一种球形复合发电单元及其发电设备制造技术

本发明专利技术涉及新能源发电领域，特别是涉及一种球形复合发电单元及其发电设备。该复合发电单元包括壳体、线圈、隔离层、永磁体、摩擦电极和多个摩擦球等不同的组成部分构成，具有多种不同的结构形式。其中，壳体呈球形或半球形。永磁体位于壳体内。线圈呈螺旋线状分布在壳体内壁上。隔离层覆盖线圈上；摩擦电极贴在隔离层上，包括间隔设置的第一壁电极和第二壁电极。第一壁电极和第二壁电极的组合体与球壳的内壁结构相匹配；摩擦球的表面采用与摩擦电极材料极性相反的绝缘型摩擦发电材料制备而成。摩擦球位于壳体内，并置于永磁体的下方。本发明专利技术解决了现有纳米摩擦发电设备的能量转化率不高，设备单位体积发电功率低，应用场景有限的问题。问题。问题。

【技术实现步骤摘要】
一种球形复合发电单元及其发电设备


[0001]本专利技术涉及新能源发电领域，特别是涉及一种球形复合发电单元及其发电设备。

技术介绍

[0002]摩擦纳米发电是基于摩擦起电和静电感应相耦合的发电技术，摩擦纳米发电技术能够将 收集到的各种形式的机械能转化为电能；尤其适合收集能量密度较低运动形式多样的机械 能。因此非常适合在海洋能、风能、潮汐能等领域的应用。现有的收集波浪能的摩擦纳米发 电设备具有发电电压高、质量轻、安装灵活等优点。
[0003]但是现有的纳米摩擦发电设备大多存在能量转化率不高，设备单位体积的发电功率低， 难以进行推广应用的问题。例如，现有的摩擦纳米发电设备在周期运动条件下对风能和波浪 具有的势能的转化效率较高，但是当风力或波浪的运动方向多变，活动强度不均衡且无序环 境下，摩擦纳米发电设备的能量转化效率便会显著降低。

