堆棧式介電彈性體波浪能量收集器的制造方法
【專利摘要】堆棧式介電彈性體波浪能量收集器，以解決現(xiàn)有能量收集器存在的結(jié)構(gòu)復(fù)雜、體積大、質(zhì)量大、能量轉(zhuǎn)換效率低、噪音大，材料能量密度低的問題。介電彈性體換能元件由50～60個(gè)圓形介電彈性體薄膜上下依次堆棧而成，每個(gè)圓形介電彈性體薄膜的上下端面均涂抹有柔性電極，星形盤、上板、下板和浮體由上至下依次水平設(shè)置，三個(gè)套筒和三個(gè)支柱交錯(cuò)布置在上板與下板之間，每個(gè)套筒和支柱的上端均與上板固定連接、下端均與下板固定連接，套筒內(nèi)裝有介電彈性體換能元件和壓錘，壓錘的上端與第一支座鉸接，拉桿的上端與第二支座鉸接，拉桿的下端穿過上板和下板的中心孔后與剛性繩相連，剛性繩的下端穿過浮體的內(nèi)孔。本發(fā)明用于低頻、大變形能量源發(fā)電場(chǎng)合。
【專利說明】堆棧式介電彈性體波浪能量收集器

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種能量收集器，具體涉及一種堆棧式介電彈性體波浪能量收集器。

【背景技術(shù)】
[0002]現(xiàn)有的能量收集器往往利用環(huán)境能量帶動(dòng)發(fā)電機(jī)工作來實(shí)現(xiàn)電能的轉(zhuǎn)化，因此，這類能量收集系統(tǒng)存在結(jié)構(gòu)復(fù)雜、體積大而笨重、能量轉(zhuǎn)換效率低、產(chǎn)生噪音大等問題；同時(shí)新型的基于各種智能材料的不同能量轉(zhuǎn)換原理的能量收集器又存在著材料的能量密度低、響應(yīng)時(shí)間長(zhǎng)、不易加工制造、易受腐蝕破壞等問題，因此現(xiàn)有的能量收集器很難在低頻、大變形能量源發(fā)電的場(chǎng)合如海洋、河流、湖泊的波浪發(fā)電等領(lǐng)域應(yīng)用。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明為解決現(xiàn)有的能量收集器存在的結(jié)構(gòu)復(fù)雜、體積大、質(zhì)量大、能量轉(zhuǎn)換效率低、噪音大，材料能量密度低、響應(yīng)時(shí)間長(zhǎng)、不易加工制造、易受腐蝕破壞的問題，而提供一種堆棧式介電彈性體波浪能量收集器。
[0004]本發(fā)明的堆棧式介電彈性體波浪能量收集器包括上板、下板、浮體、星形盤、拉桿、剛性繩、第二支座、至少三個(gè)介電彈性體換能元件、至少三個(gè)套筒、至少三個(gè)支柱、三個(gè)支架腿、三個(gè)壓錘和三個(gè)第一支座，所述介電彈性體換能元件由50?60個(gè)圓形介電彈性體薄膜上下依次堆棧而成，每個(gè)圓形介電彈性體薄膜的上下端面均涂抹有柔性電極，星形盤、上板、下板和浮體由上至下依次水平設(shè)置，三個(gè)套筒和三個(gè)支柱交錯(cuò)布置在上板與下板之間，每個(gè)套筒和支柱的上端均與上板固定連接，每個(gè)套筒和支柱的下端均與下板固定連接，每個(gè)套筒內(nèi)由下至上裝有一個(gè)介電彈性體換能元件和一個(gè)壓錘，壓錘的上端穿過上板與第一支座鉸接，第一支座固裝在星形盤上，三個(gè)支架腿與三個(gè)支柱一一對(duì)應(yīng)，支架腿的一端與支柱固定連接，支架腿的另一端與浮體固定連接，所述第二支座固裝在星形盤下端面的中心處，拉桿的上端與第二支座鉸接，拉桿的下端穿過上板和下板的中心孔后與剛性繩相連，剛性繩的下端穿過浮體的內(nèi)孔。
[0005]本發(fā)明與現(xiàn)有方法相比具有以下有益效果:
[0006]一、由于本發(fā)明的介電彈性體換能元件是由50?60個(gè)圓形介電彈性體薄膜上下堆棧而成，且圓形介電彈性體薄膜是一種軟質(zhì)絕緣材料，通過材料內(nèi)部結(jié)構(gòu)改變而伸縮、彎曲、束緊和膨脹。介電彈性體換能元件能夠在外加電場(chǎng)與機(jī)械力的作用下產(chǎn)生大變形，從而實(shí)現(xiàn)機(jī)械能到電能的轉(zhuǎn)化，本發(fā)明的材料能量密度低、能量轉(zhuǎn)換效率高、噪音小。本發(fā)明具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、體積小、質(zhì)量小、響應(yīng)時(shí)間短、易加工制造、不易受腐蝕破壞等優(yōu)點(diǎn)。
