CN209881631U - 一种磁流体发电装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种磁流体发电装置，所述磁流体发电装置包括：磁流体、磁体、基座、设置在所述基座上的第一电极和第二电极；所述基座上设置有凹槽，所述第一电极封住所述凹槽的开口形成容纳所述磁流体的腔体；所述第二电极和所述磁体依次位于所述凹槽的开口方向上，所述第二电极与所述第一电极之间具有间隙。由于采用磁流体和磁体配合进行发电，发电装置输出的电压稳定。磁体与第二电极没有接触，这种非接触式的推动方式，极大程度地降低了人为操作误差引起的微观不稳定性，进一步提高了电压输出稳定性。
Description
技术领域
本实用新型涉及发电装置技术领域，尤其涉及的是一种磁流体发电装置。
背景技术
微型发电装置是一种使用新型的能够自供能量的纳米技术制作而成的发电机，属于世界上最小的发电机。它是一种能够将微小物理变化引起的机械能或者热能转换成电能的技术装置。微型发电装置目前有三种主要的模式，分别为压电式微型发电装置，摩擦电式微型发电装置和热释电式微型发电装置三类。
现有技术的主要问题在于微型发电装置的电压波动较大，其主要原因在于推动力不稳定造成微观层面上的位移较大。
因此，现有技术还有待于改进和发展。
实用新型内容
本实用新型要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述缺陷，提供一种磁流体发电装置，旨在解决现有技术中微型发电装置的电压波动较大的问题。
本实用新型解决技术问题所采用的技术方案如下：
一种磁流体发电装置，其中，包括：磁流体、磁体、基座、设置在所述基座上的第一电极和第二电极；所述基座上设置有凹槽，所述第一电极封住所述凹槽的开口形成容纳所述磁流体的腔体；所述第二电极和所述磁体依次位于所述凹槽的开口方向上，所述第二电极与所述第一电极之间具有间隙。
所述的磁流体发电装置，其中，所述第一电极包括：沿所述凹槽的开口方向依次设置并连接的第一支撑层和第一ITO薄膜。
所述的磁流体发电装置，其中，所述第一支撑层包括：与所述第一ITO薄膜连接的导电层。
所述的磁流体发电装置，其中，所述第一支撑层还包括：与所述导电层连接的PET薄膜。
所述的磁流体发电装置，其中，所述第二电极包括：沿所述凹槽的开口方向依次设置并连接的PDMS薄膜、第二ITO薄膜以及第二支撑层。
所述的磁流体发电装置，其中，所述磁流体包括：基载液和分散在所述基载液中纳米四氧化三铁颗粒；所述基载液为去离子水、煤油、机油、磷酸盐溶液、羟基油或氟醚油中的一种。
所述的磁流体发电装置，其中，所述基座包括：相互连接的底座和顶座；所述底座与所述第二电极连接，所述顶座与所述第一电极连接，所述底座上设置有导向柱，所述顶座上设置有与所述导向柱配合的导向孔，所述导向柱上套设有用于调节所述间隙的宽度的调节垫片。
所述的磁流体发电装置，其中，所述顶座与所述第一电极接触面上设置有密封槽，所述密封槽内设置有用于防止所述磁流体泄露的密封垫片。
有益效果：由于采用磁流体和磁体配合进行发电，发电装置输出的电压稳定。磁体与第二电极没有接触，这种非接触式的推动方式，极大程度地降低了人为操作误差引起的微观不稳定性，进一步提高了电压输出稳定性。
附图说明
图1是本实用新型中磁流体发电装置的爆炸图。
图2是本实用新型中顶座和第一电极的结构示意图。
图3是本实用新型中底座和第二电极的结构示意图。
图4是本实用新型中磁流体发电装置的结构示意图。
图5是本实用新型中导电层的第一结构示意图。
图6是本实用新型中导电层的第二结构示意图。
具体实施方式
为使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚、明确，以下参照附图并举实施例对本实用新型进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。
请同时参阅图1-图6，本实用新型提供了一种磁流体发电装置的一些实施例。
