【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及新能源发电领域，特别是涉及一种全向风能收集的摩擦纳米发电机及海洋装备。
技术介绍
1、在能源危机日益严峻的形式下，对于可再生能源的探索成为能源可持续发展的重要挑战之一。传统的能源如石油、煤炭、天然气等高质量的低熵能源已经不能满足人类对能源的使用需求，因此，迫切需要一些可替代的能源如自然界中的风能、海洋能等绿色能源。当下全球海洋覆盖率约为70.8％，收集和利用海洋风能也是人类奋斗的目标。目前海洋能与风能的混合收集主要是在海洋中建立水电站，通过收集潮涨潮落时的势能，推动叶轮，使叶轮进行旋转，进而驱动电磁发电机进行工作，将机械能转化为电能，或是直接在建立海洋风能收集站，但其地点受到很大的限制，仅适合于近海岸地带收集，并且成本昂贵，对环境不友好，低频能量的收集电磁发电机无法达到最大的工作效率。
2、王中林团队专利技术的摩擦纳米发电机(teng)提供了一种利用机械能发电的新型发电机，该发电机采用摩擦发电的原理产生电能，可将环境中存在的众多分布式高熵低频能量转化为有效电能，进而可以补充低频能源的收集短板。为了有效利用海上风能发电，技术人员将风杯连接在摩擦纳米发电机的转子部分，通过风杯收集风能进而驱动teng运转发电。这种发电机虽然可以产生电能；但是在海洋平台上等装备上实际应用时，仍存在低频风能收集效率较低的问题。造成这一问题的原因主要包括两点，一方面，现有风力摩擦纳米发电机在海上固定物上随波浪摇摆时，风杯的迎风面无法与风向持续保持正对，这会显著降低此类发电机的风能收集效率。另一方面，传统的风杯和teng的耦合方式不
技术实现思路
1、为了解决传统基于teng的海上风力发电机存在的风能利用率较低的问题，本专利技术提供一种全向风能收集的摩擦纳米发电机及海洋装备。
2、本专利技术提供的技术方案如下：
3、一种全向风能收集的摩擦纳米发电机，其包括：风杯、摩擦发电单元、配重块和平衡架。其中，配重块固定连接在摩擦发电单元的底部。平衡架与摩擦发电单元可转动连接，该平衡架与摩擦发电单元的组合体构成类似陀螺仪的结构，进而使得风杯和摩擦发电单元的组合体在运行过程中保持竖直。
4、本专利技术的摩擦发电单元包括转轴以及至少一组转子和定子。转子和风杯同轴连接在转轴的两端，转子中靠近定子的一侧设有摩擦层；定子中靠近转子的一侧设有电极层；转子在风杯的驱动下相对定子转动时，摩擦层与电极层接触分离过程中发生电荷转移而发电。
5、平衡架包括底座、第一平衡环和第二平衡环，三者构成陀螺仪的支架结构；摩擦发电单元可转动连接在第二平衡环上。在平衡架中，第一平衡环为外环，其用于对摩擦发电单元、配重块、第二平衡环和风杯构成的组合体进行垂直度矫正。第二平衡环为内环，其用于对由摩擦发电单元、配重块和风杯构成的组合体进行水平度矫正。
6、作为本专利技术进一步的改进，摩擦发电单元包括转轴、壳体，上轴承、下轴承、锁轴器、以及至少一组转子和定子。上轴承与下轴承安装在壳体中不同高度处的壳壁上。转轴贯穿壳体的并与上轴承和下轴承可转动连接。锁轴器连接在转轴上用于限制转轴沿轴向的移动。转子和所述定子位于壳体内部，定子与壳体的内壁固定连接。
7、作为本专利技术进一步的改进，壳体内包括一个水平的隔板，隔板将壳体的内腔分隔为上腔体和下腔体；壳体的上盖中央设置第一通孔；隔板中央设置第二通孔。
8、作为本专利技术进一步的改进，上轴承采用带挡边的法兰杯轴承；法兰杯轴承中口径较小的一端的外径与第一通孔的口径相匹配。法兰杯轴承中口径较小一侧朝向壳体，并沿第一通孔处插接到壳体中的上腔体内。
9、作为本专利技术进一步的改进，下轴承包括外环、内环和多颗滚珠。外环的底部设有挡环，以使得外环的上口的口径大于下口的口径。内环的外径与下口的孔径匹配，并沿下口向上插接到外环中；且内环的上沿低于外环的上沿，内环的下沿低于外环的下沿。滚珠均匀分布在所述内环和外环之间空隙处；滚珠的直径等于外环的上口直径与内环外径之差的二分之一。且滚珠的顶部高度高于内环的上沿。