[0007]二、本發(fā)明適合于在低頻、大變形能量源發(fā)電的場(chǎng)合如海洋、河流、湖泊等的波浪發(fā)電領(lǐng)域應(yīng)用。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0008]圖1是本發(fā)明的整體結(jié)構(gòu)示意圖；
[0009]圖2是介電彈性體換能元件I的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0010]圖3是圖1的A-A截面圖；
[0011]圖4是本發(fā)明的能量收集電路圖。

【具體實(shí)施方式】
[0012]【具體實(shí)施方式】一:結(jié)合圖1?圖3說明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式包括上板3、下板
4、浮體7、星形盤10、拉桿11、剛性繩12、第二支座13、至少三個(gè)介電彈性體換能元件1、至少三個(gè)套筒2、至少三個(gè)支柱5、三個(gè)支架腿6、三個(gè)壓錘8和三個(gè)第一支座9，介電彈性體換能元件I由50?60個(gè)圓形介電彈性體薄膜1-1上下依次堆棧而成，每個(gè)圓形介電彈性體薄膜1-1的上下端面均涂抹有柔性電極1-2，星形盤10、上板3、下板4和浮體7由上至下依次水平設(shè)置，三個(gè)套筒2和三個(gè)支柱5交錯(cuò)布置在上板3與下板4之間，每個(gè)套筒2和支柱5的上端均與上板3固定連接，每個(gè)套筒2和支柱5的下端均與下板4固定連接，每個(gè)套筒2內(nèi)由下至上裝有一個(gè)介電彈性體換能元件I和一個(gè)壓錘8，壓錘8的上端穿過上板3與第一支座9鉸接，第一支座9固裝在星形盤10上，三個(gè)支架腿6與三個(gè)支柱5 —一對(duì)應(yīng)，支架腿6的一端與支柱5固定連接，支架腿6的另一端與浮體7固定連接，所述第二支座13固裝在星形盤10下端面的中心處，拉桿11的上端與第二支座13鉸接，拉桿11的下端穿過上板3和下板4的中心孔后與剛性繩12相連，剛性繩12的下端穿過浮體7的內(nèi)孔后被牢系于水槽14底部。數(shù)層圓形介電彈性體薄膜1-1在堆棧前，先對(duì)單個(gè)圓形介電彈性體薄膜1-1進(jìn)行預(yù)拉伸，可以降低薄膜厚度，從而增大介電彈性體薄膜的工作電容，提高能量收集器的能量轉(zhuǎn)換規(guī)模。圓形介電彈性體薄膜1-1的直徑大，面積增大，從而增大圓形介電彈性體薄膜1-1的工作電容，提高能量收集器的能量轉(zhuǎn)換規(guī)模。圓形介電彈性體薄膜1-1的數(shù)量多，介電彈性體換能元件I的厚度增加，從而增大介電彈性體換能元件I的工作電容，提高能量收集器的能量轉(zhuǎn)換規(guī)模。增加套筒2的個(gè)數(shù)，以增加介電彈性體換能元件I的數(shù)量，從而提高能量收集器的能量轉(zhuǎn)換規(guī)模。
[0013]【具體實(shí)施方式】二:結(jié)合圖2說明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式的介電彈性體換能元件I由55個(gè)圓形介電彈性體薄膜1-1上下堆棧而成。圓形介電彈性體薄膜1-1的數(shù)量多，介電彈性體換能元件I的厚度增加，從而增大介電彈性體換能元件I的工作電容，提高能量收集器的能量轉(zhuǎn)換規(guī)模。其它組成及連接關(guān)系與【具體實(shí)施方式】一相同。
[0014]【具體實(shí)施方式】三:結(jié)合圖2說明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式的圓形介電彈性體薄膜
1-1由硅橡膠材料制成。如此設(shè)置，軟片形變量大、驅(qū)動(dòng)器變形大。其它組成及連接關(guān)系與【具體實(shí)施方式】一或二相同。
[0015]【具體實(shí)施方式】四:結(jié)合圖2說明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式的硅橡膠材料固化前，在硅橡膠中加入鈦酸鋇粉末、碳納米管或石墨烯，鈦酸鋇粉末、碳納米管或石墨烯的加入量為硅橡膠質(zhì)量的1%?5%。如此設(shè)置，以提高介電彈性體的相對(duì)介電常數(shù)，從而增大介電彈性體薄膜的工作電容，增大能量轉(zhuǎn)換規(guī)模。其它組成及連接關(guān)系與【具體實(shí)施方式】三相同。
