CN203984306U - 一种自驱动照明装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种自驱动照明装置，包括：摩擦发电机，其用于将机械能转化为电能；太阳能电池，其用于收集太阳能，并将其转化为电能；储能单元，其连接至摩擦发电机和太阳能电池，并用于存储摩擦发电机和太阳能电池产生的电能；照明单元，其在储能单元提供的电能驱动下进行照明。本实用新型提出的上述自驱动照明灯具有绿色、无污染、能量转换效率高、成本低等特点。
Description
技术领域
本实用新型涉及发电技术领域，尤其涉及一种利用摩擦发电技术和太阳光伏技术的自驱动照明装置，特别适用于机动车辆、街道、广场、公园等的照明设施。
背景技术
通常来讲，发电机是一种能够生成电荷，并利用电势差驱动自由电子流动的装置，它能够以电磁、压电、电热甚至静电效应为基础。摩擦电和静电现象是一种非常普遍的现象，存在于我们日常生活中各个层面，从走路到开车等等。由于它很难被收集和利用，往往是被人们所忽略的一种能源形式，甚至它一直作为一种负效应在各种技术中被尽量避免；最近科学家正是利用此效应开发出了能够将机械能转化成人类所能利用的电能的发电机，其最大能量转换效率达到百分之六十左右，功率密度达到313瓦每平方米，可以有效的将周围的各种动能转换成电能，驱动上百个商用LED灯。同时近年来太阳能光伏技术发展迅速，前景可观，是一种零污染、绿色、可再生的能源，现在正被大规模推广。如果能够通过一种新的方法收集摩擦产生的电能和太阳产生的光能，或者利用该方法将大自然中的动能或者太阳产生的光能转换为能够利用的电能，将对人们的日常生活产生重要影响。
实用新型内容
为此，本实用新型提出了一种能够同时收集机械能和太阳能的，最大限度的利用周围的可再生能源，并将其转换成电能的自驱动照明装置。
根据本实用新型的一方面，其提供了一种自驱动照明装置，包括：
摩擦发电机，其用于将机械能转化为电能；
太阳能电池，其用于收集太阳能，并将其转化为电能；
储能单元，其连接至摩擦发电机和太阳能电池，并用于存储摩擦发电机和太阳能电池产生的电能；
照明单元，其连接至储能单元，并在储能单元提供的电能驱动下进行照明。
可选地，所述摩擦发电机包括：第一摩擦件、第二摩擦件，且所述第一摩擦件和第二摩擦件由两种电负性不同的材料制成，其中所述第二摩擦件为导体，第一摩擦件为绝缘材料或者半导体；
所述第一摩擦件内表面和第二摩擦件的内表面在外力作用下发生相互摩擦产生电荷，且所产生的电荷通过所述第二摩擦件导出形成电流。
可选地，所述摩擦发电机包括：第一摩擦件和第二摩擦件，其中，
所述第一摩擦件为由第一电极层和第一摩擦层构成的多层结构，第一摩擦层为绝缘材料或者半导体材料，第一摩擦件的内表面为第一摩擦层材料；且所述第一摩擦层和第二摩擦件由两种电负性不同的材料制成；
所述第一摩擦件内表面和第二摩擦件的内表面在外力作用下发生相互摩擦产生电荷，在所述第一电极层中产生感应电荷，且所产生的感应电荷通过所述第一电极层导出形成电流。
可选地，所述第二摩擦件为由第二电极层和第二摩擦层构成的多层结构，第二摩擦层为绝缘材料或者半导体材料，第二摩擦件的内表面为第二摩擦层材料；所述第一摩擦层和第二摩擦层由两种电负性不同的材料制成；
所述第一摩擦件内表面和第二摩擦件的内表面在外力作用下发生相互摩擦产生电荷，在所述第一电极层和第二电极层中产生等量异号的感应电荷，在第一电极层与第二电极层之间形成电流输出，或者通过两个电极层分别进行电流输出。
可选地，所述第一摩擦件和/或第二摩擦件的内表面上部分或者全部设置有微结构。
可选地，所述微结构为纳米线、纳米管、纳米颗粒、纳米棒、纳米花、纳米沟槽、微米沟槽、纳米锥、微米锥、纳米球和微米球状结构，以及上述结构中的一种或者几种形成的阵列。
可选地，所述第一摩擦件和第二摩擦件分别固定在第一基底和第二基底上，且第一摩擦件和第二摩擦件通过连接在第一基底和第二基底上的弹性部件连接。
可选地，所述第一基底和第二基底由刚性材料制成。
