一种球形驻极体波浪能发电装置制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种球形驻极体波浪能发电装置。所述球形驻极体发电装置包括底电极、对电极、内核体、外壳体和内部电路；底电极和对电极交叉反复折叠形成三维电能捕获单元；内核体与外壳体通过多个三维电能捕获单元连接；采用电极充电的方法对电能捕获单元进行充电；当所述球形驻极体波浪能发电装置受到外部低频波浪冲击，内核体与外壳体产生空间内的相对位移，三维电能捕获单元产生持续的高额电压，若干个三维电能捕获单元串联连接并经过内部电路，将机械能转换为电能。本发明专利技术具有成本低，体积小，安装方便，能量捕获效率高等特点。

A wave energy power generation device with spherical electret

The invention relates to a spherical electret wave energy generating device. The spherical electret power generation device comprises a bottom electrode, a pair of electrodes, an inner core, a shell body and an internal circuit; the bottom electrode and the pair of electrodes are alternately folded to form a three-dimensional electric energy capture unit; the inner core body and the shell body are connected by a plurality of three-dimensional electric energy capture units; the electric energy capture unit is charged by the method of electrode charging; when the spherical electret wave energy power generation device Under the impact of external low-frequency waves, the inner core and outer shell produce relative displacement in space, and the three-dimensional electric energy capture unit produces continuous high voltage. Several three-dimensional electric energy capture units are connected in series and pass through the internal circuit to convert the mechanical energy into electric energy. The invention has the advantages of low cost, small volume, convenient installation and high energy capture efficiency.

