CN204131428U - 一种基于纳米摩擦发电的振动能量发电装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及能量转化领域，具体涉及一种基于纳米摩擦发电的振动能量发电装置，其采用双层磁弹簧结构，在受到振动激励时，中间磁铁由于惯性会与上下磁铁接触，磁铁表面的导电金属材料层和电负性材料层之间不断接近又远离，导电金属材料层上感应出的不同的电荷量和电荷密度，使得电荷在两个电极之间不断传递，产生电流。重复上述过即可持续发电。本实用新型可以直接采集环境中的振动能量，电能输出稳定，造价低廉，适合大规模推广使用。
Description
技术领域
本实用新型涉及能量转化领域，特别涉及一种将振动机械能转化为电能的发电装置，属于自动发电设备制造技术领域。
背景技术
当前，具有多种功能和高度集成化的微型电子器件的应用日益广泛，然而，与之匹配的供电元件的研究却相对滞后。一般说来，微型电子器件的电源都是直接或者间接来自于电池。一方面，电池具有体积大、质量重、对环境或人体有害等缺点；另一方面，在微型电子器件所应用的环境中，振动能量几乎无处不在却无法进行有效的回收。因此，开发出能将振动机械能转化为电能的装置以取代电池作为微型电子器件的供电元件，具有极其重要的意义。
传统的能将机械能有效地转化为电能的发电机均是以电磁感应为原理的，将水流、气流、核能通过水轮机、汽轮机等动力机械转化为机械能，再传给发电机由发电机转换为电能。这些传统发电机都需要相对集中、大强度的能量输入，而由于微型电子器件所应用的环境产生的是强度较小的动能，无法利用这些发电机进行能量转化；同时，这些传统发电机的体积较大、结构复杂，无法作为微型电子器件的供电元件使用。
实用新型内容
本实用新型提供一种基于纳米摩擦发电的振动能量发电装置，该装置可以有效地将环境中产生的施加在该装置上的振动机械能转化为电能。本实用新型技术方案如下：
所述振动能量发电装置采用双层磁弹簧结构，其中，
圆筒形的外壳内具有上层的第一磁铁、中层的第二磁铁、下层的第三磁铁；所述第一磁铁和第三磁铁与外壳固定连接，第二磁铁能够在外壳内进行上下方向的往复运动；
第一磁铁的下侧面连接有柱状的第一泡沫材料层，所述第一泡沫材料层的下侧面覆盖第一导电金属材料层；
第二磁铁的上下两侧分别连接有柱状的第二泡沫材料层和第三泡沫材料层；所述第二泡沫材料层的上侧面覆盖有第二导电金属材料层，且在所述第二导电金属材料层的上侧面覆盖有第一电负性材料层；所述第三泡沫材料层的下侧面覆盖有第三导电金属材料层，且在所述第三导电金属材料层的下侧面覆盖有第二电负性材料层；
第三磁铁的上侧面连接有柱状的第四泡沫材料层；所述第四泡沫材料层的上侧面覆盖第四导电金属材料层；
所述第一导电金属材料层与第一电负性材料层之间具有第一间隙，第二电负性材料层与第四导电金属材料层之间，具有第二间隙；
所述磁铁、泡沫材料层、导电金属材料层和电负性材料层的直径与圆筒形外壳的内径相匹配。
优选地，所述导电金属材料层为铝箔。
优选地，所述电负性材料层为薄片状聚四氟乙烯(PTFE)。
优选地，所述第一间隙和第二间隙为5mm左右。
本实用新型基于纳米摩擦发电原理，通过双层磁弹簧结构的振动能量发电装置回收振动的机械能，有效利用了环境中本将浪费的能量，解决了与微型电子器件供能相关的问题，实现了微型电子器件的自供电。另外，由于摆脱了传统的电池供电，本实用新型同时还能改善难以回收的废旧电池的污染问题。本实用新型体积小巧，便于携带、部署，主体发电材料为价格低廉的PTFE与铝箔，发电结构简单、电力输出稳定，即使在恶劣的环境中依然可以保持正常工作，大大方便了微型电子器件的使用。
附图说明
图1为本实用新型的振动能量发电装置的发电原理；
图2为本实用新型的振动能量发电装置的结构示意图。
具体实施方式