可选地，在所述摩擦发电机与储能单元之间还包括整流单元，所述整流单元将摩擦发电机输出的交流电流转变为直流电流。
可选地，所述摩擦发电机安装在汽车轮胎内，所述太阳能电池安装在汽车车顶；
或者，所述摩擦发电机设置在所述照明单元所在的路面上，所述太阳能电池置于照明单元上方。
本实用新型提出上述自驱动照明装置，利用路面上、车辆上等的动能激励摩擦发电机部分，产生电能并储存在储能单元中；同样太阳的辐射激励太阳能电池部分，利用光伏效应将产生的电能也储存在电容器中。夜间时，打开开关部分，该系统就能为车辆、街道、公园、甚至城市提供电力资源，实现自驱动，零消耗的新系统。本实用新型提出的上述自驱动照明灯具有绿色、无污染、能量转换效率高、成本低等特点。
附图说明
图1是本实用新型提供的一种自驱动照明装置的结构示意图；
图2是本实用新型实施例中摩擦发电机的结构示意图。
具体实施方式
为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本实用新型作进一步的详细说明。
图1示出了本实用新型提供的一种自驱动照明装置的结构示意图。如图1所示，该照明装置包括：
摩擦发电机1，其用于将机械能转化为电能；
太阳能电池2，其用于收集太阳能，并将其转化为电能；
储能单元3，其连接至摩擦发电机1和太阳能电池2，并用于存储摩擦发电机1和太阳能电池2产生的电能；所述储能单元3优选为超级电容器，所述超级电容器3可以为两个，分别连接至摩擦发电机1和太阳能电池2，并分别储存所述摩擦发电机1和太阳能电池2产生的电能，并共同为照明单元5供电；
开关4，其连接在照明单元5和储能单元3之间，用于控制照明单元5的开关；当开关4闭合时，所述储能单元3向照明单元5供电，照明单元5开始照明，而当开关4断开时，所述储能单元3停止向照明单元5供电，所述照明单元5停止照明；
照明单元5，其在储能单元3提供的电能驱动下进行照明。
图1所示的摩擦发电机与储能单元的连接方式只是一种示意性的连接方式，根据摩擦发电机的不同结构，本领域的技术人员可以选择合适的连接方式进行连接。
图2示出了本实用新型实施例中摩擦发电机的一种结构示意图。如图2所示，所述摩擦发电机1包括：第一摩擦件7和第二摩擦件9，其中所述第一摩擦件7和第二摩擦件9由两种电负性不同的材料制成，可以是绝缘体材料、半导体材料或金属中的任意一种。例如，第一摩擦件7可以由绝缘材料或者半导体材料制成，例如可以为有机物绝缘材料聚氯乙烯(PVC)制成，第二摩擦件9可以由导体例如铝制成。所述第一摩擦件7的内表面和第二摩擦件9的内表面在外界机械扰动的作用下相互摩擦产生电荷，且所产生的电荷通过第二摩擦件9导出形成电流，而存储至所述储能单元3中。
可选的，对于第一摩擦件7可以为由第一电极层和第一摩擦层构成的多层结构，第一摩擦层为绝缘材料或者半导体材料，第一摩擦件7的内表面为第一摩擦层材料。相应的，第二摩擦件9可以为绝缘体、半导体或者导体材料构成的单层结构(见图2)，且第一摩擦层和第二摩擦件9由两种电负性不同的材料制成。第一摩擦件7的内表面和第二摩擦件9的内表面在外界机械扰动的作用下相互摩擦产生电荷，在第一电极层中产生感应电荷，且所产生的感应电荷通过第一电极层导出至储能单元3。
在其他实施例中，第二摩擦件9中也可以为由第二电极层和第二摩擦层构成的多层结构，第二摩擦为绝缘材料或者半导体材料，第二摩擦件9的内表面为第二摩擦层材料。所述第一摩擦层和第二摩擦层由两种电负性不同的材料制成第一摩擦件7的内表面和第二摩擦件9的内表面在外界机械扰动(外力)的作用下相互摩擦产生电荷，在第一电极层和第二电极层中产生等量异号的感应电荷，对于两个摩擦件均包括电极层的摩擦发电机结构，可以在第一电极层与第二电极层之间形成电流输出，也可以通过两个电极层分别进行电流输出。
可选地，所述第一摩擦件7和/或第二摩擦件9的内表面上部分或者全部设置有微结构8，以增大第一摩擦件7的内表面和第二摩擦件9的内表面之间的摩擦力，产生更多的摩擦电荷，以获取更多的电能。其中，所述微结构8可以为纳米线、纳米管、纳米颗粒、纳米棒、纳米花、纳米沟槽、微米沟槽、纳米锥、微米锥、纳米球和微米球状结构，以及上述结构中的一种或者几种形成的阵列。