技术实现思路

[0004]基于此，有必要针对现有纳米摩擦发电设备的能量转化率不高，设备单位体积发电功率 低，应用场景有限的问题；提供一种球形复合发电单元及其发电设备。
[0005]本专利技术提供的技术方案如下：
[0006]一种球形复合发电单元，该复合发电单元包括壳体、线圈、隔离层、永磁体、摩擦电极 和多个摩擦球等不同的组成部分构成。球形复合发电单元的结构形式主要分为三种，前两种 为半球形，后一种为全球形。
[0007]具体地，在第一种的结构形式中，壳体包括可拆卸的圆形顶盖和半球壳。半球壳的内壁 上均匀设置有多个固定的支撑柱；每个支撑柱的顶部连接有一个万向滚珠。
[0008]线圈呈半球形螺旋线状。线圈布设在半球壳的内壁上；线圈的两端分别连接有第一端电 极和第二端电极。隔离层覆盖在半球壳的内壁上，并位于线圈的上层。隔离层需要采用绝缘 材料制备而成。
[0009]本专利技术中，永磁体呈半球壳状，且永磁体的球面结构中弧长对应的圆心角不大于120
°
。 永磁体的凸面搭接在壳体内的支撑柱上，并与万向滚珠抵接。装配后的永磁体所在球面与半 球壳所在球面同心。
[0010]摩擦电极包括间隔设置的第一壁电极和第二壁电极。第一壁电极中包括多个展开后呈橘 瓣形的第一极角，各个第一极角通过内侧的一个连接环相互串连。第二壁电极中包括多个依 次啮合在第一极角间空隙处的第二极角；各个第二极角通过外侧的一个连接环相互串联。第 一壁电极和第二壁电极的组合体与半球壳的内壁结构相匹配，组合体覆盖在半壳体内的隔离 层的上表面。第一壁电极和第二壁电极由极性相同的导电型摩擦发电材料制备而成。
[0011]摩擦球的表面采用与第一壁电极或第二壁电极极性相反的绝缘型摩擦发电材料制备而 成。摩擦球位于壳体内，并置于永磁体的下方，摩擦球的直径小于支撑柱的长度。
[0012]作为本专利技术方案一中进一步地改进，永磁体采用镂空状结构，镂空处在永磁体表面非均 匀分布，且镂空处填充有与摩擦球表面材料极性相同的绝缘型摩擦发电材料。
[0013]且/或永磁体上部的环形边缘处设置有缓冲胶垫。
[0014]作为本专利技术方案一中进一步地改进，壳体中顶盖的底部固定连接有一根或多根抵杆，抵 杆的延伸方向指向永磁体的上表面，且抵杆端部与永磁体靠近但不接触。
[0015]球形复合发电单元的第二种结构形式如下：
[0016]壳体包括可拆卸的圆形顶盖和半球壳。圆形顶盖上靠近壳体内腔一侧的中央设有开口向 下的第一球头安装座。线圈呈半球形螺旋线状。
[0017]线圈布设在半球壳的内壁上；线圈的两端分别连接有第一端电极和第二端电极。隔离层 覆盖在所述半球壳的内壁上，并位于线圈的上层。隔离层采用绝缘材料制备而成。
[0018]永磁体呈半球壳状，且永磁体的球面结构中弧长对应的圆心角不大于120
°
。永磁体的 凹面中央设有一个开口向上的第二球头安装座。永磁体通过一个两端具有球头的连接杆与壳 体中的顶盖可转动连接，连接杆两端的球头分别套接在第一球头安装和第二球头安装座内。 装配后的永磁体所在球面与半球壳所在球面同心。
[0019]摩擦电极包括间隔设置的第一壁电极和第二壁电极。第一壁电极中包括多个展开后呈橘 瓣形的第一极角，各个第一极角通过内侧的一个连接环电连接。第二壁电极中包括多个依次 啮合在第一极角间空隙处的第二极角，各个第二极角通过外侧的一个连接环电连接。第一壁 电极和第二壁电极的组合体与半球壳的内壁结构相匹配，组合体覆盖在半壳体内的隔离层的 上表面。第一壁电极和第二壁电极由极性相同的导电型摩擦发电材料制备而成。
[0020]摩擦球的表面采用与第一壁电极或第二壁电极极性相反的绝缘型摩擦发电材料制备而 成。摩擦球位于壳体和永磁体的间隙处，且摩擦球的直径小于间隙的宽度。
[0021]作为本专利技术方案二的进一步改进，永磁体表面具有不均匀分布的镂空结构，且镂空结构 中至少包括一个大于摩擦球的最大截面的孔洞。
[0022]且/或永磁体上部的环形边缘处设置有缓冲胶垫。
[0023]球形复合发电单元的第三种结构形式如下：
[0024]壳体包括两个可拆卸的半球壳。壳体内壁上安装有至少六个支撑柱，每个支撑柱分别位 于以球心为原点的三维坐标轴上；各个支撑柱的延伸方向指向球心处；各个支撑柱的顶部均 装配有一个万向滚珠。
[0025]线圈由多段导线构成，整体呈球形螺旋线状。线圈布设在半球壳的内壁上；线圈的两端 分别连接有第一端电极和第二端电极。隔离层覆盖在壳体的内壁上，并位于线圈的上层。隔 离层采用绝缘材料制备而成。
[0026]永磁体呈球壳状；永磁体与壳体为同心球壳。永磁体表面设有不均匀分布的镂空结构， 镂空结构处填充有等厚度的非磁性的绝缘材料。永磁体的外径与壳体内径之差等于支撑柱的 高度。
