包括有第一绝缘筒、第一电极、第一摩擦层、第二摩擦层、第二电极和第二绝缘筒；所述第一绝缘筒设置于所述固定架上，所述第二绝缘筒内置于所述第一绝缘筒；所述第一绝缘筒内壁设有所述第一电极，所述第一电极的内壁设有所述第一摩擦层，所述第一摩擦层为半圆型；所述第二绝缘筒的外壁设有所述第二电极，所述第二电极的外壁设有第二摩擦层，所述第二摩擦层为半圆型；所述第一摩擦层和所述第二摩擦层相对圆周转动配合，所述第一电极和所述第二电极外接输出接头；所述机械传递系统包括传递轴、齿轮组和水叶轮，所述传递轴与所述第二绝缘筒同轴固定，所述传递轴延伸至所述第二绝缘筒的外部，并通过所述齿轮组与所述水叶轮联动配合。
本发明的技术原理及有益效果如下：
其中水叶轮与水域的水流接触，水流带动水叶轮转动，通过齿轮组、传递轴带动第二绝缘筒转动，第一绝缘筒在水域相对不动，由于第一摩擦层通过第一电极固定于第一绝缘筒，第二摩擦层通过第二电极固定于第二绝缘筒，因此工作过程，第一摩擦层和第二摩擦层将发生相对转动，第一摩擦层和第二摩擦层相对摩擦的过程中产生电势差，即进行发电，其中第一电极和第二电极外接输出电线。
使用的时候，将本方案的第一绝缘筒相对水域固定，具体的可以固定在江河临近岸边，其中水叶轮与水流接触，水流的过程中即可带动水叶轮转动，最终使得第一摩擦层和第二摩擦层相对摩擦，以便发电，通过本方案可以高效利用江水、河水的微小流动动能，进而发电，同时由于设置在江河岸边，减少江水、河水对两岸的冲刷，推广价值大，节能意义突出。
优选地，所述第一绝缘筒转动配合于所述固定架上，所述第一绝缘筒的外壁螺旋辐射固定有叶片，来自同一方向的水流经过所述叶片和所述水叶轮时，带动第一摩擦层和所述第二摩擦层在相反方向转动。
通过在第一绝缘筒外壁设置叶片，水流冲刷叶片可以带动第一绝缘筒转动，水流冲刷水叶轮的时候，也可以带动第二绝缘筒转动，由于同一方向过来的水流带动第一绝缘筒和第二绝缘筒向相反的方向转动，因此第一摩擦层和第二摩擦层将相对转动，由于第一绝缘筒和第二绝缘筒都会受到水流的带动，因此通过以上方案可以显著提高第一摩擦层和第二摩擦层相对运动的动力，提高发电效率。
优选地，所述固定架包括支架和滑杆，所述滑杆竖直设置，所述支架轴向滑动配合于所述滑杆上，所述第一绝缘筒转动配合于所述支架上，随着水面上下变化，固定架带动摩擦发电系统在滑杆上下变化，使得摩擦发电系统始终与水流接触，充分利用水的冲刷流动进行发电。
优选地，所述第一绝缘筒的一端同轴设有第一转筒，所述第一绝缘筒的另一端同轴设有第二转筒，所述第一转筒和所述第二转筒分别与所述支架转动配合，所述传递轴自所述第二转筒延伸至外部，所述传递轴与所述第二转筒之间设有唇形密封圈配合，通过以上方案可以对第一绝缘筒进行密封，同时保证水叶轮借助传递轴向第二绝缘筒内进行动力传递。
优选地，所述固定架设有空气腔，所述空气腔的侧壁设有与外界隔离的弹性膜，所述弹性膜的内壁固定有若干磁铁，每一所述磁铁对应设有螺旋线圈，所述螺旋线圈通过支撑杆固定于空气腔内，所述螺旋线圈的两端为外接输出接头，当弹性膜受到水平方向水流冲击时，所述弹性膜被压缩鼓起，其镶贴的磁铁向螺旋线圈靠近，螺旋线圈磁通量发生变化，而产生电流；当水平方向水流返回时，所述弹性膜被复位，其镶贴的磁铁远离螺旋线圈，螺旋线圈磁通量发生变化，又产生电流。
优选地，所述齿轮组设置于齿轮箱内，所述齿轮箱固定于所述支架下部，便于将水叶轮受到的动力传递到第二绝缘筒内。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的其中两幅，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例的外部结构示意图；
图2为本发明实施例的内部结构示意图；
图3是图2的A局部放大图；
图4为本发明实施例的摩擦发电系统第一摩擦层和第二摩擦层分开的横截面图
图5为本发明实施例的摩擦发电系统第一摩擦层和第二摩擦层接触的横截面图；
图6为本发明实施例的支架的侧视图。