可选地，所述第一摩擦件7和第二摩擦件9分别固定在第一基底6和第二基底10上，其中第一基底6和第二基底10可以由刚性材料制成，如有机玻璃等。
可选地，所述第一摩擦件7和第二摩擦件9之间通过弹性部件连接，如弹簧。所述弹性部件的两端可以分别设置在第一基底6和第二基底10上。在受到外界机械扰动时，所述第一摩擦件7和第二摩擦件9的第一表面相互摩擦，而在外界机械扰动消失后，在弹性部件的弹性作用下，第一摩擦件7和第二摩擦件9相分离设置。
本实用新型的摩擦发电机中作为摩擦件或者摩擦层的绝缘材料可以为有机物绝缘体，可以应用的材料可为下材料：聚四氟乙烯、聚全氟乙丙烯(FEP，四氟乙烯和六氟丙烯的共聚物)、聚二甲基硅氧烷(PDMS)、聚酰亚胺、聚二苯基丙烷碳酸酯、聚对苯二甲酸乙二醇酯、苯胺甲醛树脂、聚甲醛、乙基纤维素、聚酰胺、三聚氰胺甲醛、聚乙二醇丁二酸酯、纤维素、纤维素乙酸酯、聚己二酸乙二醇酯、聚邻苯二甲酸二烯丙酯、再生纤维素海绵、聚氨酯弹性体、苯乙烯丙烯共聚物、苯乙烯-丙烯腈共聚物、苯乙烯丁二烯共聚物、聚酰胺尼龙11、聚酰胺尼龙66、羊毛及其织物、蚕 丝及其织物、纸、人造纤维、棉及其织物、木头、硬橡胶、聚甲基丙烯酸酯、聚乙烯醇、聚酯、聚异丁烯、聚氨酯弹性体、聚氨酯柔性海绵、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚乙烯醇缩丁醛、酚醛树脂、氯丁橡胶、丁二烯丙烯共聚物、天然橡胶、聚丙烯腈、聚(偏氯乙烯-co-丙烯腈)、聚乙烯丙二酚碳酸盐，聚苯乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚碳酸酯、液晶高分子聚合物、聚氯丁二烯、聚丙烯腈、醋酸酯、聚双苯酚碳酸酯、聚氯醚、聚三氟氯乙烯、聚偏二氯乙烯、聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯和派瑞林，包括派瑞林C、派瑞林N、派瑞林D、派瑞林HT或派瑞林AF4。
本实用新型中的摩擦发电机并不限定为上述结构，现有的各种结构的摩擦发电机均可以应用在本实用新型中。
可选的，还可以在摩擦发电机与储能单元之间包括整流单元，所述整流单元将摩擦发电机输出的交流电流转变为直流电流输送给储能单元。整流单元可以为全桥整流器等整流器件。
本实用新型使用商用硅基太阳能电池，其在受到太阳光的照射后，由于光伏效应而产生电子空穴对，在内建电场的作用下，所产生的电子空穴对中的电子和空穴分别被扫向太阳能电池的两端，从而在外电路中产生源源不断的电流，所产生的电流被储能单元3所接收并存储。所述储能单元为超级电容器等。
所述照明单元5可以是普通节能灯管或LED灯等。
上述照明装置可以用于很多领域，如路灯照明、汽车照明，室内照明等等。用于路灯照明时，由于所述摩擦发电机1的尺寸可以较小，如10cm*10cm，因此可以将上述这种10cm*10cm大小的多个摩擦发电机均匀地放置在照明灯下方的路面上，然后在上面覆盖一层纤维保护层，可以将行人或车辆辗过发电机的机械能转换成电能。每个摩擦发电机都单独和电容器连接，当有机械扰动时通过摩擦起电和静电感应将产生的电荷储存在电容器中。所述太阳能电池可以设置在路灯上面，能够最大程度的接收太阳光的照射即可。
上述照明装置用于汽车上时，可以将摩擦发电机安置在轮胎内，汽车在行走过程中，轮胎与地面之间的压力可以使得摩擦发电机上的第一摩擦件和第二摩擦件之间产生摩擦，进而产生电能；所述太阳能电池可以放在 车顶，只要车辆运动或有阳光，周围环境中的机械能和太阳能就能源源不断的收集起来，并作为车辆照明灯的电源。
本实用新型将机械能和太阳能的复合能源装置运用于照明系统，高效率地利用周围能源，实现自驱动系统。
以上所述的具体实施例，对本实用新型的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，应理解的是，以上所述仅为本实用新型的具体实施例而已，并不用于限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种自驱动照明装置，其特征在于，包括：
