CN217824768U - 一种弹簧摆件式的摩擦纳米发电机装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种弹簧摆件式的摩擦纳米发电机装置，包括底座、弹簧、摆动板、安装架、安装板、连接膜、摩擦纳米发电单元、电线和整流桥，所述底座上通过若干根弹簧支撑设置有摆动板，摆动板上固定设置有安装架；所述安装架上固定设置有若干个安装板，所述连接膜扇形折叠设置有多组摩擦纳米发电单元，连接膜和摩擦纳米发电单元的底部固定在安装板上；所述摩擦纳米发电单元通过电线与整流桥连接。本实用新型设计的摩擦纳米发电机装置主要的结构为设计有随波晃动的摆动板和摩擦产生电荷的纳米发电单元，目的是把海洋中的波浪能转化成电能储存。

Description

一种弹簧摆件式的摩擦纳米发电机装置

技术领域

本实用新型属于摩擦纳米发电机技术领域，尤其涉及一种弹簧摆件式的摩擦纳米发电机装置。

背景技术

目前人类正面临着化石能源枯竭与排放污染两大问题，为了解决这两个问题，并实现碳中和，我们需要寻找一种储蓄丰富，无污染的新能源代替。新能源包括有太阳能、地热能、水能、风能、海洋能等等，其中的海洋能最具有潜力。海洋作为地球上覆盖面积最广的地貌，储存的能量不仅丰富而且种类繁多，主要有温差能、盐度差能、波浪能、潮汐能和洋流能五种形式最为常见。其中波浪能是在风的作用下，海水质点在其平衡点位置附近作周期性运动形成的。波浪能作为海洋中最主要的一种能源，有着其他能源无法比拟的优势，它对于季节，温度，日昼的依赖较少，并且储存丰富，绿色无污染，充分开发利用波浪能对于缓解能源危机与减少环境污染有着至关重要的作用。

传统的电磁发电机在海洋中的运用上仍然存在诸多的挑战，主要是因为海洋中的波浪是低频低震幅，随机无序的特性以及装置笨重，安装困难等等问题，因此急需一种新的发电技术替代。而摩擦纳米发电机是一种基于作为一种新兴技术，有着极好的低频工作效率，重量轻，成本低，材料选择多样，易安装等等优势，逐渐在波浪能转化方向上展现出巨大的潜力。所以需要设计一种能够把波浪能转化成电能的摩擦纳米发电装置。

实用新型内容

本实用新型针对上述现有技术的不足，发明了一种弹簧摆件式的摩擦纳米发电机装置。

为了实现上述目的，本实用新型采用如下的技术方案：

一种弹簧摆件式的摩擦纳米发电机装置，包括底座、弹簧、摆动板、安装架、安装板、连接膜、摩擦纳米发电单元、电线和整流桥，所述底座上通过若干根弹簧支撑设置有摆动板，摆动板上固定设置有安装架；所述安装架上固定设置有若干个安装板，所述连接膜扇形折叠设置有多组摩擦纳米发电单元，连接膜和摩擦纳米发电单元的底部固定在安装板上；所述摩擦纳米发电单元通过电线与整流桥连接。

本实用新型设计的摩擦纳米发电机装置主要的结构为设计有随波晃动的摆动板和摩擦产生电荷的纳米发电单元，目的是把海洋中的波浪能转化成电能储存。

进一步，所述摩擦纳米发电单元包括第一电极和第二电极，所述第一电极为单独一片弹簧钢片；所述第二电极由弹簧钢片和PTFE膜组成，PTFE膜粘贴在弹簧钢片的表面上；所述第一电极和第二电极的弹簧钢片分别粘贴固定在连接膜折叠重合的相对的面上；所述第一电极和第二电极的弹簧钢片都连接有电线；摩擦纳米发电单元是通过第一电极和第二电极的面接触和分离产生正负电荷发电。

进一步，所述弹簧钢片和PTFE膜的厚度为80微米；弹簧钢片太厚不容易弯曲，太薄弹力又太小，经过测试，80微米厚度最为合适；PTFE太厚会降低附着电极上的感应电荷量，导致器件性能下降；太薄容易磨损，严重降低六耐用性，经过测试80微米的PTFE膜最为合适。

进一步，所述摩擦纳米发电机装置上的第一电极或第二电极上的电线并联汇聚成一股后才与整流桥连接，单个发电机单元相当于一个电容式电源，数个发电机同极线连在一起，等价于数个电容并联在一起，于是就能将每个发电机的电荷输出叠加在一起，然后同时输出出来。

