【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及微机电系统制造技术以及海流能量采集的，具体为一种双驱动超低速海流能量俘能装置。
技术介绍
1、能源问题一直是制约人类社会可持续发展的关键瓶颈。海洋能作为潜力巨大的清洁能源，其广阔的应用空间和成熟的开发技术，使其成为替代不可再生能源的理想选择。
2、其中，海流能作为海洋能的重要形式，凭借其能源密度高、可预测性强、环境影响小等优势，成为当前备受关注的海洋能开发重点。摩擦纳米发电机（teng）基于摩擦生电和静电感应效应，对微小的机械能变化非常敏感。这使其能够有效捕获海流中的微小动能，提高能量转换效率。相比传统海流能发电机，摩擦纳米发电机具有体积小、结构简单、成本低廉等优势，有利于进行模块化设计和集成，便于大规模部署在海洋环境中，更加适合海洋能的开发利用。目前，人们已制造出多种摩擦纳米发电机用于收集海洋蓝色能量。如专利申请cn118399567a提出了一种面向仿蝠鲼潜水器的收集海流能装置；专利申请cn118532287a提出了一种箱型海洋能收集装置；专利申请cn118457838a提出了一种海上光伏波浪流发电平台。
3、通过对以上海流能收集装置总结分析发现现有海流能收集装置大多数使用如聚四氟乙烯(ptfe)、聚乙烯(pe)、聚丙烯(pp)等聚合物材料作为摩擦层材料，其内阻较高使得器件输出功率较低，无法持续输出的同时输出为交流电，这使得发电装置需要集成整流模块和储能模块，整个装置尺寸较大。此外，目前的海流能收集装置多为复合型收集装置，更多依赖于波浪能等其他形式海洋能，无法兼容收集低频低速海流能。且受限
技术实现思路
1、为克服现有海流能收集装置整体尺寸较大，更多依赖于波浪能等其他形式海洋能，无法兼容收集低频低速海流能，以及无法时间高强度进行工作的技术缺陷，本专利技术提供了一种双驱动超低速海流能量俘能装置；该装置有着较低的启动速度，良好的海流适应能力及较高的输出性能。
2、本专利技术提供了一种双驱动超低速海流能量俘能装置，包括内部俘能结构、外部俘能结构、桶状外壳和顶盖；内部俘能结构包括大锥齿轮、左侧小锥齿轮、右侧小锥齿轮、导电滑环、左铜环、右铜环和半导体晶圆片，大锥齿轮的轴线位于竖直方向，半导体晶圆片贴附于大锥齿轮的顶面上，导电滑环通过滑环支架支撑在半导体晶圆片上方，导电滑环与半导体晶圆片的电极相连接，左铜环和右铜环通过铜棒连接，铜棒置于导电滑环上，左铜环和右铜环关于导电滑环对称布置，左侧小锥齿轮和右侧小锥齿轮分别位于铜棒的左右两端，且左侧小锥齿轮和右侧小锥齿轮均与大锥齿轮啮合；内部俘能结构安装于桶状外壳内部，且滑环支架与桶状外壳的内壁固定连接，顶盖固定连接至桶状外壳的顶部；外部俘能结构包括左侧涡轮叶片、右侧涡轮叶片和底部涡轮叶片，左侧涡轮叶片穿置固定有左侧六角轴，右侧涡轮叶片穿置固定有右侧六角轴，底部涡轮叶片穿置固定有竖直六角轴，桶状外壳的对应位置上开有避让左侧六角轴、右侧六角轴以及竖直六角轴的避让孔，左侧六角轴穿过避让孔后穿入左侧小锥齿轮中且二者固定，左侧六角轴与左侧小锥齿轮通过法兰轴承相连接；右侧六角轴穿过避让孔后穿入右侧小锥齿轮中且二者固定，右侧六角轴与右侧小锥齿轮通过法兰轴承相连接；竖直六角轴穿过避让孔后穿入大锥齿轮中且二者固定，竖直六角轴与大锥齿轮通过法兰轴承相连接。
