CN213125872U - 一种振动能量收集发电装置 - Google Patents

Abstract

一种振动能量收集发电装置，包括壳体和位于壳体内部的支撑座，支撑座内设弹簧座，弹簧座顶部固定安装有弹簧，支撑座顶面放置有弹簧套，弹簧套顶面设置有摆动组件，弹簧位于弹簧套内，且弹簧顶面与摆动组件连接；壳体内设有静电极和与静电极平行的动电极，静电极和动电极相对的表面电荷亲和性不同，静电极和动电极均沿壳体高度方向设置，动电极位于静电极和摆动组件之间，静电极和动电极上连接有摩擦收集导线。本实用新型结构设计合理简单、携带方便，设备成本较低，除可用于江河湖海水面的波浪能收集之外，在风能、水力发电等方面也具备一定的应用前景，具有较好的实用价值及推广价值。

Description

一种振动能量收集发电装置

技术领域

本实用新型属于发电技术领域，尤其涉及一种振动能量收集发电装置。

背景技术

能量收集一直是国内外研究者普遍关注的研究热点。长期以来，人们通过风力发电机发电、太阳能电池发电以及水力发电机发电等方式，成功将风力、太阳能以及水流势能等能量进行转化蓄积，为人类供电带来了很多方便。

然而，现有的能量收集主要集中于大型的风力及水力等形式，通常需要借助大型的设备或工事来完成。比如长江三峡大坝、葛洲坝、小浪底等大型水力发电厂，通常需要修建大坝蓄积水势来完成发电。但是在江、河、湖、海水面，其产生的波浪同样会产生很大的能量，这些能量通常得不到很好的收集利用，造成很大的自然能量浪费。

因此，研发一种用于水面波浪振动等自然能量收集的装备，对于提高自然能量的收集利用效率具有重要意义。

实用新型内容

本实用新型旨在提供一种使用效果好、易于维护的振动能量收集发电装置。

为解决上述技术问题，本实用新型提供了如下的技术方案：一种振动能量收集发电装置，包括壳体和位于壳体内部的支撑座，支撑座内设弹簧座，弹簧座顶部固定安装有弹簧，支撑座顶面放置有弹簧套，弹簧套顶面设置有摆动组件，弹簧位于弹簧套内，且弹簧顶面与摆动组件连接；壳体内设有静电极和与静电极平行的动电极，静电极和动电极相对的表面电荷亲和性不同，静电极和动电极均沿壳体高度方向设置，动电极位于静电极和摆动组件之间，静电极和动电极上连接有摩擦收集导线。

静电极和动电极均为铜箔电极，动电极与静电极相对的表面上设置有聚四氟乙烯薄膜层。

支撑座内部螺接与调节螺柱，调节螺柱与支撑座通过锁紧螺钉固定；弹簧座可拆卸设置于调节螺柱内，弹簧座顶部与弹簧固连；弹簧套放置于调节螺柱顶面。

在壳体外顶面上沿壳体外顶面周向均匀分布第一固定台，在第一固定台内侧配合设置有第二固定台，壳体外顶面上贯穿设置有位于第一固定台和第二固定台之间的电极孔，动电极顶端穿过电极孔，同时动电极固定设置于第一固定台和第二固定台之间。

动电极贴设于第一固定台上，第二固定台上穿设有固定螺钉，固定螺钉端部与动电极贴合。

动电极与静电极之间的平行间距为1mm-5mm。

摆动组件包括磁铁套和永磁铁，磁铁套与弹簧套固连，永磁铁侧面与磁铁套内侧面间隙配合，且永磁铁固定设置于磁铁套内；在壳体顶面设有位于永磁铁上方的电磁线圈，电磁线圈的两端伸出电磁收集导线。

本实施例还公开了另外一种振动能量收集发电装置，包括壳体和位于壳体内部的支撑座，支撑座内设弹簧座，弹簧座顶部固定安装有弹簧，支撑座顶面放置有弹簧套，弹簧套顶面设置有摆动组件，弹簧位于弹簧套内，且弹簧顶面与摆动组件连接，摆动组件包括磁铁套和永磁铁，磁铁套与弹簧套固连，永磁铁侧面与磁铁套内侧面间隙配合，且永磁铁固定设置于磁铁套内；在壳体顶面设有位于永磁铁上方的电磁线圈，电磁线圈的两端伸出电磁收集导线。

壳体内设有静电极和与静电极平行的动电极，静电极和动电极相对的表面电荷亲和性不同，静电极和动电极均沿壳体高度方向设置，动电极位于静电极和摆动组件之间，静电极和动电极上连接有摩擦收集导线。