[0016]【具體實(shí)施方式】五:結(jié)合圖2說明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式的鈦酸鋇粉末、碳納米管或石墨烯的加入量為硅橡膠質(zhì)量的3%。如此設(shè)置，以提高介電彈性體的相對(duì)介電常數(shù)，從而增大介電彈性體薄膜的工作電容，增大能量轉(zhuǎn)換規(guī)模。其它組成及連接關(guān)系與【具體實(shí)施方式】四相同。
[0017]【具體實(shí)施方式】六:結(jié)合圖2說明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式的柔性電極1-2由石墨材料制成。如此設(shè)置，柔性更好、變形更大。其它組成及連接關(guān)系與【具體實(shí)施方式】四相同。
[0018]【具體實(shí)施方式】七:結(jié)合圖3說明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式的三個(gè)套筒2沿同一圓周均布設(shè)置，三個(gè)支柱5沿同一圓周均布設(shè)置。如此設(shè)置，使得重量分布均勻，以提高收集器的穩(wěn)定性。其它組成及連接關(guān)系與【具體實(shí)施方式】六相同。
[0019]【具體實(shí)施方式】八:結(jié)合圖1說明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式的套筒2、上板3和下板4均由有機(jī)玻璃材料制成。如此設(shè)置，使得堆棧式介電彈性體波浪能量收集器的結(jié)構(gòu)質(zhì)量更輕，以增加能量轉(zhuǎn)換效率。其它組成及連接關(guān)系與【具體實(shí)施方式】七相同。
[0020]【具體實(shí)施方式】九:結(jié)合圖1說明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式的支柱5、支架腿6、星形盤10第一支座9和第二支座13均由硬鋁合金2A12材料制成。如此設(shè)置，堆棧式介電彈性體波浪能量收集器的結(jié)構(gòu)質(zhì)量更輕，增加能量轉(zhuǎn)換效率。其它組成及連接關(guān)系與【具體實(shí)施方式】八相同。
[0021]【具體實(shí)施方式】十:結(jié)合圖1說明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式的浮體7由發(fā)泡PE板制成。如此設(shè)置，可使堆棧式介電彈性體波浪能量收集器漂浮于水面之上。其它組成及連接關(guān)系與【具體實(shí)施方式】九相同。
[0022]本發(fā)明的工作原理:參見圖1和圖4，柔性電極1-2引出電極線1-3與電源E和儲(chǔ)能電容Cs連接，將堆棧式介電彈性體波浪能量收集器置于水槽14中，電路中的微動(dòng)開關(guān)S i斷開，S2?合，當(dāng)液面上升時(shí)，拉桿11與剛性繩12使得壓錘8的相對(duì)高度不會(huì)明顯改變，浮體7通過支架腿6、支柱5、下板4、套筒2和上板3帶動(dòng)介電彈性體換能元件I向上運(yùn)動(dòng)，從而使得介電彈性體換能元件I被壓縮，電容增大。當(dāng)介電彈性體換能元件I被壓縮到一定程度時(shí)，微動(dòng)開關(guān)S1閉合，S2斷開，高壓電源E向介電彈性體換能元件I充電，電量恒定。當(dāng)液面下降時(shí)，拉桿11與剛性繩12使得壓錘8的相對(duì)高度不會(huì)明顯改變，浮體7通過支架腿6、支柱5、下板4、套筒2和上板3帶動(dòng)介電彈性體換能元件I向下運(yùn)動(dòng)，從而使得介電彈性體換能元件I恢復(fù)初始形狀，電容減小。由于介電彈性體換能元件I兩端電量恒定，使得其兩端電壓升高，所存儲(chǔ)電能升高。與此同時(shí)，微動(dòng)開關(guān)S2瞬時(shí)閉合，S1斷開，介電彈性體換能元件I (Cg)將其電能存入儲(chǔ)能電容Cs中。至此完成一次機(jī)械能到電能的轉(zhuǎn)換。當(dāng)水面產(chǎn)生連續(xù)波動(dòng)時(shí)，以上過程會(huì)循環(huán)往復(fù)出現(xiàn)，從而完成一次又一次的機(jī)械能到電能。