如图1和图4所示，本实用新型的一种磁流体发电装置，包括：磁流体、磁体10、基座20、设置在所述基座20上的第一电极30和第二电极40；所述基座20上设置有凹槽211，所述第一电极30封住所述凹槽211的开口形成容纳所述磁流体的腔体；所述第二电极40和所述磁体10依次位于所述凹槽211的开口方向上，所述第二电极40与所述第一电极30之间具有间隙。
值得说明的是，磁流体发电装置采用如下步骤进行控制：
改变磁体10与磁流体之间的距离，以使磁流体磁化，并推动第一电极30与第二电极40碰撞和摩擦。
通过磁体10的移动可以改变磁体10与磁流体之间的距离，这里磁体10的移动可以采用周期性移动方式，例如，采用沿着凹槽211的开口方向来回往复移动，当磁体10与磁流体的距离较远时，磁流体没有被磁化，则不会对第一电极30产生作用力，第一电极30和第二电极40之间存在间隙，不会发生碰撞和摩擦，也就不会产生电能；当磁体10与磁流体的距离较近时，磁流体被磁化，则会对第一电极30产生作用力，第一电极30发生逐渐形变，第一电极30和第二电极40之间的间隙逐渐变小，并发生碰撞和摩擦，从而产生电能。
磁体10与磁流体的最小距离在1-20mm内时，可以确保磁体10的磁吸力有效，也就是说，在磁体10靠近磁流体到1-20mm范围内时，即可实现发电。在磁体10到达最小距离后朝远离磁流体的方向移动，磁流体会退磁化，磁流体对第一电极30的作用力减弱并消失，第一电极30恢复形变，第一电极30和第二电极40之间的间隙恢复。通过控制磁流体的磁化和退磁化，可以使第一电极30和第二电极40之间不断发生碰撞和摩擦，而产生电能。
当然，磁体10还可以采用其他方式移动，例如，在水平方向上平移，只要可以改变磁体10和磁流体之间的间距，以使磁流体磁化和退磁化即可。磁体10采用永磁体10。
本实用新型将磁体10的机械能转化为电能，通过控制磁体10的位置实现对磁流体进行控制，可以有效控制发电的电压，获得稳定的电压输出。此外，磁流体具有良好的导热性，可以将发电过程中产生的热快速传导到外界环境，从而保护发电薄膜。
采用磁流体和磁体10配合进行发电，有利于制成微型发电装置，磁流体中的磁性颗粒通常为纳米颗粒，即使制成微型发电装置，磁流体依然可以正常工作，且输出的电压稳定。现有技术中，例如，以人（脚）的踩踏力作为驱动力驱动第一电极30与第二电极40碰撞和摩擦，人（脚）与第一电极30直接接触，这种接触式发电中，由于各人（脚）的运动是不规律的，踩踏力也不相同，人（脚）的踩踏运动轨迹与第二电极40的运动轨迹一致，这就造成第一电极30和第二电极40之间的碰撞和摩擦不稳定，输出电压也就不稳定。本实用新型中，磁体10与第二电极40（或磁流体）没有接触，这种非接触式的推动方式，极大程度地降低了人为操作误差引起的微观不稳定性，进一步提高了电压输出稳定性。
在本实用新型的一个较佳实施例中，所述磁流体包括：基载液和分散在所述基载液中纳米四氧化三铁颗粒；所述基载液为去离子水、煤油、机油、磷酸盐溶液、羟基油或氟醚油中的一种。当然，也可以是煤油和机油组成的混合油。
具体地，本实用新型中纳米四氧化三铁颗粒采用固相反应法或化学共沉淀法制备，优选地，采用化学共沉淀法制备纳米四氧化三铁颗粒，相比于固相反应法，化学共沉淀法可以获得较纯净的纳米四氧化三铁颗粒，不会产生其他杂质颗粒。纳米四氧化三铁颗粒通过分散剂分散在基载液中，在没有磁场的影响时，纳米四氧化三铁颗粒在基载液中进行无序运动，类似于布朗运动。由于磁体10的磁场的影响，纳米四氧化三铁颗粒被磁化，那么则进行有规律的运动，其形成的整体上的方向是朝向磁体10的（当然这里就单个纳米四氧化三铁颗粒而言，虽然受到磁吸力的影响，但不一定是朝磁体10运动的）。因此，磁流体对第一电极30的作用力的大小可以通过磁体10与磁流体之间的最小距离来控制。
纳米四氧化三铁与基载液的体积比越高，输出电压越高，纳米四氧化三铁与基载液的体积比为20%-50%。
在本实用新型的一个较佳实施例中，如图3-图4所示，所述基座20包括：相互连接的底座22和顶座21；所述底座22与所述第二电极40连接，所述顶座21与所述第一电极30连接，所述底座22上设置有导向柱221，所述顶座21上设置有与所述导向柱221配合的导向孔（图中未示出），所述导向柱221上套设有用于调节所述间隙的宽度的调节垫片（图中未示出）。
