CN212027967U - 一种水轮发电机 - Google Patents

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温喆然
朱微
黄永琢
姜东岳
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    • Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product

Abstract

一种水轮发电机，转轴（5）穿过水轮（2）的轴心并固定，所述水轮（2）的两侧平面上分布有桨叶（3）；水轮（2）的曲面上固定有摩擦发电片（1），该摩擦发电片（1）包括基板（1c），基板（1c）的上方依次设有电极层（1b）和疏水材料层（1a）；所述转轴（5）上设有导电滑环（4），导电滑环（4）的转子固定连接于转轴（5）上；所述电极层（1b）通过导线与导电滑环（4）的转子相连。本实用新型结构简单，可以在简单环境如低速水流区域使用，成本廉价而且结构简单，能够大量生产投入使用，除此之外，通过合理的系统设计，将本实用新型与传统的电磁感应发电机进行合理耦合，可以极大地提高发电效率。

Description

一种水轮发电机
技术领域
本实用新型涉及摩擦发电领域，尤其是一种可在低水流区域使用的水轮发电机。
背景技术
摩擦纳米发电机是一种新兴技术。它能够利用摩擦起电及静电感应原理将摩擦产生的能量转化为电能，并具有质量轻、安全性高、清洁环保及可持续性等一系列优点。如今，人们主要利用这一特点应用于行走、打字、呼吸、眨眼、心跳等方面，并主要在可穿戴器件的供电问题上进行了创新和发展。但是，该技术主要应用于固体与固体之间的摩擦，而在液体与固体的摩擦上的应用还很少见。在此基础上，人们开发了一种由薄膜材料制成的单组分能量转换器，它是一种通过固体液体界面处的摩擦电效应产生电力的水力摩擦发电机，提出了用于收集部分波浪能的实际可行技术。若将该技术结合应用于水利发电领域将会有巨大的潜力 。现有的水轮发电机依靠水流产生的势能冲击水轮使水轮转动带动电磁感应发电机发电，而在水流无法具备较大势能的情况下，即在流速低的水域现有的水轮机将无法工作，虽然国内外针正在开展对利用摩擦进行发电的水轮机的研究，但采用的技术方案多为水流在水轮内部的形式，由于受到转速影响，水流在其内部产生涡流，会对摩擦发电有所影响。
发明内容
本实用新型的目的是提供一种结构简单、在具有水轮机功效的同时可以在低水流速度区域进行发电、减少发电成本，高效且易于与其他设备联合工作的水轮发电机。
本实用新型解决现有技术问题所采用的技术方案：一种水轮发电机，包括水轮及转轴，转轴穿过水轮的轴心并固定，所述水轮的两侧平面上分布有桨叶；水轮的曲面上固定有摩擦发电片，该摩擦发电片包括基板，基板的上方依次设有电极层和疏水材料层；所述转轴上设有导电滑环，导电滑环的转子固定连接于转轴上；所述电极层通过导线与导电滑环的转子相连。
所述摩擦发电片为弧形板状，且使所述摩擦发电片的弧度与水轮的曲面弧度相配适。
所述摩擦发电片为多个，且均匀布设于水轮的曲面上；每个电极层分别通过导线与导电滑环的转子相连。
所述水轮的内部设有空腔，所述导线通过水轮内部的空腔与导电滑环的转子相连接。
所述桨叶以水轮的轴心为对称中心，均匀分布于水轮的两侧平面上。
本实用新型的有益效果在于：本实用新型结构简单，在水流冲击桨叶带动水轮旋转的同时，利用摩擦起电和静电感应的原理，通过水流与疏水材料层的不断摩擦产生电荷，从而产生电流并通过导线经由导电滑环输出。与传统水轮装置相比，本实用新型的优越性在于，当水流具有较大势能带动水轮旋转时，可以获得水流与摩擦发电片表面摩擦产生的电流作为补充；当水流无法产生较大的势能使水轮快速转动时，本实用新型也会因水流与摩擦发电片表面的摩擦产生电流，因此本实用新型可以在简单环境如低速水流区域使用，成本廉价而且结构简单，能够大量生产投入使用，除此之外，通过合理的系统设计，将本实用新型与传统的电磁感应发电机进行合理耦合，可以极大地提高发电效率。
附图说明
图1是本实用新型的结构示意图。
图2是摩擦发电片的结构示意图。
图3是本实用新型的侧视图。
图中：1-摩擦发电片，1a-疏水材料层，1b-电极层，1c-基板，2-水轮、3-桨叶、4-导电滑环、5-转轴。
具体实施方式
以下结合附图及具体实施方式对本实用新型进行说明：
图1是本实用新型一种水轮发电机的结构示意图。一种水轮发电机，包括水轮2及转轴5，转轴5穿过水轮2的轴心并固定，在水轮2的两侧平面上分布有桨叶3，桨叶3以水轮2的轴心为对称中心，均匀分布于水轮2两侧平面上；在水轮2的曲面上均匀固定有多个摩擦发电片1。优选地，摩擦发电片1为弧形板状，且使摩擦发电片1的弧度与水轮2的曲面弧度相配适。
具体地，如图2所示，摩擦发电片1包括基板1c，基板1c的上方依次设有电极层1b和疏水材料层1a；转轴5上设有导电滑环4，如图3所示导电滑环4可在转轴5的两端各设置一个；其中导电滑环4的外圈为定子，内圈为转子。该导电滑环4的转子固定连接于转轴5上；每个电极层1b通过导线分别与导电滑环4的转子相连，以确保水轮2转动时导线同步转动，导电滑环4的定子可通过导线与外部用电装置或电容相连。转轴5的端部与传统的电磁感应发电机端相连。
为最大程度的保护导线，水轮2内部设有空腔，导线通过该空腔与导电滑环4的转子相连接。
本实用新型的工作原理为：由于液滴和疏水材料层1a对电子的束缚能力不同，当有水流经过水轮2时，水滴接触疏水材料层1a，在疏水材料层1a表面会产生负电荷，并在水面上产生同样大正电荷，形成一个电双层。此时，电极层1b由于静电感应原理会显现正电性。当一片摩擦发电片1完全进入水中时，则电流停止流动。摩擦发电片1一端位于水下，一端位于水面之上时，露出水面的电极层1b所带的正电荷减少，导致电极层1b两端的带电量不同形成电势差，为达到静电平衡从而形成电子的移动即产生了电流。虽然这一过程涉及的电子流时间非常短，仅有几毫秒，但在实际应用过程中，通过设计电极的大小和分布，可以有效提高发电效率。通过实验的分析，也可以进一步得出不同流速下产生的电能，配合对疏水材料湿润性进行综合分析，建立摩擦发电输出功率与上述参数关系的模型可以进一步对实际问题做出优化达到最高的效率，所以其产生的静电是可以应用的。
以上内容是结合具体的优选技术方案对本实用新型所作的进一步详细说明，不能认定本实用新型的具体实施只局限于这些说明。对于本实用新型所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本实用新型的保护范围。