【技术实现步骤摘要】
一种球形驻极体波浪能发电装置
本专利技术属于新能源领域，具体涉及一种球形驻极体波浪能发电装置。
技术介绍
随着经济的快速增长和非可再生能源的日益减少，新能源的开发越来越受到重视。海洋覆盖了地球70％以上的面积，其中蕴含着大量的清洁能源，如：潮汐能，波浪能，海流能等。其中，波浪能受时间限制小，能流密度大，分布面积广泛，在海洋能开发中具有重要地位。对于近海的海洋产业建设区域而言，其消耗能量巨大，但常规能源大多距离较远，因此波浪能在沿海供电这方面具有极大的优越性。传统的收集波浪能的方式是利用大型的波浪能采集设备收集波浪的动能和势能，将其转换为捕获的机械能，再通过机械能转换系统和发电系统将机械能传递给发电机转换为电能。采用此种方式利用波浪能发电，中间环节多，安装复杂，驱动困难。最近，基于摩擦起电，静电感应的球形发电机已经被开发出来解决以上问题。小型的球形发电机在海洋场景中安装简便，制造工艺简洁，材料成本低，低频波浪能采集能力强，具有较大的应用前景。经过对现有技术的检索发现，在专利号为“CN103840700A”，题为“一种多层高功率近球形纳米摩擦发电机及其应用”专利中报道了一种基于摩擦纳米发电的球形发电机，发电机内部的多面接触球体能在三维空间内进行摩擦发电，但因结构和发电材料的原因，球体在三维空间内与外壳的接触方式是点接触，无法有效地对各个方向产生的能量进行有效的利用。PingCheng等人在"Largelyenhancedtriboelectricnanogeneratorforefficientharvestingofwaterwaveenergybysoftcontactedstructure."(NanoEnergy57:432-439)(中文题目：“面向波浪能的高效软接触式摩擦纳米发电机”国际期刊：纳米能源)文章中报道了一种基于摩擦起电和静电感应耦合的摩擦纳米发电机，通过硅橡胶球与接触铜电极之间的滑动摩擦产生摩擦电效应，在两部位带入正负电荷进而产生电能，但文中结构的硅橡胶球只能在空间内的一个方向上产生摩擦电效应，硅橡胶球与壳体内壁接触面积较小，收集电能的能力有限，仅能实现LED的实时点亮。。
技术实现思路
要解决的技术问题：为了避免现有技术的不足之处，本专利技术提出一种球形驻极体波浪能发电装置，当球形驻极体波浪能发电装置受到外部低频波浪冲击，利用内核体与外球壳产生空间内的相对位移，三维电能捕获单元产生持续的输出电压，将机械能转换为电能。本专利技术所设计的单个球形驻极体波浪能发电装置产生的瞬时最高电压能达到几百伏特，功率能达到数十毫瓦，能实时为LED阵列供电或存储为传感器供电。本专利技术的技术方案是：一种球形驻极体波浪能发电装置，其特征在于：包括外壳体、内核体、三维电能捕获单元和内部电路；所述外壳体为中空的球体结构，所述内核体为实心球体，将所述内核体放置于所述外壳体内，并通过多个三维电能捕获单元连接；多个所述三维电能捕获单元在空间上以内核体为中心呈辐射状，一端粘结于所述内核体外表面，另一端粘结于所述外壳体内表面；所述三维电能捕获单元是由两个矩形长条结构的柔性电极反复交叉折叠形成的三维弹性结构，其中一条是底电极，另一条是对电极；所述内核体直径为D1，外壳体内壁直径为D2；三维电能捕获单元最短压缩长度为L1，最长伸展长度为L2；各尺寸关系如下公式：(L1+L2+D1)/3<D2<L1+L2+D1；所述内部电路包括若干整流器和若干导线，导线用于连接各部件；每个所述三维电能捕获单元的输出端均连接一个整流器；每个整流器的正负极依次串联形成总输出正、负极，总输出正、负极分别通过导线穿过所述外壳体上设置的通孔与外部连接；穿过所述外壳体的导线与通孔之间的空隙做密封处理。本专利技术的进一步技术方案是：所述底电极是电镀铜薄片/聚酰亚胺/电镀铜薄片三层复合结构，是将电镀铜薄片、聚酰亚胺和电镀铜薄片通过工业压延而成的三明治结构；所述对电极是驻极体/电镀铜薄片/聚酰亚胺/电镀铜薄片/驻极体五层复合结构，是在所述底电极三层复合结构的基础上，将驻极体薄膜通过化学覆盖覆盖到其两侧表面形成的复合结构。本专利技术的进一步技术方案是：所述底电极和对电极的折弯处的电镀铜薄片加工为多个平行的条状，使得三维折叠结构中相邻电镀铜薄片平面之间的连接处为多个线性连接，保证其折叠性，每个所述条状的宽度为1至2mm。本专利技术的进一步技术方案是：所述内核体是由硅酸凝胶、橡胶、ABS塑料中的一种或多种材料制成的实体结构，能够在所述外壳体壳内的三维空间运动。本专利技术的进一步技术方案是：所述外壳体是由两个半壳体贴合组成的空心壳体，采用聚乙烯、聚苯乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯中的一种或多种材料制备而成。本专利技术的进一步技术方案是：所述驻极体薄膜采用派瑞林Parylene、特氟龙Teflon或二氧化硅制备而成。一种球形驻极体发电网络，其特征在于：由多个所述球形驻极体波浪能发电装置通过串联或并联组成，能够将电能输入至储能电路或直接加以利用。有益效果本专利技术的有益效果在于：本专利技术提出的一种球形驻极体波浪能发电装置，包括三维电能捕获单元、内核体、外壳体和内部电路；三维电能捕获单元由底电极和对电极通过交叉立体折叠而成；底电极由工业压延复合而成，对电极由三层复合结构和两侧的驻极体膜组成。通过球体在壳内三维空间内的运动带动各个电能捕获单元产生变形，进而影响电荷分布产生输出电压。本专利技术球形驻极体波浪能发电装置具有安装方便，尺寸较小并可调，内部发电结构弹性较好，可收集多个方向的波浪能，发电效率高等特点。本专利技术可广泛用于收集低频波浪能，输出高额电压，壳内布满的多个方向的电能捕获单元进一步提高了波浪能的收集效率，在工业供电、生活供电、水域传感监测自供电和海域便携式自供电设备方面具有极大的应用前景。与现有技术相比，本专利技术的球形驻极体波浪能发电装置具有以下几个优点：1.本专利技术所述的球形驻极体波浪能发电装置的内部粘结有不同方向的三维电能捕获单元，球体被波浪冲击时，内核体与外壳体产生相对位移，能带动空间内所有的三维电能捕获单元产生不同程度的伸缩变化，进而由静电感应产生高额的输出电压；多个方向的三维电能捕获单元的输出电压经过整流叠加之后，具有高额的总输出电压，能量捕获效率高。2.本专利技术所述的球形驻极体波浪能发电装置体积较小、结构易于制作、质量轻便，可自然漂浮于水域表面，利用水面波浪起伏带动装置滚动实现波浪能到电能的转换，解决了传统的大型波浪能发电装置安装困难，结构复杂的问题。3.本专利技术占用空间较小，成本较低，且具有较高的能量捕获效率，可充当海域电子设备的电源装置，实现自供电。在低频外部激励测试下，单个发电机能产生300V左右的电压，20mW左右的功率，能实时直接点亮LED阵列，或通过超级电容储能为温度传感器进行供电，在海上传感网络自供电方面具有广阔的应用前景。4.本专利技术将所述底电极和对电极的折弯处的电镀铜薄片加工为多个平行的条状，使得三维折叠结构中相邻电镀铜薄片平面之间的连接本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种球形驻极体波浪能发电装置，其特征在于：包括外壳体、内核体、三维电能捕获单元和内部电路；所述外壳体为中空的球体结构，所述内核体为实心球体，将所述内核体放置于所述外壳体内，并通过多个三维电能捕获单元连接；多个所述三维电能捕获单元在空间上以内核体为中心呈辐射状，一端粘结于所述内核体外表面，另一端粘结于所述外壳体内表面；/n所述三维电能捕获单元是由两个矩形长条结构的柔性电极反复交叉折叠形成的三维弹性结构，其中一条是底电极，另一条是对电极；/n所述内核体直径为D

