CN112350443A - 一种基于磁力与摩擦电效应的海浪能收集器 - Google Patents
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Abstract
本发明属于能量采集领域，具体涉及一种基于磁力与摩擦电效应的海浪能收集器，包括若干通过挠性金属弹簧模块相连的保护壳体，所述保护壳体内配合安装磁震荡系统，所述磁震荡系统包括电能输出模块和若干磁振荡器，所述磁振荡器包括第一支撑体、介电胶囊、第一磁体单元、第二磁体单元、支撑壳体及电极单元。本发明能够提高振荡效率，磁体的存在使振动次数增加了许多倍，从而增加产生的能量。
Description
技术领域
本发明属于能量采集领域，具体涉及一种基于磁力与摩擦电效应的海浪能收集器。
背景技术
随着全球气候变暖危机和能源危机的日益加剧，寻找可再生能源已成为人类文明可持续发展的严峻挑战之一。近几十年来，研究工作集中在获取清洁可再生能源以及可再生能源技术的发展上。如今，纳米技术是新时代响应上述研究需求最重要的技术之一，该技术依赖于纳米尺度的特殊性质提供了较普通系统不同的开发理念，在这种微观尺度下，纳米材料和纳米颗粒展现出以前未曾观察到的新特性和行为。2006年，研究人员在纳米技术科学中首次使用了 “纳米发电机” 这一术语来为特定系统提供动力。
纳米发电机通过使用环境和生物能为纳米系统提供能量。纳米发电机能够将机械能转化为电能。纳米发电机主要分为四个部分：压电纳米发电机，摩擦电纳米发电机，热电纳米发电机和柔性电纳米发电机。压电和TENG被用作提供微型系统的最重要的纳米发电机。纳米发电机具有两个电位差不同的板，在每个板上放置两个电极以产生静电感应（TENG）。 TENG也称为介电板，自推出以来，基于TENG的纳米发电机引起了最多的关注。它们的成本效益、简单性和独特的结构已在机械到电能转换领域得到了充分证明。当前为纳米发电机定义了四个基本功能包括：垂直冲击模式，滑动模式，单电极模式和独立板模式。
在本发明中，考虑到海浪的能量以及为了开发可再生能源，我们提出了一种设计，该设计利用了磁性使磁板之间产生振动，并且利用了纳米发电概念收集电能。
本发明解决的问题是提高振荡效率，磁体的存在使振动次数增加了许多倍，从而增加产生的能量。另外，介电部分的胶囊状设计意味着介质部分与振荡板无关，因此不存在侧向摩擦，振荡达到最大值。例如，如果使用任何其他设计来产生能量，振动的次数将由于附在振荡装置上的板之间的摩擦而减少，所以本设计的创新之处在于磁体概念和介电胶囊概念的运用。
发明内容
为了弥补现有技术的不足，本发明提供一种基于磁力与摩擦电效应的海浪能收集器技术方案。
所述的一种基于磁力与摩擦电效应的海浪能收集器，其特征在于包括若干通过挠性金属弹簧模块相连的保护壳体，所述保护壳体内配合安装磁震荡系统，所述磁震荡系统包括电能输出模块和若干磁振荡器，所述磁振荡器包括第一支撑体、介电胶囊、第一磁体单元、第二磁体单元、支撑壳体及电极单元，电极单元配合安装于第一支撑体上，支撑壳体配合安装于电极单元内，介电胶囊滑动配合于支撑壳体内，两者能够通过滑动摩擦生电，第一磁体单元固定于介电胶囊两端，第二磁体单元位于介电胶囊两端与第一磁体单元相对应位置，第二磁体单元与第一磁体单元相斥，所述电能输出模块用以接收储存磁振荡器产生的电能。
所述的一种基于磁力与摩擦电效应的海浪能收集器，其特征在于所述磁震荡系统还包括位于保护壳体中心的中心支座，所述电能输出模块和磁振荡器配合安装于中心支座与保护壳体之间。
所述的一种基于磁力与摩擦电效应的海浪能收集器，其特征在于所述电能输出模块和磁振荡器分布于中心支座上下四周。