摩擦发电机，其用于将机械能转化为电能；
太阳能电池，其用于收集太阳能，并将其转化为电能；
储能单元，其连接至摩擦发电机和太阳能电池，并用于存储摩擦发电机和太阳能电池产生的电能；
照明单元，其连接至储能单元，并在储能单元提供的电能驱动下进行照明。
2.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述摩擦发电机包括：第一摩擦件、第二摩擦件，且所述第一摩擦件和第二摩擦件由两种电负性不同的材料制成，其中所述第二摩擦件为导体，第一摩擦件为绝缘材料或者半导体；
所述第一摩擦件内表面和第二摩擦件的内表面在外力作用下发生相互摩擦产生电荷，且所产生的电荷通过所述第二摩擦件导出形成电流。
3.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述摩擦发电机包括：第一摩擦件和第二摩擦件，其中，
所述第一摩擦件为由第一电极层和第一摩擦层构成的多层结构，第一摩擦层为绝缘材料或者半导体材料，第一摩擦件的内表面为第一摩擦层材料；且所述第一摩擦层和第二摩擦件由两种电负性不同的材料制成；
所述第一摩擦件内表面和第二摩擦件的内表面在外力作用下发生相互摩擦产生电荷，在所述第一电极层中产生感应电荷，且所产生的感应电荷通过所述第一电极层导出形成电流。
4.如权利要求3所述的装置，其特征在于，所述第二摩擦件为由第二电极层和第二摩擦层构成的多层结构，第二摩擦层为绝缘材料或者半导体材料，第二摩擦件的内表面为第二摩擦层材料；所述第一摩擦层和第二摩擦层由两种电负性不同的材料制成；
所述第一摩擦件内表面和第二摩擦件的内表面在外力作用下发生相互摩擦产生电荷，在所述第一电极层和第二电极层中产生等量异号的感应 电荷，在第一电极层与第二电极层之间形成电流输出，或者通过两个电极层分别进行电流输出。
5.如权利要求2-4任一项所述的装置，其特征在于，所述第一摩擦件和/或第二摩擦件的内表面上部分或者全部设置有微结构。
6.如权利要求5所述的装置，其特征在于，所述微结构为纳米线、纳米管、纳米颗粒、纳米棒、纳米花、纳米沟槽、微米沟槽、纳米锥、微米锥、纳米球和微米球状结构，以及上述结构中的一种或者几种形成的阵列。
7.如权利要求2-4、6任一项所述的装置，其特征在于，所述第一摩擦件和第二摩擦件分别固定在第一基底和第二基底上，且第一摩擦件和第二摩擦件通过连接在第一基底和第二基底上的弹性部件连接。
8.如权利要求7所述的装置，其特征在于，所述第一基底和第二基底由刚性材料制成。
9.如权利要求1-4、6、8任一项所述的装置，其特征在于，在所述摩擦发电机与储能单元之间还包括整流单元，所述整流单元将摩擦发电机输出的交流电流转变为直流电流。
10.如权利要求1-4、6、8任一项所述的装置，其特征在于，所述摩擦发电机安装在汽车轮胎内，所述太阳能电池安装在汽车车顶；
或者，所述摩擦发电机设置在所述照明单元所在的路面上，所述太阳能电池置于照明单元上方。
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|---|---|---|---|---|
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| CN108109342A (zh) * | 2018-01-22 | 2018-06-01 | 华东师范大学 | 一种自供电的全柔性疲劳驾驶提醒装置 |
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- 2014-04-15 CN CN201420181350.8U patent/CN203984306U/zh not_active Expired - Lifetime
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