本网页已闲置超过3分钟,按键盘任意键或点击空白处,即可回到网页

基于聚酯薄膜的柔性电路风力发电机

发布时间:2021-11-22
分享到:

基于聚酯薄膜的柔性电路风力发电机

发布时间:2021-11-22
分享到:

该项目旨在开发一种名为 FLAG 的全新风力发电机;一个灵活的线性空气静电发生器。它利用柔性电路的运动来发电。

FLAG 的制作方法是将聚酯薄膜切割成所需的形状,在其表面铺上导电区域图案,使其作为静电机器工作,然后将塑料折叠成发电机的最终形状。当暴露在风中时,发电机发生振荡,导电区域的相对运动从风中提取功,从而使电路不断地收集电力。

这个演示原型只需要塑料薄膜、导电胶带和三个二极管(不需要 3D 打印)。

补给品

  • 1×聚酯薄膜  .002" - .005" 厚度,至少 7" x 24"
  • 2×导电胶带 3M 3190 - 10.3x10 张
  • 3×二极管 1N4007 或 M100FF3
  • 1×负荷 T4 荧光灯泡 8-16W,或 100 个 LED 串联,火花隙小

相关说明

FLAG 是首批成功用于户外风力发电的薄膜技术之一。它本质上是一个由薄塑料薄膜制成的自致动空气阀,与静电机器相结合。这种简单、轻便、廉价、易于制造和可回收的技术是一种产生小规模电力的新方法。FLAG 可以具有旗帜或树叶的外观,并且足够轻以用于空中风力发电。

发电机表面带有称为“扇区”的导电区域,通常用作可变电容器。机械接触开关或二极管也用于在扇区之间战略性地转移电荷,以便将带相反电荷的扇区拉开的机械工作可以发电。许多不同的收集电路已经成功地与空气动力振荡器相结合。这个特殊的 FLAG 构建使用二极管,所使用的电路如下所示。 

C1 本质上是一个可变电容器,由三个扇区组成,每个扇区都安装在三层聚酯薄膜中的一层上。内部扇区可以在其他两个扇区之间来回移动,每次往复运动(如果接地),C1 上的电荷增加 2 倍。为了便于构建,此设计未接地,因此该系数可能降低到 1.6。C2是储能电容,不是绝对必要的,但可以提高机器的可靠性和输出电流脉冲的大小。该电路类似于 De Queiroz, ACM (2016) 中描述的电路。使用对称静电发生器的能量收集。2016 年 IEEE 国际电路与系统研讨会 (ISCAS)。doi:10.1109/iscas.2016.752732,除了这个电路使用等效的三板可变电容器,而不是两个同步可变电容器,并且没有真正的接地连接。消除接地连接简化了结构,并且在发电机运行时,电气可能会导致该部分电路的极性“反弹”。缺少接地连接应该会对性能产生影响,但在测试中影响并不明显。

发电机由一张聚酯薄膜制成,切割并折叠成三层。外层有孔,导致内层在风中摆动。内层膜挡住一组孔,使空气流过相对的一组孔,从而将内膜“吸”到相对侧,阻塞相对的一组孔。这最终会在很宽的风速范围内产生非常稳定和可重复的振荡。

视频演示:

特别说明:

● 最近,只使用二极管和电容器就发明了将高电压-低电流脉冲廉价有效地转换为更有用的电压所需的电路:分形转换器电路。 

● 用绝缘胶带将导电表面绝缘似乎是个好主意。相反,用胶带绝缘发电机会对性能产生负面影响。我相信这是因为电荷在几秒钟或几分钟后迁移通过粘合剂,产生类似驻极体的效果。我试过很多磁带,它们都不同程度地出现了这个问题。

● 用于印刷的塑料薄膜通常经过表面处理,使发电机无法工作。我相信这是因为表面处理会吸收湿气,并且在高电压下过度导电。不容易接受永久性标记的塑料通常效果很好(如果墨水有点小并且可以擦掉)。如果薄膜具有一定的刚性并且不太软,那也很好。迄今为止,聚酯薄膜和ETFE的综合性能最好。如果您是从办公用品商店购买材料,那么薄的双面罩或高架透明胶片之类的东西通常是聚酯纤维,如果您能找到足够长的一块,效果会很好。我订购了 2 mil 和 5 mil 聚酯卷用于实验。

● 这个设计有很大的改进空间——我更关心的是让它能够相当可靠地工作,而不是实现高性能。任何可以使工作电压更高的东西都会增加功率输出。

● 发电机不能空载运行。如果空载运行,开路,电压很快升高,会导致聚酯电介质击穿,损坏发电机。这在干燥条件下尤其成问题。

 ● 如果您想使用 LED 作为您的负载,二极管应该串联连接,并且串联一个非常小的火花隙(尝试从一张纸的厚度开始的间隙)。LED 本身并不能为发电机提供足够的电阻来达到合理的工作电压。荧光灯泡不需要火花隙。小霓虹灯也可以无间隙地工作。

相关文件:

标志说明.pdf(带照片的详细说明解释了如何制作薄膜风力发电机)

FLAG 功率计算.xls
 

外文原文:点击进入
声明:本文由Hackaday授权电路城翻译,系电路城的原创内容,转载请注明出处!

加入微信技术交流群

技术交流,职业进阶

关注与非网服务号

获取电子工程师福利

加入电路城 QQ 交流群

与技术大牛交朋友

讨论