所述的一种基于磁力与摩擦电效应的海浪能收集器，其特征在于所述第一支撑体配合安装于中心支座与保护壳体之间，所述介电胶囊的表面涂覆第一摩擦生电材料层，支撑壳体内壁涂覆与第一摩擦生电材料层对应的第二摩擦生电材料层，，第一摩擦生电材料层与第二摩擦生电材料层能够通过摩擦生电。
所述的一种基于磁力与摩擦电效应的海浪能收集器，其特征在于所述第一支撑体上开设与介电胶囊对应的第一槽孔，所述电极单元由第一槽孔涂覆导电金属涂层所形成，支撑壳体具有与第一槽孔匹配的槽形壳壁，介电胶囊滑动配合于槽形壳壁内。
所述的一种基于磁力与摩擦电效应的海浪能收集器，其特征在于所述第一支撑体和支撑壳体均分为左右分体结构，相应的，电极单元也被分为相对的两极。
所述的一种基于磁力与摩擦电效应的海浪能收集器，其特征在于所述第二磁体单元通过配合安装于中心支座与保护壳体之间的第二支撑体固定。
所述的一种基于磁力与摩擦电效应的海浪能收集器，其特征在于所述电能输出模块包括高能电容器和控制电路，所述第一支撑体和/或支撑壳体上配合安装用以收集电能的电容器存储单元和用以将电容器存储单元收集的电能输送至控制电路的电压传输线，电能通过控制电路被存储在高能电容器中。
所述的一种基于磁力与摩擦电效应的海浪能收集器，其特征在于所述保护壳体呈点状阵列排布，相邻保护壳体间通过挠性金属弹簧模块相连。
所述的一种基于磁力与摩擦电效应的海浪能收集器，其特征在于所述保护壳体为球状结构。
与现有技术相比，本发明能够提高振荡效率，磁体的存在使振动次数增加了许多倍，从而增加产生的能量。另外，介电部分的胶囊状设计意味着介质部分与振荡板无关，因此不存在侧向摩擦，振荡达到最大值。例如，如果使用任何其他设计来产生能量，振动的次数将由于附在振荡装置上的板之间的摩擦而减少，所以本发明的创新之处在于磁体概念和介电胶囊概念的运用。
附图说明
图1为本发明结构示意图；
图2为本发明中磁震荡系统结构示意图；
图3为本发明中磁振荡器3结构示意图，图中未示出介电胶囊和支撑壳体，且第一支撑体仅示出其中一分体的结构；
图4为本发明中支撑壳体与介电胶囊连接结构示意图，图中仅示出支撑壳体其中一分体的结构；
图5为本发明中支撑壳体的分体结构示意图；
图6为本发明中介电胶囊结构示意图；
图7为本发明中保护壳体分解结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步说明。
如图所示，一种基于磁力与摩擦电效应的海浪能收集器，包括若干通过挠性金属弹簧模块2相连的保护壳体1，所述保护壳体1内配合安装磁震荡系统，所述磁震荡系统包括电能输出模块4和若干磁振荡器3，所述磁振荡器3包括第一支撑体300、介电胶囊304、第一磁体单元305、第二磁体单元302、支撑壳体303及电极单元308，电极单元308配合安装于第一支撑体300上，支撑壳体303配合安装于电极单元308内，介电胶囊304滑动配合于支撑壳体303内，两者能够通过滑动摩擦生电，第一磁体单元305固定于介电胶囊304两端，第二磁体单元302位于介电胶囊304两端与第一磁体单元305相对应位置，第二磁体单元302与第一磁体单元305相斥，所述电能输出模块4用以接收储存磁振荡器3产生的电能。
作为优化：所述磁震荡系统还包括位于保护壳体1中心的中心支座5，所述电能输出模块4和磁振荡器3配合安装于中心支座5与保护壳体1之间。
在上述结构中，所述电能输出模块4和磁振荡器3分布于中心支座5上下四周。更为具体的，电能输出模块4位于中心支座5上端，磁振荡器3有五个，分别位于中心支座5前后左右及下端。
在上述结构中，所述第一支撑体300配合安装于中心支座5与保护壳体1之间。