10、锁轴器为一个圆环，锁轴器的内径与转轴的外径相匹配，二者过盈配合，锁轴器的外径与下轴承的外环的上口口径相匹配，二者非接触式同轴设置。锁轴器沿下轴承的外环的上口插入到下轴承中，锁轴器的底部与滚珠的顶部抵接。
11、下轴承中的内环和锁轴器均固定套设在转轴上且二者互不接触。下轴承中的外环固定连接在壳体中的隔板上；下轴承的内环底部超出外环的部分插接到隔板中央的第二通孔中，内环与隔板非接触式同轴设置。
12、作为本专利技术进一步的改进，摩擦发电单元中的转子包括一个中心带有轴孔的圆形的基板以及其上设置的摩擦层。摩擦层呈圆环型并由多个扇环形的摩擦块构成，各个摩擦块之间互不接触。转轴贯穿转子中的轴孔并与转子固定连接。
13、且/或
14、摩擦块采用氟化异丙烯、聚偏氟乙烯或聚四氟乙烯制备而成。
15、作为本专利技术进一步的改进，摩擦发电单元中的定子包括圆环形的基板以及其上设置的电极层。电极层呈圆环型并由多个扇环形的电极片构成，其中，环形的电极层中位于奇数位上的各个电极片依次电连接构成摩擦发电单元的正极输出端；环形的电极层中位于偶数位上的各个电极片依次电连接构成所述摩擦发电单元的负极输出端。
16、且/或
17、电极层采用金、银、铜或其他任意一项金属或合金材料制备而成。
18、作为本专利技术进一步的改进，当摩擦发电单元中包括多组转子和定子时，各个转子和定子沿转轴的延伸方向交替分布，每个转子均连接在转轴上，每个定子均与壳体固定连接，相连且正对的一组转子和定子构成可独立发电的基本单元。
19、作为本专利技术进一步的改进，底座包括底板以及垂直于底板上表面的两根支撑杆。第一平衡环和第二平衡环的环面结构中心对称，并在环壁上对应两条对称轴的位置设有四个连接孔。第二平衡环的尺寸小于第一平衡环并能够嵌入到第一平衡环的内圈中。第一平衡环的其中一组位置相对的连接孔处与底座上的支撑杆顶端通过两个销轴可转动连接，另一组连接孔与所述第二平衡环侧面的两个连接孔也分别通过两个销轴可转动连接。配重块的底部与第二平衡环中靠近底部的连接孔固定连接；摩擦发电单元位于第二平衡环的内侧，且摩擦发电单元的转轴贯穿第二平衡环中靠近顶部的连接孔，并与位于第二平衡环外部的风杯固定连接。
20、本专利技术还包括一种海洋装备，其采用如前述的全向风能收集的摩擦纳米发电机进行自供电。其中，全向风能收集的摩擦纳米发电机位于水面以上并通过平衡架固定连接在海洋装备的表面。
21、本专利技术提供的全向风能收集的摩擦纳米发电机具有如下有益效果：
22、本专利技术提出了一种可以对摩擦发电单元机器风杯的姿势进行多自由度垂直的新海上风力发电机结构，该发电机在摩擦纳米发电单元周围定制与陀螺仪框架类似的平衡架，当风杯转动时，摩擦纳米发电机可以的转动轴总是保持竖直朝上，因而可以保证了风杯的迎风本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种全向风能收集的摩擦纳米发电机，其特征在于，其包括：
2.根据权利要求1所述的全向风能收集的摩擦纳米发电机，其特征在于：所述摩擦发电单元包括转轴、壳体，上轴承、下轴承、锁轴器、以及至少一组转子和定子；所述上轴承与下轴承安装在壳体中不同高度处的壳壁上；所述转轴贯穿所述壳体的上盖并与所述上轴承和下轴承可转动连接；所述锁轴器连接在所述转轴上用于限制所述转轴沿轴向的移动；所述转子和所述定子位于所述壳体内部，所述定子与所述壳体的内壁固定连接。
3.根据权利要求2所述的全向风能收集的摩擦纳米发电机，其特征在于：所述壳体的内腔中设有一个水平的隔板，所述隔板将所述内腔划分为上腔体和下腔体；所述壳体的上盖的中央设置第一通孔；所述隔板的中央设置第二通孔。
4.根据权利要求3所述的全向风能收集的摩擦纳米发电机，其特征在于：所述上轴承采用带挡边的法兰杯轴承；所述法兰杯轴承中口径较小的一端的外径与所述第一通孔的口径相匹配，所述法兰杯轴承中口径较小一侧朝向所述壳体，并沿所述第一通孔处插接到所述壳体中的上腔体内。
5.根据权利要求4所述的全向风能收集的摩擦