Claims (5)

1.一种水轮发电机，包括水轮（2）及转轴（5），转轴（5）穿过水轮（2）的轴心并固定，其特征在于，所述水轮（2）的两侧平面上分布有桨叶（3）；水轮（2）的曲面上固定有摩擦发电片（1），该摩擦发电片（1）包括基板（1c），基板（1c）的上方依次设有电极层（1b）和疏水材料层（1a）；所述转轴（5）上设有导电滑环（4），导电滑环（4）的转子固定连接于转轴（5）上；所述电极层（1b）通过导线与导电滑环（4）的转子相连。
2.根据权利要求1所述的一种水轮发电机，其特征在于，所述摩擦发电片（1）为弧形板状，且使所述摩擦发电片（1）的弧度与水轮（2）的曲面弧度相配适。
3.根据权利要求1所述的一种水轮发电机，其特征在于，所述摩擦发电片（1）为多个，且均匀布设于水轮（2）的曲面上；每个电极层（1b）分别通过导线与导电滑环（4）的转子相连。
4.根据权利要求1所述的一种水轮发电机，其特征在于，所述水轮（2）的内部设有空腔，所述导线通过水轮（2）内部的空腔与导电滑环（4）的转子相连接。
5.根据权利要求1所述的一种水轮发电机，其特征在于，所述桨叶（3）以水轮（2）的轴心为对称中心，均匀分布于水轮（2）的两侧平面上。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112761850A (zh) * 2021-02-04 2021-05-07 浙江师范大学 一种微小型流体发电机
CN113179043A (zh) * 2021-04-26 2021-07-27 恩拓必(临沂)能源发展有限责任公司 一种水滴能量收集系统
CN114509094A (zh) * 2022-01-05 2022-05-17 清华大学 V带检测装置和发电机

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