静电极和动电极均为铜箔电极，动电极与静电极相对的表面上设置有聚四氟乙烯薄膜层。

通过以上技术方案，本实用新型的有益效果为：

（1）相比于现有大型水力发电工事，本申请设计的装置结构简单，成本低且易于制备，在江、河、湖、海等水面的波浪能收集方面具有较好的应用前景。

（2）本实用新型充分利用纳米摩擦发电技术开展装置设计，不仅适用于水面波浪能收集，同时在容易驱动装置摆动组件运动的场合均可使用，比如风能转化、水流动能转化等方面，也具备潜在应用前景，具有较好的推广价值。

（3）本实用新型结构小巧，携带方便，在户外旅行发电等方面，也具有较好的实用价值。

（4）可以同时使用摩擦产生的电能，也可以根据需要选择磁通量变化在线圈内产生的电能，使用起来灵活性高。

附图说明

图1为实施例1本实用新型立体图；

图2为图1俯视图；

图3为图1仰视图；

图4为图2的A向剖视图；

图5为图4中B放大图；

图6为本实用新型侧视图；

图7为本实用新型静电极和动电极安装示意图；

图8为实施例2示意图；

图9为实施例3示意图。

具体实施方式

实施例1，一种振动能量收集装置振动能量收集发电装置，如图1~7所示，包括壳体1，其中，壳体1横截面呈矩形，作为本实施例的变化，也可以选用壳体1横截面呈圆形的。壳体1尺寸为：长76 mm、宽76 mm、高80 mm。

在壳体1的顶部设置有顶盖6，顶盖6的尺寸为：长76 mm、宽76 mm。同时，顶盖6固定设置于壳体1上。

在实施例的时候，壳体1需要选用绝缘材料，如塑料材质。

在壳体1内部设置有支撑座19，支撑座19外形为圆筒结构，在支撑座19上螺接有调节螺柱18，为了使得调节螺柱18与支撑座19螺接，在支撑座19内壁设置有内螺纹，调节螺柱18外壁设置有外螺纹，内螺纹和外螺纹螺接即可。

调节螺柱18内部开设有螺纹孔，该螺纹孔内部配合安装锁紧螺钉17；所述锁紧螺钉17及调节螺柱18的底面均开设有“一”字形结构的横向凹槽，通过锁紧螺钉17可以实现调节螺柱18在支撑座19上的固定。

使用的时候，通过调节螺柱18上的横向凹槽，可以实现调节螺柱18在支撑座19内的调整，而锁紧螺钉17上的横向凹槽可以实现锁紧螺钉17在调节螺柱18上的锁紧。

调节螺柱18内设沿调节螺柱18高度方向设置的空腔，空腔内套设弹簧座16，弹簧座16顶部固定安装有弹簧15，弹簧15：线径为0.6 mm，外径5mm，长度40mm。弹簧15竖直设置，在调节螺柱18顶面放置有弹簧套14，弹簧15设于弹簧套14内，弹簧套14的孔径大于所述弹簧15的轮廓外径。

在弹簧套14顶面设置有摆动组件，且弹簧15顶面与摆动组件连接。

使用的时候，如果壳体1在横向波的作用下出现振动，则由于弹簧15具有扭转的特性，弹簧15带动弹簧套14在支撑座19顶面上左右摇摆。

在壳体1内设有静电极4和与静电极4平行的动电极2，动电极2与静电极4之间的平行间距为1mm-5mm，最佳选择2mm。

静电极4和动电极2相对的表面电荷亲和性不同，具体的：静电极4和动电极2均为铜箔电极，动电极2与静电极4相对的表面上设置有聚四氟乙烯薄膜3层。本申请采用的聚四氟乙烯薄膜3为近年来新开发的摩擦发电材料，其厚度为10μm-200μm，该薄膜通过与金属铜等导体摩擦之后，能够产生电荷。形成的电流则通过导线5引流到外部蓄电装置进行储存，实现电能的收集。

其中，静电极4和动电极2均沿壳体1高度方向设置，动电极2位于静电极4和摆动组件之间，静电极4和动电极2上连接有摩擦收集导线5。

静电极4和动电极2与壳体1的连接方式为：

在壳体1外顶面即壳体1的顶盖6上沿顶盖6上表面周向均匀分布第一固定台7，本实施例中第一固定台7的数量为4个，由于顶盖6呈矩形，4个第一固定台7对应顶盖6的4个边设置。

在顶盖6上还设置有第二固定台8，第二固定台8配合第一固定台7设置，第二固定台8位于第一固定台7的内侧。

在顶盖6上贯穿顶盖6设置电极孔20，电极孔20位于第一固定台7和第二固定台8之间。动电极2的顶端穿过电极孔20，并从电极孔20中露出，同时动电极2的上部固定设置于第一固定台7和第二固定台8之间。