[0027]方案三中摩擦电极的数量为两组，两组摩擦电极堆成设置进而构成一个完整的球壳形。 与前两个方案一致，本方案中的每组摩擦电极也包括间隔设置的第一壁电极和第二壁电极。 第一壁电极中包括多个展开后呈橘瓣形的第一极角，各个第一极角通过内侧的一个连接环电 连接。第二壁电极中包括多个依次啮合在第一极角间空隙处的第二极角，各个
第二极角通过 外侧的一个连接环电连接。第一壁电极和第二壁电极的组合体与半球壳的内壁结构相匹配， 组合体覆盖在半壳体内的隔离层的上表面。第一壁电极和第二壁电极由极性相同的导电型摩 擦发电材料制备而成。两组摩擦电极中，对应的壁电极相互电连接；
[0028]摩擦球的表面采用与第一壁电极或第二壁电极极性相反的绝缘型摩擦发电材料制备而 成。摩擦球位于壳体和永磁体之间的间隙内，摩擦球的直径小于支撑柱的长度。
[0029]作为本专利技术方案一～三进一步地改进，在壳体中，球面结构部分的内壁中含有呈螺旋线 状延伸的凹槽，线圈位于凹槽内。
[0030]作为本专利技术方案一～三进一步地改进，第一壁电极和第二壁电极分别采用具备电正性的 金属、合金、氧化铟锡和导电有机物高分子材料中的任意一种制备而成。摩擦球采用石球本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种球形复合发电单元，其特征在于，其包括：壳体，其包括可拆卸的圆形顶盖和半球壳；所述半球壳的内壁上均匀设置有多个固定的支撑柱；每个所述支撑柱的顶部连接有一个万向滚珠；线圈，其呈半球形螺旋线状；所述线圈布设在所述半球壳的内壁上；所述线圈的两端分别连接有第一端电极和第二端电极；隔离层，其覆盖在所述半球壳的内壁上，并位于线圈的上层；所述隔离层采用绝缘材料制备而成；永磁体，其呈半球壳状，且所述永磁体的球面结构中弧长对应的圆心角不大于120
°
；所述永磁体的凸面搭接在所述壳体内的支撑柱上，并与万向滚珠抵接；装配后的所述永磁体所在球面与半球壳所在球面同心；摩擦电极，其包括间隔设置的第一壁电极和第二壁电极；所述第一壁电极中包括多个展开后呈橘瓣形的第一极角，各个第一极角通过内侧的一个连接环电连接；所述第二壁电极中包括多个依次啮合在第一极角间空隙处的第二极角，各个第二极角通过外侧的一个连接环电连接；所述第一壁电极和第二壁电极的组合体与所述半球壳的内壁结构相匹配，所述组合体覆盖在半壳体内的隔离层的上表面；所述第一壁电极和第二壁电极由极性相同的导电型摩擦发电材料制备而成；多个摩擦球，其表面采用与第一壁电极或第二壁电极极性相反的绝缘型摩擦发电材料制备而成；所述摩擦球位于壳体内，并置于永磁体的下方，所述摩擦球的直径小于所述支撑柱的长度。2.根据权利要求1所述的球形复合发电单元，其特征在于：所述永磁体采用镂空状结构，镂空处在永磁体表面非均匀分布，且镂空处填充有与摩擦球表面材料极性相同的绝缘型摩擦发电材料；且/或所述永磁体上部的环形边缘处设置有缓冲胶垫。3.根据权利要求1所述的球形复合发电单元，其特征在于：所述壳体中顶盖的底部固定连接有一根或多根抵杆，所述抵杆的延伸方向指向所述永磁体的上表面，且抵杆端部与永磁体靠近但不接触。4.一种球形复合发电单元，其特征在于，其包括：壳体，其包括可拆卸的圆形顶盖和半球壳；所述圆形顶盖上靠近壳体内腔一侧的中央设有开口向下的第一球头安装座；线圈，其呈半球形螺旋线状；所述线圈布设在所述半球壳的内壁上；所述线圈的两端分别连接有第一端电极和第二端电极；隔离层，其覆盖在所述半球壳的内壁上，并位于线圈的上层；所述隔离层采用绝缘材料制备而成；永磁体，其呈半球壳状，且所述永磁体的球面结构中弧长对应的圆心角不大于120
°
；所述永磁体的凹面中央设有一个开口向上的第二球头安装座；所述永磁体通过一个两端具有球头的连接杆与壳体中的顶盖可转动连接，连接杆两端的球头分别套接在第一球头安装和第二球头安装座内；装配后的所述永磁体所在球面与半球壳所在球面同心；摩擦电极，其包括间隔设置的第一壁电极和第二壁电极；所述第一壁电极中包括多个展开后呈橘瓣形的第一极角，各个第一极角通过内侧的一个连接环电连接；所述第二壁电极中包括多个依次啮合在第一极角间空隙处的第二极角，各个第二极角通过外侧的一个连
接环电连接；所述第一壁电极和第二壁电极的组合体与所述半球壳的内壁结构相匹配，所述组合体覆盖在半壳体内的隔离层的上表面；所述第一壁电极和第二壁电极由极性相同的导电型摩擦发电材料制备而成；多个摩擦...

【专利技术属性】
技术研发人员：洪占勇，张中，蒋涛，王中林，
申请(专利权)人：北京纳米能源与系统研究所，
类型：发明
国别省市：