具体地，第一电极30设置在顶座21上，第二电极40设置在底座22上，顶座21和底座22之间的间距可以通过调节垫片来调节，例如，增加调节垫片的厚度就增加了顶座21和底座22之间的距离，从而增加了间隙的宽度；反之，可减小间隙的宽度。当然也可以采用调节螺杆的方式，调节间隙的宽度，例如，将导向柱221替换为调节螺杆，在顶座21和底座22上（导向柱221的位置）设置螺纹孔，调节螺杆与螺纹孔配合，通过改变调节螺杆拧入的深度调节间隙的宽度。当然，本实用新型中四个导向柱221设置在底座22的四个角上，也可以设置在底座22的四条边上。同理，螺纹孔的位置也可以是底座22的四个角或底座22的四条边。
在本实用新型的一个较佳实施例中，如图2和图4所示，所述顶座21与所述第一电极30接触面上设置有密封槽，所述密封槽内设置有用于防止所述磁流体泄露的密封垫片。
具体地，凹槽211设置在顶座21上，顶座21通过固定夹具将第一电极30固定，且在顶座21与第一电极30接触面设置密封槽，可以在密封槽内设置密封垫片或密封磁体10对磁流体进行密封。
在本实用新型的一个较佳实施例中，如图2和图4所示，所述第一电极30包括：沿所述凹槽211的开口方向依次设置并连接的第一支撑层31和第一氧化铟锡（ITO）薄膜32。所述第一支撑层31包括：与所述第一ITO薄膜32连接的第一导电层311。所述第一支撑层31还包括：与所述第一导电层311连接的第一聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）薄膜312。
具体地，第一支撑层31起到支撑作用并提供形变后的反弹应力，当然在一些较佳实施例中，第一导电层311足够起到支撑和提供反弹应力时，可以不设置第一PET薄膜。第一导电层311可以采用铜或银等导电性好的材料制成，当然也可以采用低温液态金属，如：镓铟合金、镓铟锡合金，并将低温液态金属直接打印在第一ITO薄膜上。当然也可以采用导电层＋PET薄膜的方式，确保第一支撑层31的支撑和提供反弹应力的性能。
如图5和图6所示，第一导电层311可以采用蛇形结构或者同心环结构，既方便电流传输，又利于发生形变和恢复形变，延长第一导电层311的使用寿命。
在本实用新型的一个较佳实施例中，如图3和图4所示，所述第二电极40包括：沿所述凹槽211的开口方向依次设置并连接的聚二甲基硅氧烷（PDMS）薄膜41、第二氧化铟锡（ITO）薄膜42以及第二支撑层43。所述第二支撑层43包括：与所述第二ITO薄膜42连接的第二导电层431。所述第二支撑层43还包括：与所述第二导电层431连接的第二聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）薄膜432。
具体地，PDMS薄膜与第二ITO薄膜贴合，其中PDMS薄膜与第二ITO薄膜的贴合面被极化带正电，而另一面（自由面）带负电。第二支撑层与第一支撑层31的结构是一样的。
本实用新型具有以下优点：（1）本实用新型的发电装置属于非接触发电装置，结构简单，设计紧凑，各部分相对独立，便于微型化，方便维护和检修；（2）本实用新型的发电装置具有良好互换性、可以实现模块化、系列化和快速设计；（3）本实用新型的发电装置对工作环境无特殊要求，能够适应各种特殊环境，可应用于灰尘、水下等极端环境，极大地提高了发电装置的稳定性、可靠性和经济性。
本实用新型所述的磁流体发电装置采用如下制作方法制作而成：
本实用新型实施例所述一种磁流体发电装置的制作方法，包括以下步骤：
步骤S100、制备磁流体并将磁流体放入基座20的凹槽211中。
具体地，制备磁流体步骤具体包括：
采用固相反应法或化学共沉积法制备纳米四氧化三铁颗粒；
根据磁流体发电装置的发电量需求，将预设量的纳米四氧化三铁颗粒通过分散剂分散到基载液中得到磁流体。
纳米四氧化三铁颗粒与基载液的体积比与电压有如下关系：在2×2厘米的薄膜上，当体积分数为50%时（磁流变液状态），输出电压约为60V；当体积分数为30%时，输出电压约为50V；当体积分数为25%时，输出电压约为45V；当体积分数为20%时，输出电压约为35V。
步骤S200、制备第一电极30和第二电极40并连接在基座20上得到所述磁流体发电装置。
