一种浮标状的双层结构波浪能摩擦纳米发电机制造技术

本发明专利技术提供一种浮标状的双层结构波浪能摩擦纳米发电机，包括浮标外壳、设置在浮标外壳内的内层发电单元、设置在内层发电单元与浮标外壳之间的外层发电单元，所述内层发电单元为滑动摩擦式发电装置，利用垂荡波浪能发电；所述外层发电单元为挤压摩擦式发电装置，利用俯仰波浪能发电。本发明专利技术可以通过共振效应以最大效率收集全方位宽频波浪能，将其转换为电能。能。能。

【技术实现步骤摘要】
一种浮标状的双层结构波浪能摩擦纳米发电机


[0001]本专利技术涉及海洋能发电
，特别涉及一种浮标状的双层结构波浪能摩擦纳米发电机。

技术介绍

[0002]随着传统化石燃料能源的日益枯竭，能源危机成为世界性的问题，这就迫切需要开发可再生、绿色的清洁能源。由于地球70％的表面被海洋覆盖，波浪是最丰富的储能之一，所以波浪能在大规模发电方面具有广阔的前景。然而，传统的用于收集波浪能量的电磁发电机存在结构笨重、制造成本高、低频能量采集效率低等局限性。
[0003]摩擦电纳米发电机的出现为有效收集波浪能量提供了新的可能性，因为它在低频状态(尤其是0.1
‑
3Hz)下具有较高的转换效率。同时，摩擦纳米发电机的低制造成本和设计灵活性可以进一步促进其向工业化方向发展。摩擦纳米发电机源于麦克斯韦位移电流，利用摩擦带电和静电感应的耦合效应，可以将环境中的机械能转换为电能。
[0004]当前，已经设计了各种类型的摩擦纳米发电机来收集波浪能，如增加接触面积和通过弹簧提高阻尼运动的频率等。然而，这些工作都很难获得宽频波浪能并多方位收集且实现共振效应，以最大限度的提高波浪能收集的效率。