【權(quán)利要求】
1.一種堆棧式介電彈性體波浪能量收集器，所述收集器包括上板(3)、下板(4)、浮體(7)、星形盤(10)、拉桿(11)、剛性繩(12)、第二支座(13)、至少三個(gè)介電彈性體換能元件(1)、至少三個(gè)套筒(2)、至少三個(gè)支柱(5)、三個(gè)支架腿￠)、三個(gè)壓錘(8)和三個(gè)第一支座(9)，所述介電彈性體換能元件(I)由50?60個(gè)圓形介電彈性體薄膜(1-1)上下依次堆棧而成，每個(gè)圓形介電彈性體薄膜(1-1)的上下端面均涂抹有柔性電極(1-2)，星形盤(10)、上板(3)、下板⑷和浮體(7)由上至下依次水平設(shè)置，三個(gè)套筒(2)和三個(gè)支柱(5)交錯(cuò)布置在上板(3)與下板(4)之間，每個(gè)套筒(2)和支柱(5)的上端均與上板(3)固定連接，每個(gè)套筒(2)和支柱(5)的下端均與下板(4)固定連接，每個(gè)套筒(2)內(nèi)由下至上裝有一個(gè)介電彈性體換能元件(I)和一個(gè)壓錘(8)，壓錘(8)的上端穿過上板(3)與第一支座(9)鉸接，第一支座(9)固裝在星形盤(10)上，三個(gè)支架腿(6)與三個(gè)支柱(5) —一對(duì)應(yīng)，支架腿(6)的一端與支柱(5)固定連接，支架腿(6)的另一端與浮體(7)固定連接，所述第二支座(13)固裝在星形盤(10)下端面的中心處，拉桿(11)的上端與第二支座(13)鉸接，拉桿(11)的下端穿過上板⑶和下板⑷的中心孔后與剛性繩(12)相連，剛性繩(12)的下端穿過浮體⑵的內(nèi)孔。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述堆棧式介電彈性體波浪能量收集器，其特征在于:所述介電彈性體換能元件(I)由55個(gè)圓形介電彈性體薄膜(1-1)上下堆棧而成。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述堆棧式介電彈性體波浪能量收集器，其特征在于:所述圓形介電彈性體薄膜(1-1)由娃橡膠材料制成。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述堆棧式介電彈性體波浪能量收集器，其特征在于:所述硅橡膠材料固化前，在硅橡膠中加入鈦酸鋇粉末、碳納米管或石墨烯，鈦酸鋇粉末、碳納米管或石墨烯的加入量為硅橡膠質(zhì)量的1%?5%。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述堆棧式介電彈性體波浪能量收集器，其特征在于:所述鈦酸鋇粉末、碳納米管或石墨烯的加入量為硅橡膠質(zhì)量的3%。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述堆棧式介電彈性體波浪能量收集器，其特征在于:所述柔性電極(1-2)由石墨材料制成。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述堆棧式介電彈性體波浪能量收集器，其特征在于:所述三個(gè)套筒(2)沿同一圓周均布設(shè)置，三個(gè)支柱(5)沿同一圓周均布設(shè)置。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述堆棧式介電彈性體波浪能量收集器，其特征在于:所述套筒(2)、上板(3)和下板(4)均由有機(jī)玻璃材料制成。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述堆棧式介電彈性體波浪能量收集器，其特征在于:所述支柱(5)、支架腿(6)、星形盤(10)第一支座(9)和第二支座(13)均由硬鋁合金2A12材料制成。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述堆棧式介電彈性體波浪能量收集器，其特征在于:所述浮體(7)由發(fā)泡PE板制成。
【文檔編號(hào)】F03B13/14GK104485838SQ201410612580
【公開日】2015年4月1日 申請(qǐng)日期:2014年11月4日 優(yōu)先權(quán)日:2014年11月4日
【發(fā)明者】冷勁松, 劉彥菊, 劉立武, 呂雄飛, 焦陽, 羅曉建 申請(qǐng)人:哈爾濱工業(yè)大學(xué)