下面将结合附图对本实用新型的技术方案进行描述，显然，所描述的仅仅是本实用新型一部分实施例。基于本实用新型中的实施例，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，都属于本实用新型保护的范围。
如图1所示，导电金属材料和电负性材料之间发生摩擦时，由于电性的差别，导电金属材料a表面感应出正电荷，电负性材料b表面感应出电负荷。由于静电感应与间距有关，间距越小，静电感应就越强，感应出的电荷越多。导电金属材料a和电负性材料b的间距沿虚实箭头方向变化时，就会在电负性材料b和导电金属材料a之间产生持续不断的电动势，通过导线连接，使得电荷在二者之间不断传递，产生电流。
如图2所示，所述振动能量发电装置受到振动激励时，第二磁铁8由于惯性会在外壳1内做上下方向的往复运动，并带动第二磁铁8上覆盖的第一电负性材料层5和第二电负性材料层11同时运动。这样，第一电负性材料层5和第一导电金属材料层4不断地接近又分离，第二电负性材料层11和第四导电金属材料层13不断地接近又分离，使第一间隙16和第二间隙17不断发生变化，因此，在第一导电金属材料层4和第一电负性材料层5之间、在第四导电金属材料13和第二电负性材料11之间产生电动势，产生电流。重复上述过即可持续发电。
本实用新型以纳米摩擦发电为发电原理，可以直接收集周围环境中的振动能量，实现了微型电子器件的自供电。另外，由于摆脱了传统的电池供电，本实用新型同时还能改善难以回收的废旧电池的污染问题。本实用新型体积小巧，便于携带、部署，主体发电材料为价格低廉的PTFE与铝箔，发电结构简单、电力输出稳定，即使在恶劣的环境中依然可以保持正常工作，大大方便了微型电子器件的使用，具有较强的可推广性。
以上所述的具体实施方式，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，所应理解的是，以上所述仅为本实用新型的具体实施方式而已，并不用于限定本实用新型的保护范围，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 (4)
1.一种基于纳米摩擦发电的振动能量发电装置，其特征在于，采用双层磁弹簧结构，其中：
圆筒形的外壳内具有上层的第一磁铁、中层的第二磁铁、下层的第三磁铁；所述第一磁铁和第三磁铁与外壳固定连接，第二磁铁能够在外壳内进行上下方向的移动；
第一磁铁的下侧面连接有柱状的第一泡沫材料层，所述第一泡沫材料层的下侧面覆盖第一导电金属材料层；
第二磁铁的上下两侧分别连接有柱状的第二泡沫材料层和第三泡沫材料层；所述第二泡沫材料层的上侧面覆盖有第二导电金属材料层，且在所述第二导电金属材料层的上侧面覆盖有第一电负性材料层；所述第三泡沫材料层的下侧面覆盖有第三导电金属材料层，且在所述第三导电金属材料层的下侧面覆盖有第二电负性材料层；
第三磁铁的上侧面连接有柱状的第四泡沫材料层；所述第四泡沫材料层的上侧面覆盖第四导电金属材料层；
所述第一导电金属材料层与第一电负性材料层之间具有第一间隙，所述第二电负性材料层与第四导电金属材料层之间具有第二间隙；
所述磁铁、泡沫材料层、导电金属材料层和电负性材料层的直径与圆筒形外壳的内径相匹配。
2.根据权利要求1所述的振动能量发电装置，其特征在于，所述导电金属材料层为铝箔。
3.根据权利要求1所述的振动能量发电装置，其特征在于，所述电负性材料层为薄片状聚四氟乙烯,聚四氟乙烯又名PTFE。
4.根据权利要求1所述的振动能量发电装置，其特征在于，所述第一间隙和第二间隙5毫米左右。
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2014
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