对上述结构的进一步说明：所述介电胶囊304的主体由硅橡胶制成，介电胶囊304的表面涂覆第一摩擦生电材料层，支撑壳体303内壁涂覆与第一摩擦生电材料层对应的第二摩擦生电材料层，当介电胶囊304在支撑壳体303内滑动时，两种的摩擦生电材料层通过摩擦能够产生电能，第一摩擦生电材料层优选为聚酰亚胺涂层，第二摩擦生电材料层优选为铜涂层，此外，第一摩擦生电材料层和第二摩擦生电材料层也可以选择其它能够摩擦生电的材料组合。
对上述结构的进一步说明：所述第一支撑体300上开设与介电胶囊304对应的第一槽孔，所述电极单元308由第一槽孔涂覆导电金属涂层所形成，支撑壳体303具有与第一槽孔匹配的槽形壳壁3030，介电胶囊304滑动配合于槽形壳壁3030内。
对上述结构的进一步说明：所述第一支撑体300和支撑壳体303均分为左右分体结构，相应的，电极单元308也被分为相对的两极。具体的，电极单元308由上述的第一槽孔所形成，该第一槽孔表面涂覆导电金属涂层，由于第一支撑体300分为左右两个分体结构，同样的，该导电金属涂层也由两个分开的涂层组成，两层涂层之间具有空隙，因此，电极单元308被分为相对的两极。
对上述结构的进一步说明：所述第二磁体单元302通过配合安装于中心支座5与保护壳体1之间的第二支撑体301固定。
作为优化：所述电能输出模块4包括高能电容器400和控制电路401，所述支撑壳体303上配合安装用以收集电能的电容器存储单元306和用以将电容器存储单元306收集的电能输送至控制电路401的电压传输线307，电能通过控制电路401被存储在高能电容器400中。
作为优化：所述保护壳体1呈点状阵列排布，在横向方向上和纵向方向上，相邻的保护壳体1间通过挠性金属弹簧模块2相连。所述保护壳体1和中心支座5均为球状结构。
作为优化：本发明的保护壳体1由两个分体结构连接构成，其中一个分体结构的连接端四周布置有插槽，另一个分体结构的连接端布置有对应的插杆，插杆与插槽插接配合。
在本发明中，每个磁振荡器设置有第一磁体单元305和第二磁体单元302，磁体以互斥顺序排列以产生振荡，涂覆有聚酰亚胺涂层的介电胶囊304在支撑壳体303内振荡，支撑壳体303上涂有铜涂层，介电胶囊304振荡产生的电压由嵌入每个磁振荡器中的电容器存储单元306收集，通过电压传输线307传输到控制电路401，电能通过控制电路401被存储在高能电容器400中，电能输出模块4能够通过通过通信线输出电能。
本发明从海浪中产生电能，其形式为矩阵的网络。每个保护壳体1的总体结构为圆形，使用挠性金属弹簧模块2将矩阵网格相互连接。该发明的操作基于电磁学原理（TENG）。图2、3显示了单个震荡器3的结构，每个震荡器3具有两个第二磁体单元302，这些磁体用狭窄的第二支撑体301固定。解释磁震荡是如何工作的：两个第二磁体单元302以正电极（正电极和正电极）的形式彼此面对，这意味着，如果其中一个沿X方向（沿第二个磁体的方向）移动，则偏移将引起波动，因为这两个磁体不断相互排斥，以保持平衡，第二支撑体301自然震动，因为两个磁体都试图互相排斥以达到100％平衡。在两个第二磁体单元302之间是电极单元和电介胶囊304。
实际上，该现象（TENG）是基于电极板和介电板之间的电势差。在该发明中，使用的电极单元是导电金属镀层。镀导电金属板由两个独立的部分组成：第一镀导电金属板与第二镀导电金属板相距相对较近（如1mm）。该设备的介电胶囊304设计为圆柱形胶囊，圆柱形胶囊由硅橡胶制成。介电胶囊304的两侧有两个第一磁体单元305，它们具有相反的磁极，第二磁体单元302的磁极则位于其正面，因此，当第二磁体单元302振动时，第一磁体单元305在电极单元中振动，并由于电位差产生电压。电能由电容器存储单元306收集，通过电压传输线307传输到控制电路401。最后，所产生的电能被存储在高能电容器400中。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。
