[發明專利]一種球形復合發電單元及其發電設備

有效

• 申請號: 202210514226.8
• 申請日: 2022-05-11
• 公開（公告）號: CN114744908B
• 公開（公告）日: 2023-08-18
• 發明（設計）人: 洪占勇;張中;蔣濤;王中林
• 申請（專利權）人: 北京納米能源與系統研究所
• 主分類號: H02N1/04
• 分類號: H02N1/04
• 代理公司: 合肥市澤信專利代理事務所(普通合伙) 34144
• 代理人: 潘飛

本發明涉及新能源發電領域，特別是涉及一種球形復合發電單元及其發電設備。該復合發電單元包括殼體、線圈、隔離層、永磁體、摩擦電極和多個摩擦球等不同的組成部分構成，具有多種不同的結構形式。其中，殼體呈球形或半球形。永磁體位于殼體內。線圈呈螺旋線狀分布在殼體內壁上。隔離層覆蓋線圈上；摩擦電極貼在隔離層上，包括間隔設置的第一壁電極和第二壁電極。第一壁電極和第二壁電極的組合體與球殼的內壁結構相匹配；摩擦球的表面采用與摩擦電極材料極性相反的絕緣型摩擦發電材料制備而成。摩擦球位于殼體內，并置于永磁體的下方。本發明解決了現有納米摩擦發電設備的能量轉化率不高，設備單位體積發電功率低，應用場景有限的問題。

技術領域

本發明涉及新能源發電領域，特別是涉及一種球形復合發電單元及其發電設備。

背景技術

摩擦納米發電是基于摩擦起電和靜電感應相耦合的發電技術，摩擦納米發電技術能夠將收集到的各種形式的機械能轉化為電能；尤其適合收集能量密度較低運動形式多樣的機械能。因此非常適合在海洋能、風能、潮汐能等領域的應用。現有的收集波浪能的摩擦納米發電設備具有發電電壓高、質量輕、安裝靈活等優點。

但是現有的納米摩擦發電設備大多存在能量轉化率不高，設備單位體積的發電功率低，難以進行推廣應用的問題。例如，現有的摩擦納米發電設備在周期運動條件下對風能和波浪具有的勢能的轉化效率較高，但是當風力或波浪的運動方向多變，活動強度不均衡且無序環境下，摩擦納米發電設備的能量轉化效率便會顯著降低。

發明內容

基于此，有必要針對現有納米摩擦發電設備的能量轉化率不高，設備單位體積發電功率低，應用場景有限的問題；提供一種球形復合發電單元及其發電設備。

本發明提供的技術方案如下：

一種球形復合發電單元，該復合發電單元包括殼體、線圈、隔離層、永磁體、摩擦電極和多個摩擦球等不同的組成部分構成。球形復合發電單元的結構形式主要分為三種，前兩種為半球形，后一種為全球形。

具體地，在第一種的結構形式中，殼體包括可拆卸的圓形頂蓋和半球殼。半球殼的內壁上均勻設置有多個固定的支撐柱；每個支撐柱的頂部連接有一個萬向滾珠。

線圈呈半球形螺旋線狀。線圈布設在半球殼的內壁上；線圈的兩端分別連接有第一端電極和第二端電極。隔離層覆蓋在半球殼的內壁上，并位于線圈的上層。隔離層需要采用絕緣材料制備而成。

本發明中，永磁體呈半球殼狀，且永磁體的球面結構中弧長對應的圓心角不大于120°。永磁體的凸面搭接在殼體內的支撐柱上，并與萬向滾珠抵接。裝配后的永磁體所在球面與半球殼所在球面同心。

摩擦電極包括間隔設置的第一壁電極和第二壁電極。第一壁電極中包括多個展開后呈橘瓣形的第一極角，各個第一極角通過內側的一個連接環相互串連。第二壁電極中包括多個依次嚙合在第一極角間空隙處的第二極角；各個第二極角通過外側的一個連接環相互串聯。第一壁電極和第二壁電極的組合體與半球殼的內壁結構相匹配，組合體覆蓋在半殼體內的隔離層的上表面。第一壁電極和第二壁電極由極性相同的導電型摩擦發電材料制備而成。

摩擦球的表面采用與第一壁電極或第二壁電極極性相反的絕緣型摩擦發電材料制備而成。摩擦球位于殼體內，并置于永磁體的下方，摩擦球的直徑小于支撐柱的長度。

作為本發明方案一中進一步地改進，永磁體采用鏤空狀結構，鏤空處在永磁體表面非均勻分布，且鏤空處填充有與摩擦球表面材料極性相同的絕緣型摩擦發電材料。

且/或永磁體上部的環形邊緣處設置有緩沖膠墊。

作為本發明方案一中進一步地改進，殼體中頂蓋的底部固定連接有一根或多根抵桿，抵桿的延伸方向指向永磁體的上表面，且抵桿端部與永磁體靠近但不接觸。

球形復合發電單元的第二種結構形式如下：