进一步，所述安装架的横截面为等腰三角形，所述等腰三角形的底角为75°；所述安装板垂直安装架的斜面设置，这样在晃动震动过程中连接膜内部的摩擦纳米发电单元的两个电极的接触和分离更明显，相互摩擦产生的电荷也更多。

进一步，还包括配重块，所述连接膜处于最外侧面的上部固定设置有配重块，配重块可以在摆动时增加处于最外层弹簧钢片的弯曲度，使其带动连接膜拉伸促使摩擦纳米发电单元内两个电极的分离；在弹簧钢片弯曲恢复时也能使连接膜收缩挤压。

本实用新型的优点在于：本实用新型的弹簧的设计为摩擦纳米发电机中电极的接触和分离的震动幅度放大了效果，解决了由于波浪波动幅度过低，无法驱动摩擦纳米发电机工作的问题；2.摩擦纳米发电机采用的是基于弹簧钢片制作的多层结构，下端固定，上端通过配重块产生更大的震幅，在外力的驱动下，配重带动摩擦纳米发电单元上端打开使两个电极分离，分离过程中，弹簧钢片发生形变产生弹力，便可以拉回配重块使两个电极碰撞摩擦接触，整个接触与分离过程中在底部弹簧的辅助下便能产生稳定的电荷输出；3.得益于底部弹簧结构与上端多组摩擦纳米发电单元的组合，能够有效的利用低频、低震幅的震动能，使该装置可以在更多场合发挥作用，比如轮船、汽车、自行车等能够产生震动的装置或者设备上。

附图说明

图1是本实用新型一种弹簧摆件式的摩擦纳米发电机装置的立体图；

图2是本实用新型一种弹簧摆件式的摩擦纳米发电机装置的前视图；

图3是本实用新型一种弹簧摆件式的摩擦纳米发电机装置的左视图；

图4是本实用新型一种弹簧摆件式的摩擦纳米发电机装置中连接膜与摩擦纳米发电单元的仰视图。

具体实施方式

以下结合附图对本实用新型进行详细说明：

在本实用新型的描述中，需要说明的是，“左”、“右”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该实用新型产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。

如图1-4所示，一种弹簧摆件式的摩擦纳米发电机装置，包括底座1、弹簧2、摆动板3、安装架4、安装板5、连接膜6、摩擦纳米发电单元7、电线8和整流桥9，所述底座1上通过12根弹簧2支撑设置有摆动板3，即弹簧2的下端固定在底座1上，弹簧2的上端固定在摆动板3的底面上。弹簧2采用不锈钢弹簧，弹簧的设计数量和安装分布根据安装环境的震动情况选择；弹簧2的作用主要是改变震动的震幅和频率，使传导到摩擦纳米发电单元7的震幅和频率加强。所述底座1和摆动板3都为矩形的平面板；两者之间的弹簧2均匀分布。在摆动板3上固定设置有安装架4，安装架4的横截面为等腰三角形，等腰三角形的底角为75°。所述安装架4上固定设置有若干个安装板5，安装板5垂直固定安装在安装架4的两个倾斜的侧面上；每一个侧面根据空间的大小至少设置有一排。所述连接膜6扇形折叠设置有多组摩擦纳米发电单元7，摩擦纳米发电单元7固定设置在连接膜6折叠重合的区域内，每一个折叠重合的区域设置有一组摩擦纳米发电单元7。摩擦纳米发电单元7包括第一电极71和第二电极72，第一电极71为单独一片弹簧钢片；第二电极72由弹簧钢片和PTFE膜11组成，PTFE膜粘贴在弹簧钢片的表面上；第一电极71和第二电极72的弹簧钢片分别粘贴固定在连接膜6折叠重合的相对的面上，第二电极72的PTFE膜朝向第一电极71；所第一电极71和第二电极72的弹簧钢片都连接有电线8。连接膜6和摩擦纳米发电单元7的底部固定在安装板5上，主要起固定连接作用的是弹簧钢片的底部；所述摩擦纳米发电单元7通过电线8与整流桥9连接。摩擦纳米发电机装置上连线具体为第一电极71或第二电极72上的电线8并联汇聚成一股后才与整流桥9连接，经过整流桥9的作用交流电转成直流电为电容蓄电池充电。