【技术特征摘要】
1.一种球形驻极体波浪能发电装置，其特征在于：包括外壳体、内核体、三维电能捕获单元和内部电路；所述外壳体为中空的球体结构，所述内核体为实心球体，将所述内核体放置于所述外壳体内，并通过多个三维电能捕获单元连接；多个所述三维电能捕获单元在空间上以内核体为中心呈辐射状，一端粘结于所述内核体外表面，另一端粘结于所述外壳体内表面；
所述三维电能捕获单元是由两个矩形长条结构的柔性电极反复交叉折叠形成的三维弹性结构，其中一条是底电极，另一条是对电极；
所述内核体直径为D1，外壳体内壁直径为D2；三维电能捕获单元最短压缩长度为L1，最长伸展长度为L2；各尺寸关系如下公式：
(L1+L2+D1)/3<D2<L1+L2+D1；
所述内部电路包括若干整流器和若干导线，导线用于连接各部件；每个所述三维电能捕获单元的输出端均连接一个整流器；每个整流器的正负极依次串联形成总输出正、负极，总输出正、负极分别通过导线穿过所述外壳体上设置的通孔与外部连接；穿过所述外壳体的导线与通孔之间的空隙做密封处理。


2.根据权利要求1所述球形驻极体波浪能发电装置，其特征在于：所述底电极是电镀铜薄片/聚酰亚胺/电镀铜薄片三层复合结构，是将电镀铜薄片、聚酰亚胺和电镀铜薄片通过工业压延而成的三明治结构；所述对...

【专利技术属性】
技术研发人员：陶凯，刘云，周宇昊，王瑶，李诗诗，刘晨，易海平，王一炜，
申请(专利权)人：西北工业大学深圳研究院，西北工业大学，
类型：发明
国别省市：广东;44