6.根据权利要求2所述的全向风能收集的摩擦纳米发电机，其特征在于：所述摩擦发电单元中的转子包括一个中心带有轴孔的圆形的基板以及其上设置的摩擦层；所述摩擦层呈圆环型并由多个扇环形的摩擦块构成，各个摩擦块之间互不接触；所述转轴贯穿所述转子中的轴孔并与所述转子固定连接；
7.根据权利要求6所述的全向风能收集的摩擦纳米发电机，其特征在于：所述摩擦发电单元中的定子包括圆环形的基板以及其上设置的电极层；所述电极层呈圆环型并由多个扇环形的电极片构成，其中，环形的电极层中位于奇数位上的各个电极片依次电连接构成所述摩擦发电单元的正极输出端；环形的电极层中位于偶数位上的各个电极片依次电连接构成所述摩擦发电单元的负极输出端；
8.根据权利要求7所述的全向风能收集的摩擦纳米发电机，其特征在于，当所述摩擦发电单元中包括多组转子和定子时，各个所述转子和定子沿所述转轴的延伸方向交替分布，每个转子均连接在所述转轴上，每个定子均与所述壳体固定连接。
9.根据权利要求2所述的全向风能收集的摩擦纳米发电机，其特征在于：所述底座包括底板以及垂直于底板上表面的两根支撑杆；所述第一平衡环和第二平衡环的环面结构中心对称，并在环壁上对应两条对称轴的位置设有四个连接孔；所述第二平衡环的尺寸小于第一平衡环并能够嵌入到第一平衡环的内圈中；所述第一平衡环的其中一组位置相对的连接孔处与所述底座上的支撑杆顶端通过两个销轴可转动连接，另一组连接孔与所述第二平衡环侧面的两个连接孔也分别通过两个销轴可转动连接；所述配重块的底部与所述第二平衡环中靠近底部的连接孔通过销轴固定连接；所述摩擦发电单元位于所述第二平衡环的内侧，且所述摩擦发电单元的转轴贯穿所述第二平衡环中靠近顶部的连接孔，并与位于所述第二平衡环外部的风杯固定连接。
10.一种海洋装备，其特征在于：其采用如权利要求1-9中任意一项所述的全向风能收集的摩擦纳米发电机进行自供电；其中，所述全向风能收集的摩擦纳米发电机位于水面以上并通过所述平衡架固定连接在海洋装备的表面。
...【技术特征摘要】
1.一种全向风能收集的摩擦纳米发电机，其特征在于，其包括：
2.根据权利要求1所述的全向风能收集的摩擦纳米发电机，其特征在于：所述摩擦发电单元包括转轴、壳体，上轴承、下轴承、锁轴器、以及至少一组转子和定子；所述上轴承与下轴承安装在壳体中不同高度处的壳壁上；所述转轴贯穿所述壳体的上盖并与所述上轴承和下轴承可转动连接；所述锁轴器连接在所述转轴上用于限制所述转轴沿轴向的移动；所述转子和所述定子位于所述壳体内部，所述定子与所述壳体的内壁固定连接。
3.根据权利要求2所述的全向风能收集的摩擦纳米发电机，其特征在于：所述壳体的内腔中设有一个水平的隔板，所述隔板将所述内腔划分为上腔体和下腔体；所述壳体的上盖的中央设置第一通孔；所述隔板的中央设置第二通孔。
4.根据权利要求3所述的全向风能收集的摩擦纳米发电机，其特征在于：所述上轴承采用带挡边的法兰杯轴承；所述法兰杯轴承中口径较小的一端的外径与所述第一通孔的口径相匹配，所述法兰杯轴承中口径较小一侧朝向所述壳体，并沿所述第一通孔处插接到所述壳体中的上腔体内。
5.根据权利要求4所述的全向风能收集的摩擦纳米发电机，其特征在于：所述下轴承包括外环、内环和多颗滚珠；所述外环的底部设有挡环，以使得外环的上口的口径大于下口的口径；所述内环的外径与下口的孔径匹配，并沿下口向上插接到外环中；且所述内环的上沿低于外环的上沿，所述内环的下沿超出所述外环的下沿；所述滚珠均匀分布在所述内环和外环之间空隙处；所述滚珠的直径等于所述外环的上口直径与内环外径之差的二分之一；且所述滚珠的顶部高度高于所述内环的上沿；
6.根据权利要求2所述的全向风能收集的摩擦纳米发电机，其特征在于：所述摩擦发电单元中的转子包括一个中心带有轴孔的圆形的基板以及其上设置的摩擦层；所述摩擦层呈圆环型并由...
【专利技术属性】
技术研发人员：王中林，丁振兴，代香港，姚博远，邬晓波，洪占勇，
申请(专利权)人：广州蓝色能源研究院，
类型：发明
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。