本实施方式中弹簧钢片和PTFE膜的厚度为80微米，连接膜6采用50微米厚的PTFE膜，弹簧钢片、PTFE膜、连接膜6的高度一样；弹簧钢片和PTFE膜比连接膜6折叠重合的区域的宽度略小。

为了增加摩擦纳米发电单元中两个电极(第一电极和第二电极)接触和分离的程度，在连接膜6处于最外侧面的上部固定设置有配重块10，配重块10采用铁块，重量为40g左右；在弹簧钢片在震动的情况下产生弯曲时配重块10会加大弹簧钢片的弯曲度，使两个电极分离更彻底，在弹簧钢片恢复原状时配重块10则会使两个电极碰撞接触得更紧密。

摩擦纳米发电机装置发电的原理：静止状态下，两个电极保持接触，第二电极上的PTFE膜会拿走第一电极表面上的电子，使两个电极的接触面上形成等量的正负电子对。在受到外界环境的震动作用下，装置底部的弹簧2被激发开始进行左右摇晃运动，并同时带动摆动板3上的整个摩擦纳米发电机装置，即在震动作用下连接膜6最外层的摩擦纳米发电单元7的弹簧钢片在配重块10的作用下朝外弯曲，在弯曲的过程中连接膜6会被拉伸使处于内层的摩擦纳米发电单元7的两个电极分离，在分离的过程中，两个电极之间产生了相对电势差，为了使电势平衡，第一电极上的正电荷自发的从外电路转移到第二电极上的弹簧钢片上，从而形成了电流；当分离到一定位置时，弹簧钢片形变产生的弹力可以使配重块10恢复到原位置，在这个恢复过程中两个电极相互靠近，此时将会产生与之前相反的电势差，为了使电势差平衡，第二电极弹簧钢片上的正电荷将会又从外电路上转移到第一电极上，产生一个反向电流。总之在外界震动作用下，摩擦纳米发电单元7将会持续不断的提供一个稳定的交流电输出。

尽管上文对本实用新型的具体实施方案进行了详细的描述和说明，但应该指明的是，我们可以对上述实施方案进行各种改变和修改，但这些都不脱离本实用新型的精神和所附的权利要求所记载的范围。

Claims (6)

1.一种弹簧摆件式的摩擦纳米发电机装置，其特征在于，包括底座(1)、弹簧(2)、摆动板(3)、安装架(4)、安装板(5)、连接膜(6)、摩擦纳米发电单元(7)、电线(8)和整流桥(9)，所述底座(1)上通过若干根弹簧(2)支撑设置有摆动板(3)，摆动板(3)上固定设置有安装架(4)；所述安装架(4)上固定设置有若干个安装板(5)，所述连接膜(6)扇形折叠设置有多组摩擦纳米发电单元(7)，连接膜(6)和摩擦纳米发电单元(7)的底部固定在安装板(5)上；所述摩擦纳米发电单元(7)通过电线(8)与整流桥(9)连接。

2.根据权利要求1所述的一种弹簧摆件式的摩擦纳米发电机装置，其特征在于，所述摩擦纳米发电单元(7)包括第一电极(71)和第二电极(72)，所述第一电极(71)为单独一片弹簧钢片；所述第二电极(72)由弹簧钢片和PTFE膜组成，PTFE膜粘贴在弹簧钢片的表面上；所述第一电极(71)和第二电极(72)的弹簧钢片分别粘贴固定在连接膜(6)折叠重合的相对的面上；所述第一电极(71)和第二电极(72)的弹簧钢片都连接有电线(8)。

3.根据权利要求2所述的一种弹簧摆件式的摩擦纳米发电机装置，其特征在于，所述弹簧钢片和PTFE膜的厚度为80微米。

4.根据权利要求3所述的一种弹簧摆件式的摩擦纳米发电机装置，其特征在于，所述摩擦纳米发电机装置上的第一电极(71)或第二电极(72)上的电线(8)并联汇聚成一股后才与整流桥(9)连接。

5.根据权利要求4所述的一种弹簧摆件式的摩擦纳米发电机装置，其特征在于，所述安装架(4)的横截面为等腰三角形，所述等腰三角形的底角为75°；所述安装板(5)垂直安装架(4)的斜面设置。

6.根据权利要求5所述的一种弹簧摆件式的摩擦纳米发电机装置，其特征在于，还包括配重块(10)，所述连接膜(6)处于最外侧面的上部固定设置有配重块(10)。

Images