为了实现动电极2上部的固定，将动电极2贴设于第一固定台7上，第二固定台8上开设有螺纹孔，螺纹孔内穿设有固定螺钉9，固定螺钉9端部与动电极2贴合。通过固定螺钉9和第一固定台7可以将动电极2的上部夹紧。

实施的时候，动电极2采用具有弹性的折叠电极。

工作过程为：在外界波浪振动等激励的作用下，弹簧15带动弹簧套14和位于弹簧套14顶端的摆动组件摇摆振动，摆动组件碰到动电极2，从而使得动电极2与静电极4接触，实质为铜层和聚四氟乙烯薄膜3发生物理接触，由于这两种摩擦材料之间的电荷亲和性差异较大，产生较大量的瞬态电荷转移，根据摩擦电特性，聚四氟乙烯薄膜3表面电势为负，而铜箔失电子表面电势为正，接触层总电势为零，因此两个摩擦层上不存在电荷转移。

当摆动组件离开动电极2时，由于动电极2的折叠电极的弹性势能，两带等量异性电荷的摩擦层之间出现空气间隙，使得铜层电极比聚四氟乙烯薄膜3层电极电势高，电势差就会在两层之间形成，在电势差的驱动下，电子由动电极2向静电极4移动。

在无机械力作用下FEP层和Cu层没有接触，此时在两个摩擦层上并不存在电荷转移。

当摆动组件重新作用在动电极2上时，动电极2和静电极4之间的距离变小，由于静电感应效应使得动电极2比静电极4电势高，这样导致电子由静电极4又流回动电极2，如此往复在动电极2和静电极4之间形成电流。

在静电极4和动电极2上连接有摩擦收集导线5，通过该摩擦收集导线5可以将静电极4和动电极2之间的电荷引出，本实施例仅涉及电荷的引出，不涉及引出后的储存或转换。至于储存可以将引出的电荷储存到蓄电池上。

实施例2，本实施例与实施例1的不同之处在于：如图8所示，摆动组件包括磁铁套12和永磁铁13，磁铁套12与弹簧套14固连，永磁铁13侧面与磁铁套12内侧面间隙配合，且永磁铁13固定设置于磁铁套12内；在壳体1顶面即顶盖6的下底面上设有位于永磁铁13上方的电磁线圈10，电磁线圈10的两端伸出电磁收集导线5，通过电磁收集导线5可以将电磁线圈10内的电流引出，以便进行后期的储存转换。

在顶盖6以及电磁线圈10的中心位置均开设有用于电磁收集导线5通过的线孔11。

电磁线圈10匝数为3000，电磁线圈10横截面直径为40 mm，电磁线圈10高度为4mm，本实施例中，电磁线圈10竖直设置于永磁铁13上方。

其中，磁铁套12外形为空心圆柱结构，外形尺寸为：横截面直径为22 mm，高度为20mm，用于支承安装永磁铁13。所述永磁铁13为圆柱形钕铁硼磁铁，尺寸为横截面直径20 mm，高度为20 mm。永磁铁13的侧壁与磁铁套12的侧壁间隙配合，同时，永磁铁13固定设置于磁铁套12内，固定方式为：可以采用胶之间粘起来。

弹簧套14外形尺寸为：横截面直径为：7 mm，高为30 mm，用于套装在弹簧15外部。

工作过程为：除了与实施例1一样，收集动电极和静电极之间的电势之外，还会收集永磁铁在电磁线圈10内形成的电流，其中，永磁体在电磁线圈内形成电流的过程为：

当摆动组件在外部激励下摆动时，镶嵌在其内部的磁铁会随着其一起摆动，从而导致电磁线圈10内部磁通量的变化。由楞次定律可知，电磁线圈10中将会产生感应电流来阻碍磁通量变化，以摆动组件的一个摆动周期为例。

假设永磁铁13在电磁线圈10左侧极限位置时为初始状态，此时电磁线圈10中没有感应电流；当摆动组件向右摆动时，永磁铁13会随着摆动组件的摆动靠近电磁线圈10，这时电磁线圈10内的磁通量将会增大，电磁线圈10内将会产生一个顺时针方向的电流来阻碍这种变化；

当摆动组件摆动到正对线圈方向时，通过电磁线圈10的磁通量最大，此时电磁线圈10中没有感应电流；

摆动组件继续向右侧摆动时，永磁铁13会随着摆动组件的摆动远离电磁线圈10，这时电磁线圈10内的磁通量将会减小，电磁线圈10内将会产生一个逆时针方向的电流来阻碍这种变化；当摆动组件摆动到右侧极限位置时，此时电磁线圈10内的磁通量不在发生变化，电磁线圈10中没有感应电流，如此往复。