3、外部俘能结构旨在优化海流能量的捕获效率；内部俘能结构中，锥齿轮设计采用大小锥齿轮相互嵌套的结构，确保在低速条件下，左侧小锥齿轮和右侧小锥齿轮能有效驱动大锥齿轮，从而增大输出扭矩，提升超低速启动能力。在中高速海流条件下，底部涡轮叶片利用其高能量转换效率，使大锥齿轮驱动左侧小锥齿轮和右侧小锥齿轮，从而增强海流能量采集器的整体输出性能。为避免导线缠绕，在半导体晶圆片上方，通过支撑架固定一个导电滑环，该导电滑环连接至半导体晶圆片上的电极。导线采用铜棒连接两个铜环，既起到支撑作用，又兼具导线的功能，进一步避免导线缠绕问题。左侧涡轮叶片开有与左侧六角轴适配的六角通孔，左侧六角轴的两端分别连接有固定左侧涡轮叶片和左侧小锥齿轮的螺丝。右侧涡轮叶片开有与右侧六角轴适配的六角通孔，右侧六角轴的两端分别连接有固定右侧涡轮叶片和右侧小锥齿轮的螺丝，竖直涡轮叶片开有与竖直六角轴适配的六角通孔，竖直六角轴的两端分别连接有固定竖直涡轮叶片和大锥齿轮的螺丝。
4、优选的，左侧涡轮叶片和右侧涡轮叶片均为savonius型涡轮叶片，底部涡轮叶片为kaplan型涡轮叶片。savonius型涡轮叶片具备良好的低速捕获能力，而kaplan型涡轮叶片在中高速流动条件下表现优越。两者的耦合工作能够适应不同流速变化，提高能量采集的灵活性。
5、优选的，滑环支架包括用于套装导电滑环的支撑筒以及两根水平支撑臂，两个水平支撑臂对称连接至支撑筒的两侧且与支撑筒一体成型，导电滑环位于支撑筒中，水平支撑臂的外端与桶状外壳的内部通过螺栓固定连接。这样设置结构合理。
6、本专利技术提供的技术方案与现有技术相比具有如下技术效果：在本专利技术提出了一种基于摩擦伏特效应的双驱动超低速海流能量采集装置，通过导电铜环与半导体摩擦产生直流电，可以显著降低摩擦过程中的阻力，提高输出功率密度，实现高可靠性和长续航。本装置通过结构设计和工艺优化，实现低频低速海流能的高效收集；而且整个能量采集器的内部阻力显著降低，对超低速海流的响应效果好；采用savonius型涡轮叶片和kaplan型涡轮叶片，两者的耦合工作能够适应不同流速变化，提高能量采集的灵活性。此外，通过mems工艺与熔融沉积快速成形3d打印工艺，该能量采集装置可组成分布式海流能收集阵列，结合后端能源管理电路和能源调度算法，有望实现可再生海洋能在全球范围内的大规模应用。
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1.一种双驱动超低速海流能量俘能装置，其特征在于，包括内部俘能结构、外部俘能结构、桶状外壳（1）和顶盖（2）；
2.根据权利要求1所述的一种双驱动超低速海流能量俘能装置，其特征在于，左侧涡轮叶片（12）和右侧涡轮叶片（13）均为Savonius型涡轮叶片，底部涡轮叶片（14）为Kaplan型涡轮叶片。
3.根据权利要求2所述的一种双驱动超低速海流能量俘能装置，其特征在于，滑环支架（10）包括用于套装导电滑环（6）的支撑筒以及两根水平支撑臂，两个水平支撑臂对称连接至支撑筒的两侧且与支撑筒一体成型，导电滑环（6）位于支撑筒中，水平支撑臂的外端与桶状外壳（1）的内部通过螺栓固定连接。
【技术特征摘要】
1.一种双驱动超低速海流能量俘能装置，其特征在于，包括内部俘能结构、外部俘能结构、桶状外壳（1）和顶盖（2）；
2.根据权利要求1所述的一种双驱动超低速海流能量俘能装置，其特征在于，左侧涡轮叶片（12）和右侧涡轮叶片（13）均为savonius型涡轮叶片，底部涡轮叶片（14）为kaplan型...
【专利技术属性】
技术研发人员：陆宏波，侯晓娟，居人杰，马宁华，何剑，丑修建，
申请(专利权)人：上海空间电源研究所，
类型：发明
国别省市：
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