其中，基座1、滑杆2、支架3、空气腔4、螺旋线圈41、支撑杆42、磁铁43、摩擦发电系统5、轴承51、第一转筒52、第一绝缘筒53、第一电极54、第一摩擦层55、第二摩擦层56、第二电极57、第二绝缘筒58、叶片59、机械能传递系统6、水叶轮61、唇形密封圈62、传递轴63、齿轮箱64、第二转筒65、第二固定板70、导电杆71、第一固定板72、导电弹簧73、导电筒74、第二输出导线75、第一输出导线76、摩擦导电片77。
具体实施方式
下面将结合附图，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的较佳实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例
如图1所示，本技术方案实施例包括摩擦发电系统5、机械能传递系统6和固定架。
所述摩擦发电系统5包括有第一绝缘筒53、第一电极54、第一摩擦层55、第二摩擦层56、第二电极57和第二绝缘筒58。第一摩擦层和第二摩擦层是两种得失电子能力不同电介质，一种为聚四氟乙烯，另一种为聚对苯二甲酸类塑料。
所述第一绝缘筒53设置于所述固定架上，所述固定架包括支架3和滑杆2，所述滑杆2竖直设置，所述支架3轴向滑动配合于所述滑杆2上，所述第一绝缘筒53转动配合于所述支架3上，随着水面上下变化，固定架带动摩擦发电系统5在滑杆2上下变化，使得摩擦发电系统5始终与水流接触，充分利用水的冲刷流动进行发电。
所述第二绝缘筒58内置于所述第一绝缘筒53，所述第一绝缘筒53内壁设有所述第一电极54，所述第一电极54的内壁设有所述第一摩擦层55，所述第一摩擦层55为半圆型，所述第二绝缘筒58的外壁设有所述第二电极57，所述第二电极57的外壁设有第二摩擦层56，所述第二摩擦层56为半圆型。
所述第一摩擦层55和所述第二摩擦层56相对圆周转动配合，所述第一电极54和所述第二电极57外接输出接头，所述机械传递系统包括传递轴63、齿轮组和水叶轮61，所述传递轴63与所述第二绝缘筒58同轴固定，所述传递轴63延伸至所述第二绝缘筒58的外部，并通过所述齿轮组与所述水叶轮61联动配合，齿轮组设置在齿轮箱64内，齿轮箱64与水叶轮61的轴设有唇形密封圈。
通过在第一绝缘筒53外壁设置叶片59，水流冲刷叶片59可以带动第一绝缘筒53转动，水流冲刷水叶轮61的时候，也可以带动第二绝缘筒58转动，由于同一方向过来的水流带动第一绝缘筒53和第二绝缘筒58向相反的方向转动，因此第一摩擦层55和第二摩擦层56将相对转动，由于第一绝缘筒53和第二绝缘筒58都会受到水流的带动，因此通过以上方案可以显著提高第一摩擦层55和第二摩擦层56相对运动的动力，提高发电效率。
所述第一绝缘筒53的一端同轴设有第一转筒52，所述第一绝缘筒53的另一端同轴设有第二转筒65，所述第一转筒52和所述第二转筒65分别与所述支架3通过轴承转动配合，第一转筒52与支架之间设置设有唇形密封圈62，所述传递轴63自所述第二转筒65延伸至外部，所述传递轴63与所述第二转筒65之间设有唇形密封圈62配合，通过以上方案可以对第一绝缘筒53进行密封，同时保证水叶轮61借助传递轴63向第二绝缘筒58内进行传递动力。
具体第一电极54和第二电极57外接输出接头的方式如下，所述第一转筒52内设有导电筒74，所述导电筒74的内端设有摩擦导电片77，所述摩擦导电片77与所述第一电极54摩擦配合，所述导电筒74的外端通过第一固定板72与支架3固定，所述导电筒74电连有第一输出导线76；所述导电筒74内设有导电杆71，所述导电杆71与所述导电筒74相对绝缘设置，本实施例采用空气绝缘，导电杆71的内端通过导电弹簧73抵靠至第二电极57，所述导电杆71的外端通过第二固定板70与支架3固定，所述导电杆71电连有第二输出导线75。
所述第一绝缘筒53转动配合于所述固定架上，所述第一绝缘筒53的外壁螺旋辐射固定有叶片59，来自同一方向的水流经过所述叶片59和所述水叶轮61时，带动第一摩擦层55和所述第二摩擦层56在相反方向转动。