第一电极30和第二电极40中都要使用到导电层（311，431）和PET薄膜（312，432）。第一电极30和第二电极40中的PET-ITO复合薄膜（支撑层+导电层+ITO薄膜）可以采用相同的步骤获得。
具体地，将聚对苯二甲酸乙二醇酯材料拉伸形成PET薄膜，在PET薄膜表面引出导线50，或通过3D打印喷涂液态金属的导电层（311，431），并通过磁控溅射氧化铟锡（ITO）制备贴合在PET薄膜内表面的ITO薄膜从而得到第一电极30。
这里导线50可以在磁控溅射氧化铟锡（ITO）之前完成，也可以在磁控溅射氧化铟锡（ITO）后，在氧化铟锡（ITO）表面引出。
在凹槽211内装好磁流体后，将一块PET-ITO复合薄膜通过固定夹具固定在顶座21上，并使PET薄膜一侧接触磁流体。
将PDMS薄膜贴合在另一块PET-ITO复合薄膜上得到第二电极40，再将第二电极40固定在底座22上，当然可以在底座22上设置放置第二电极40的放置槽，将第二电极40放在放置槽中后，将底座22的导向柱221与顶座21的导向孔配合好，并组装在一起，第二电极40则被底座22和顶座21夹在中间得到固定。
综上所述，本实用新型所提供的一种磁流体发电装置，所述磁流体发电装置包括：磁流体、磁体、基座、设置在所述基座上的第一电极和第二电极；所述基座上设置有凹槽，所述第一电极封住所述凹槽的开口形成容纳所述磁流体的腔体；所述第二电极和所述磁体依次位于所述凹槽的开口方向上，所述第二电极与所述第一电极之间具有间隙。由于采用磁流体和磁体配合进行发电，发电装置输出的电压稳定。磁体与第二电极没有接触，这种非接触式的推动方式，极大程度地降低了人为操作误差引起的微观不稳定性，进一步提高了电压输出稳定性。
应当理解的是，本实用新型的应用不限于上述的举例，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，所有这些改进和变换都应属于本实用新型所附权利要求的保护范围。
Claims (8)
1.一种磁流体发电装置，其特征在于，包括：磁流体、磁体、基座、设置在所述基座上的第一电极和第二电极；所述基座上设置有凹槽，所述第一电极封住所述凹槽的开口形成容纳所述磁流体的腔体；所述第二电极和所述磁体依次位于所述凹槽的开口方向上，所述第二电极与所述第一电极之间具有间隙。
2.根据权利要求1所述的磁流体发电装置，其特征在于，所述第一电极包括：沿所述凹槽的开口方向依次设置并连接的第一支撑层和第一ITO薄膜。
3.根据权利要求2所述的磁流体发电装置，其特征在于，所述第一支撑层包括：与所述第一ITO薄膜连接的导电层。
4.根据权利要求3所述的磁流体发电装置，其特征在于，所述第一支撑层还包括：与所述导电层连接的PET薄膜。
5.根据权利要求1所述的磁流体发电装置，其特征在于，所述第二电极包括：沿所述凹槽的开口方向依次设置并连接的PDMS薄膜、第二ITO薄膜以及第二支撑层。
6.根据权利要求1所述的磁流体发电装置，其特征在于，所述磁流体包括：基载液和分散在所述基载液中纳米四氧化三铁颗粒；所述基载液为去离子水、煤油、机油、磷酸盐溶液、羟基油或氟醚油中的一种。
7.根据权利要求1所述的磁流体发电装置，其特征在于，所述基座包括：相互连接的底座和顶座；所述底座与所述第二电极连接，所述顶座与所述第一电极连接，所述底座上设置有导向柱，所述顶座上设置有与所述导向柱配合的导向孔，所述导向柱上套设有用于调节所述间隙的宽度的调节垫片。
8.根据权利要求7所述的磁流体发电装置，其特征在于，所述顶座与所述第一电极接触面上设置有密封槽，所述密封槽内设置有用于防止所述磁流体泄露的密封垫片。
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2019
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| CN110224573B (zh) * | 2019-06-21 | 2024-06-07 | 南方科技大学 | 一种磁流体发电装置及其制作方法 |
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