在这一过程中，电磁线圈10两端伸出的电磁收集导线5可以将电磁线圈10内的电流收集起来，以便后续的储存和转换。

实施例3，本实用新型还公开了另外一种振动能量收集装置振动能量收集发电装置，如图9所示，包括壳体1包括壳体1，其中，壳体1横截面呈矩形，作为本实施例的变化，也可以选用壳体1横截面呈圆形的。壳体1尺寸为：长76 mm、宽76 mm、高80 mm。

在壳体1的顶部设置有顶盖6，顶盖6的尺寸为：长76 mm、宽76 mm。同时，顶盖6固定设置于壳体1上。

在实施例的时候，壳体1需要选用绝缘材料，如塑料材质。

在壳体1内部设置有支撑座19，支撑座19外形为圆筒结构，在支撑座19上螺接有调节螺柱18，为了使得调节螺柱18与支撑座19螺接，在支撑座19内壁设置有内螺纹，调节螺柱18外壁设置有外螺纹，内螺纹和外螺纹螺接即可。

调节螺柱18内部开设有螺纹孔，该螺纹孔内部配合安装锁紧螺钉17；所述锁紧螺钉17及调节螺柱18的底面均开设有“一”字形结构的横向凹槽，通过锁紧螺钉17可以实现调节螺柱18在支撑座19上的固定。

使用的时候，通过调节螺柱18上的横向凹槽，可以实现调节螺柱18在支撑座19内的调整，而锁紧螺钉17上的横向凹槽可以实现锁紧螺钉17在调节螺柱18上的锁紧。

调节螺柱18内设沿调节螺柱18高度方向设置的空腔，空腔内套设弹簧座16，弹簧座16顶部固定安装有弹簧15，弹簧15：线径为0.6 mm，外径5mm，长度40mm。弹簧15竖直设置，在调节螺柱18顶面放置有弹簧套14，弹簧15设于弹簧套14内，弹簧套14的孔径大于所述弹簧15的轮廓外径。

在弹簧套14顶面设置有摆动组件，且弹簧15顶面与摆动组件连接。磁铁磁铁磁铁磁铁，

摆动组件包括磁铁套12和永磁铁13，磁铁套12与弹簧套14固连，永磁铁13侧面与磁铁套12内侧面间隙配合，且永磁铁13固定设置于磁铁套12内；在壳体1顶面即顶盖6的下底面上设有位于永磁铁13上方的电磁线圈10，电磁线圈10的两端伸出电磁收集导线5，通过电磁收集导线5可以将电磁线圈10内的电流引出，以便进行后期的储存转换。

电磁线圈10匝数为3000，电磁线圈10横截面直径为40 mm，电磁线圈10高度为4mm，本实施例中，电磁线圈10竖直设置于永磁铁13上方。

其中，磁铁套12外形为空心圆柱结构，外形尺寸为：横截面直径为22 mm，高度为20mm，用于支承安装永磁铁13。所述永磁铁13为圆柱形钕铁硼磁铁，尺寸为横截面直径20 mm，高度为20 mm。永磁铁13的侧壁与磁铁套12的侧壁间隙配合，同时，永磁铁13固定设置于磁铁套12内，固定方式为：可以采用胶之间粘起来。

弹簧套14外形尺寸为：横截面直径为：7 mm，高为30 mm，用于套装在弹簧15外部。

工作过程为：当摆动组件在外部激励下摆动时，镶嵌在其内部的磁铁会随着其一起摆动，从而导致电磁线圈10内部磁通量的变化。由楞次定律可知，电磁线圈10中将会产生感应电流来阻碍磁通量变化，以摆动组件的一个摆动周期为例。

假设永磁铁13在电磁线圈10左侧极限位置时为初始状态，此时电磁线圈10中没有感应电流；当摆动组件向右摆动时，永磁铁13会随着摆动组件的摆动靠近电磁线圈10，这时电磁线圈10内的磁通量将会增大，电磁线圈10内将会产生一个顺时针方向的电流来阻碍这种变化；