技术实现思路

[0005]为了克服现有技术中的上述问题，本专利技术提供一种摩擦纳米发电机，可以通过共振效应以最大效率收集全方位宽频波浪能，将其转换为电能。
[0006]本专利技术的目的是这样实现的：包括：
[0007]浮标外壳，呈球形，其内部中空；
[0008]内层发电单元，设置在所述外壳内部；以及
[0009]若干外层发电单元，设置在所述外壳与所述内部发电单元之间；
[0010]其中，所述内层发电单元为滑动摩擦式发电装置，利用垂荡波浪能发电；所述外层发电单元为挤压摩擦式发电装置，利用俯仰波浪能发电。
[0011]进一步地，所述外层发电单元共4个，沿所述内部发电单元周向均布。
[0012]进一步地，所述内层发电单元包括：
[0013]内部结构外壳，内部中空，设置在所述外壳内部；
[0014]若干内部发电模块，呈“田”字形设置在所述内部结构外壳内部。
[0015]进一步地，所述内部发电模块包括：
[0016]外摩擦筒，设置在所述内部结构外壳内部；
[0017]若干内摩擦筒，套设在所述外摩擦筒的内部；
[0018]若干振动弹簧，设置在相邻两内摩擦筒之间；
[0019]其中，所述内摩擦筒的外壁设有第一电极，所述外摩擦筒的内壁设有第二电极。
[0020]进一步地，所述第一电极为等间隔分布的铜电极带，所述第二电极为两个手指状
铜电极带交叉，各电极带长度由短到长递增。
[0021]进一步地，所述第一电极和所述第二电极间隔布置，且所述第一电极和所述第二电极各电极带间隔距离一致。
[0022]进一步地，所述的外层发电单元包括：
[0023]基体，设置在所述内部结构外壳的外部，包括相对设置的第一侧板和第二侧板；以及
[0024]若干外部发电模块，沿竖直方向均匀设置在所述第一侧板和所述第二侧板之间。
[0025]进一步地，所述外部发电模块包括：
[0026]连接轴，沿竖直方向均匀设置在所述第一侧板和所述第二侧板之间；
[0027]若干缓冲弹簧，套设在所述连接轴上，其第一端固定在所述侧板上；
[0028]若干折纸状电极，套设在所述连接轴上，其第一端与所述缓冲弹簧的第二端连接；
[0029]若干直线轴承，套设在所述连接轴上，其第一端与所述折纸状电极的第二端连接。
[0030]进一步地，所述折纸状电极中间打孔，并且所述孔洞作绝缘处理。
[0031]进一步地，所述折纸状电极使用Kapton膜做基底，经过折叠后形成若干大小相同的摩擦纳米发电机单元。
[0032]进一步地，所述每个摩擦纳米发电机单元的两侧粘贴方形铜箔作为电极，在一侧铜箔上粘贴FEP膜作为介电层。
[0033]与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：1、本专利技术的摩擦纳米发电机，外壳为封闭的球形浮标，可以隔绝液体，防止水屏蔽效应影响摩擦纳米发电机的发电效率，且球形浮标有着更好的随波性，因此可以应用于水流等环境下的长期稳定工作。2、本专利技术的摩擦纳米发电机，内层发电单元为一四重三阶动力吸振器，克服了单个动力吸振器的局限性，在波频变化频繁的波浪能作用下，也能够稳定的吸收垂荡波浪能并主动共振，最大化利用波浪能。3、本专利技术的摩擦纳米发电机，内部发电模块的内摩擦筒底面上，有四个大小一致且排布于四角的圆孔，使得内摩擦筒上下滑动时受到的空气阻力影响小，相对应的能够增大内摩擦筒的运动范围，提高内部发电模块的发电效率。4、本专利技术的摩擦纳米发电机，外部发电模块中发电部分采用了折纸状电极，当直线轴承在波浪能作用下沿轴运动时，能同时挤压多个方形电极板，提高了空间利用率，从而提高了外部发电模块的输出性能。5、本专利技术的摩擦纳米发电机，外部发电模块在连接轴两侧增设缓冲弹簧，利用弹簧的弹性，实现对直线轴承碰撞的缓冲，避免折纸状电极在直线轴承多次碰撞后损坏，延长折纸状电极的使用寿命，并且弹簧能够吸收直线轴承的动能，减小直线轴承反向启动时所需要的波浪能。6、本专利技术的摩擦纳米发电机，外层发电单元共4个，沿内层发电单元周向均布，每侧沿竖直方向均匀设置三个外部发电模块，最上方不设置外部发电模块，以降低整体装置的重心，使得摩擦纳米发电机能够保持竖直状态，不会在海浪的作用下侧翻，时刻保持发电的最佳状态。
附图说明
[0034]图1为本专利技术实施例提供的一种浮标状的双层结构波浪能摩擦纳米发电机结构示意图；
[0035]图2为本专利技术实施例提供的一种浮标外壳的结构示意图；
[0036]图3为本专利技术实施例提供的一种去除外壳的浮标状的双层结构波浪能摩擦纳米发
电机结构示意图；
[0037]图4为本专利技术实施例提供的一种内部发电模块的结构示意图；
[0038]图5为本专利技术实施例提供的一种内摩擦筒的结构示意图；
[0039]图6为本专利技术实施例提供的一种内部发电模块电极的布置示意图；
[0040]图7为本专利技术实施例提供的一种外部发电模块的结构示意图；
[0041]图8为本专利技术实施例提供的一种外部发电模块电极的布置示意图。
[0042]图中，100、浮标外壳；200、发电部分外壳；300、内层发电单元；400、外层发电单元；1、上半浮体；2、顶板；3、盖板；4、上底面；5、内部结构外壳；6、内摩擦筒；7、内部弹簧连接件；8、振动弹簧；9、外摩擦筒；10、第一上紧固件；11、第二上紧固件；12、榫卯结构紧固件；13、连接轴；14、缓冲弹簧；15、外部弹簧连接件；16、定位板；17、第一下紧固件；18、第二下紧固件；19、直线轴承；20、折纸状电极；21、外部结构底面；22、下底面；23、侧面；24、下半浮体。
具体实施方式
[0043]下面结合附图与具体实施方式对本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种浮标状的双层结构波浪能摩擦纳米发电机，其特征在于：包括浮标外壳、设置在浮标外壳内的内层发电单元、设置在内层发电单元与浮标外壳之间的外层发电单元，所述内层发电单元为滑动摩擦式发电装置，利用垂荡波浪能发电；所述外层发电单元为挤压摩擦式发电装置，利用俯仰波浪能发电。2.根据权利要求1所述的一种浮标状的双层结构波浪能摩擦纳米发电机，其特征在于：所述外层发电单元共4个，沿所述内层发电单元周向均布。3.根据权利要求1或2所述的一种浮标状的双层结构波浪能摩擦纳米发电机，其特征在于：所述内层发电单元包括内部中空的内部结构外壳、呈“田”字形设置在所述内部结构外壳(5)内部的内部发电模块；内部发电模块包括设置在所述内部结构外壳(5)内部的外摩擦筒(9)，套设在所述外摩擦筒(9)的内部的至少两个的内摩擦筒(6)、设置在相邻两内摩擦筒(6)之间若干振动弹簧(8)，所述内摩擦筒(6)的外壁设有第一电极，所述外摩擦筒(9)的内壁设有第二电极。4.根据权利要求3所述的一种浮标状的双层结构波浪能摩擦纳米发电机，其特征在于：所述第一电极为等间隔分布的铜电极带，所述第二电极为两个手指状铜电极带交叉，各电极带长度由短到长递增；所述第一电极和所述第二电极间隔布置，且所述第一电极和所述第二电极各电极带间隔距离一致。5.根据权利要求1或2所述的一种浮标状的双层结构波浪能摩擦纳米发电机，其特征在于：所述的外层发电单元包括设置在所述内部结构外壳(5)的外部的基体，基体包括相对设置的第一侧板和第二侧板；沿竖直方向均匀设置在所述第一侧板和所述第二侧板之间设置有至少两组外部发电模块，每组外部发电模块包括沿竖直方向均匀设置在所述第一侧板和所述第二侧板之间的连接轴(13)、套设在所述连接轴(13)上的缓冲弹簧(14)、套设在所述连接轴(13)上的折纸状电极(20)、套设在所述连接轴(13)上的直线轴承(19)，缓冲弹簧(14)第一端固定在所述侧板上；折纸状电极(20)第一端与所述缓冲弹簧(14)的第二端连接；直线轴承(19)第一端与所述折纸状电极(20)的第二端连接。6.根据权利要求3所述的一种浮标状的双层结构波浪能摩擦纳米发电机，其特征在于：所述的外层发电单元包括设置...

【专利技术属性】
技术研发人员：张岚，巢平安，曲栋良，张瀚文，刘鸣，海日罕，王质沛，
申请(专利权)人：哈尔滨工程大学，
类型：发明
国别省市：