Claims (10)
1.一种基于磁力与摩擦电效应的海浪能收集器，其特征在于包括若干通过挠性金属弹簧模块（2）相连的保护壳体（1），所述保护壳体（1）内配合安装磁震荡系统，所述磁震荡系统包括电能输出模块（4）和若干磁振荡器（3），所述磁振荡器（3）包括第一支撑体（300）、介电胶囊（304）、第一磁体单元（305）、第二磁体单元（302）、支撑壳体（303）及电极单元（308），电极单元（308）配合安装于第一支撑体（300）上，支撑壳体（303）配合安装于电极单元（308）内，介电胶囊（304）滑动配合于支撑壳体（303）内，两者能够通过滑动摩擦生电，第一磁体单元（305）固定于介电胶囊（304）两端，第二磁体单元（302）位于介电胶囊（304）两端与第一磁体单元（305）相对应位置，第二磁体单元（302）与第一磁体单元（305）相斥，所述电能输出模块（4）用以接收储存磁振荡器（3）产生的电能。
2.根据权利要求1所述的一种基于磁力与摩擦电效应的海浪能收集器，其特征在于所述磁震荡系统还包括位于保护壳体（1）中心的中心支座（5），所述电能输出模块（4）和磁振荡器（3）配合安装于中心支座（5）与保护壳体（1）之间。
3.根据权利要求2所述的一种基于磁力与摩擦电效应的海浪能收集器，其特征在于所述电能输出模块（4）和磁振荡器（3）分布于中心支座（5）上下四周。
4.根据权利要求2所述的一种基于磁力与摩擦电效应的海浪能收集器，其特征在于所述第一支撑体（300）配合安装于中心支座（5）与保护壳体（1）之间，所述介电胶囊（304）的表面涂覆第一摩擦生电材料层，支撑壳体（303）内壁涂覆与第一摩擦生电材料层对应的第二摩擦生电材料层，第一摩擦生电材料层与第二摩擦生电材料层能够通过摩擦生电。
5.根据权利要求4所述的一种基于磁力与摩擦电效应的海浪能收集器，其特征在于所述第一支撑体（300）上开设与介电胶囊（304）对应的第一槽孔，所述电极单元（308）由第一槽孔涂覆导电金属涂层所形成，支撑壳体（303）具有与第一槽孔匹配的槽形壳壁（3030），介电胶囊（304）滑动配合于槽形壳壁（3030）内。
6.根据权利要求5所述的一种基于磁力与摩擦电效应的海浪能收集器，其特征在于所述第一支撑体（300）和支撑壳体（303）均分为左右分体结构，相应的，电极单元（308）也被分为相对的两极。
7.根据权利要求2所述的一种基于磁力与摩擦电效应的海浪能收集器，其特征在于所述第二磁体单元（302）通过配合安装于中心支座（5）与保护壳体（1）之间的第二支撑体（301）固定。
8.根据权利要求1-7中任一所述的一种基于磁力与摩擦电效应的海浪能收集器，其特征在于所述电能输出模块（4）包括高能电容器（400）和控制电路（401），所述第一支撑体（300）和/或支撑壳体（303）上配合安装用以收集电能的电容器存储单元（306）和用以将电容器存储单元（306）收集的电能输送至控制电路（401）的电压传输线（307），电能通过控制电路（401）被存储在高能电容器（400）中。
9.根据权利要求1-7中任一所述的一种基于磁力与摩擦电效应的海浪能收集器，其特征在于所述保护壳体（1）呈点状阵列排布，相邻保护壳体（1）间通过挠性金属弹簧模块（2）相连。
10.根据权利要求1-7中任一所述的一种基于磁力与摩擦电效应的海浪能收集器，其特征在于所述保护壳体（1）为球状结构。
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