当摆动组件摆动到正对线圈方向时，通过电磁线圈10的磁通量最大，此时电磁线圈10中没有感应电流；

摆动组件继续向右侧摆动时，永磁铁13会随着摆动组件的摆动远离电磁线圈10，这时电磁线圈10内的磁通量将会减小，电磁线圈10内将会产生一个逆时针方向的电流来阻碍这种变化；当摆动组件摆动到右侧极限位置时，此时电磁线圈10内的磁通量不在发生变化，电磁线圈10中没有感应电流；摆动组件摆动到右侧极限位置后开始向左摆动，永磁铁13会随着摆动组件的摆动靠近电磁线圈10，这时电磁线圈10内的磁通量将会增大，电磁线圈10内将会产生一个顺时针方向的电流来阻碍这种变化；

当摆动组件摆动到正对电磁线圈10方向时，通过电磁线圈10的磁通量最大，此时电磁线圈10中没有感应电流；

摆动组件继续向左侧摆动时，永磁铁13会随着摆动组件的摆动远离电磁线圈10，这时电磁线圈10内的磁通量将会减小，电磁线圈10内将会产生一个逆时针方向的电流来阻碍这种变化，继续摆动到初始状态位置后完成一个周期的摆动。

在这一过程中，电磁线圈10两端伸出的电磁收集导线5可以将电磁线圈10内的电流收集起来，以便后续的储存和转换。

本实用新型结构设计合理简单、携带方便，设备成本较低，除可用于江河湖海水面的波浪能收集之外，在风能、水力发电等方面也具备一定的应用前景，具有较好的实用价值及推广价值。

Claims (10)

1.一种振动能量收集发电装置，其特征在于：包括壳体和位于壳体内部的支撑座，支撑座内设弹簧座，弹簧座顶部固定安装有弹簧，支撑座顶面放置有弹簧套，弹簧套顶面设置有摆动组件，弹簧位于弹簧套内，且弹簧顶面与摆动组件连接；壳体内设有静电极和与静电极平行的动电极，静电极和动电极相对的表面电荷亲和性不同，静电极和动电极均沿壳体高度方向设置，动电极位于静电极和摆动组件之间，静电极和动电极上连接有摩擦收集导线。

2.如权利要求1所述的振动能量收集发电装置，其特征在于：静电极和动电极均为铜箔电极，动电极与静电极相对的表面上设置有聚四氟乙烯薄膜层。

3.如权利要求2所述的振动能量收集发电装置，其特征在于：支撑座内部螺接与调节螺柱，调节螺柱与支撑座通过锁紧螺钉固定；弹簧座可拆卸设置于调节螺柱内，弹簧座顶部与弹簧固连；弹簧套放置于调节螺柱顶面。

4.如权利要求3所述的振动能量收集发电装置，其特征在于：在壳体外顶面上沿壳体外顶面周向均匀分布第一固定台，在第一固定台内侧配合设置有第二固定台，壳体外顶面上贯穿设置有位于第一固定台和第二固定台之间的电极孔，动电极顶端穿过电极孔，同时动电极固定设置于第一固定台和第二固定台之间。

5.如权利要求4所述的振动能量收集发电装置，其特征在于：动电极贴设于第一固定台上，第二固定台上穿设有固定螺钉，固定螺钉端部与动电极贴合。

6.如权利要求1至5任意一项所述的振动能量收集发电装置，其特征在于：动电极与静电极之间的平行间距为1mm-5mm。

7.如权利要求6所述的振动能量收集发电装置，其特征在于：摆动组件包括磁铁套和永磁铁，磁铁套与弹簧套固连，永磁铁侧面与磁铁套内侧面间隙配合，且永磁铁固定设置于磁铁套内；在壳体顶面设有位于永磁铁上方的电磁线圈，电磁线圈的两端伸出电磁收集导线。

8.一种振动能量收集发电装置，其特征在于：包括壳体和位于壳体内部的支撑座，支撑座内设弹簧座，弹簧座顶部固定安装有弹簧，支撑座顶面放置有弹簧套，弹簧套顶面设置有摆动组件，弹簧位于弹簧套内，且弹簧顶面与摆动组件连接，摆动组件包括磁铁套和永磁铁，磁铁套与弹簧套固连，永磁铁侧面与磁铁套内侧面间隙配合，且永磁铁固定设置于磁铁套内；在壳体顶面设有位于永磁铁上方的电磁线圈，电磁线圈的两端伸出电磁收集导线。

9.如权利要求8所述的振动能量收集发电装置，其特征在于：壳体内设有静电极和与静电极平行的动电极，静电极和动电极相对的表面电荷亲和性不同，静电极和动电极均沿壳体高度方向设置，动电极位于静电极和摆动组件之间，静电极和动电极上连接有摩擦收集导线。

10.如权利要求9所述的振动能量收集发电装置，其特征在于：静电极和动电极均为铜箔电极，动电极与静电极相对的表面上设置有聚四氟乙烯薄膜层。

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