所述固定架设有空气腔4，所述空气腔4的侧壁设有与外界隔离的弹性膜，所述弹性膜的内壁固定有若干磁铁43，每一所述磁铁43对应设有螺旋线圈41，所述螺旋线圈41通过支撑杆42固定于空气腔4内，所述螺旋线圈41的两端为外接输出接头，当弹性膜受到水流冲击时，所述弹性膜被压缩鼓起，其镶贴的磁铁43向螺旋线圈41靠近，螺旋线圈41磁通量发生变化，而产生电流；当水流返回时，所述弹性膜被复位，其镶贴的磁铁43远离螺旋线圈41，螺旋线圈41磁通量发生变化，又产生电流。
其中水叶轮61与水域的水流接触，水流带动水叶轮61转动，通过齿轮组、传递轴63带动第二绝缘筒58转动，第一绝缘筒53在叶片的作用也会发生转动，但是第一绝缘筒53和第二绝缘筒58的转动方向不同，由于第一摩擦层通过第一电极固定于第一绝缘筒53，第二摩擦层通过第二电极固定于第二绝缘筒58，因此工作过程，第一摩擦层和第二摩擦层将发生相对转动，第一摩擦层和第二摩擦层相对摩擦的过程中产生电势差，即进行发电，其中第一电极54和第二电极57外接输出电线。
本方案中摩擦发电的基本原理：基于在摩擦层外力驱动下，滑动摩擦起电和平面电荷分离过程的耦合。在外力作用下，两个接触面发生相对滑动，由于摩擦电极性的差别，两个接触面上带上了等量而相反的摩擦电荷。在两个接触面分离的过程中，由于静电感应，造成两个金属电极之间形成电势差，在电势差的驱使下，电子从一个电极流向另一个电极。在两个接触面反复推拉的过程中，摩擦发电机输出交流脉冲信号。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.电磁—摩擦发电的水流发电装置，其特征在于，包括摩擦发电系统(5)、机械能传递系统(6)和固定架；
所述摩擦发电系统(5)包括有第一绝缘筒(53)、第一电极(54)、第一摩擦层(55)、第二摩擦层(56)、第二电极(57)和第二绝缘筒(58)；
所述第一绝缘筒(53)设置于所述固定架上，所述第二绝缘筒(58)内置于所述第一绝缘筒(53)；
所述第一绝缘筒(53)内壁设有所述第一电极(54)，所述第一电极(54)的内壁设有所述第一摩擦层(55)，所述第一摩擦层(55)为半圆型；
所述第二绝缘筒(58)的外壁设有所述第二电极(57)，所述第二电极(57)的外壁设有第二摩擦层(56)，所述第二摩擦层(56)为半圆型；
所述第一摩擦层(55)和所述第二摩擦层(56)相对圆周转动配合，所述第一电极(54)和所述第二电极(57)外接输出接头；
所述机械能传递系统包括传递轴(63)、齿轮组和水叶轮(61)，所述传递轴(63)与所述第二绝缘筒(58)同轴固定，所述传递轴(63)延伸至所述第二绝缘筒(58)的外部，并通过所述齿轮组与所述水叶轮(61)联动配合；
所述固定架设有空气腔(4)，所述空气腔(4)的侧壁设有与外界隔离的弹性膜，所述弹性膜的内壁固定有若干磁铁(43)，每一所述磁铁(43)对应设有螺旋线圈(41)，所述螺旋线圈(41)通过支撑杆(42)固定于空气腔(4)内，所述螺旋线圈(41)的两端为外接输出接头；
所述第一绝缘筒(53)转动配合于所述固定架上，所述第一绝缘筒(53)的外壁螺旋辐射固定有叶片(59)，来自同一方向的水流经过所述叶片(59)和所述水叶轮(61)时，带动第一摩擦层(55)和所述第二摩擦层(56)在相反方向转动。
2.根据权利要求1所述的电磁—摩擦发电的水流发电装置，其特征在于：所述固定架包括支架(3)和滑杆(2)，所述滑杆(2)竖直设置，所述支架(3)轴向滑动配合于所述滑杆(2)上，所述第一绝缘筒(53)转动配合于所述支架(3)上。
3.根据权利要求2所述的电磁—摩擦发电的水流发电装置，其特征在于：所述第一绝缘筒(53)的一端同轴设有第一转筒(52)，所述第一绝缘筒(53)的另一端同轴设有第二转筒(65)，所述第一转筒(52)和所述第二转筒(65)分别与所述支架(3)转动配合，所述传递轴(63)自所述第二转筒(65)延伸至外部，所述传递轴(63)与所述第二转筒(65)之间设有唇形密封圈(62)配合。
4.根据权利要求2所述的电磁—摩擦发电的水流发电装置，其特征在于：所述齿轮组设置于齿轮箱(64)内，所述齿轮箱固定于所述支架(3)。
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