一种自供能系统的波浪能发电装置及其发电方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种自供能系统的波浪能发电装置及其发电方法。现有摩擦纳米发电机的波浪能收集效率有待提升。本发明专利技术的导杆与碟形重块构成滑动副，并与球壳通过导杆连接块固定；浮体粘合在球壳外壁；发电单元由两个子发电单元组成；子发电单元包括支撑层连接块、塑料支撑板、支撑板上金属电极、支撑板上介电薄膜和弹性乳胶片。本发明专利技术的碟形重块沿导杆上下运动，挤压发电单元，使发电单元的各塑料支撑板摩擦起电，将波浪能转换成电能；多组发电单元填充球形空间，不管球壳受哪个波动方向的力，多组发电单元都能在碟形重块带动下同时发电，提高了发电效率和能量密度；浮体和重物有利于将波浪多个方向的波动转化成蝶形重块的直线运动，提高发电效率。

【技术实现步骤摘要】
一种自供能系统的波浪能发电装置及其发电方法
本专利技术属于波浪能发电
，涉及一种将不规则波动的波浪能转化成电能的发电技术，特别涉及一种自供能系统的波浪能发电装置及其发电方法。
技术介绍
人类在开发海洋资源、预警海洋灾害、保护海洋环境等活动中需要大量的机电设备和无线传感器，其中许多设备需要电池供电。传统的化学电池供电需要定期更换，维护成本高，易造成环境污染。因此，利用海洋波浪能发电的自供能系统应运而生。常见的电磁式发电装置结构庞大笨重。同时，因海洋波动频率低，且波动方向具有随机性，其能量转换效率较低。摩擦纳米发电机利用摩擦起电和静电感应原理将机械能转换成电能，可在低频波动环境下获得较高输出电压和能量转换效率，为自供能系统供电。而现有摩擦纳米发电机的波浪能收集效率还有待进一步提升。
技术实现思路
为了实现上述目的，本专利技术提供一种波浪能发电装置及其发电方法，利用内部不同材料间的接触摩擦产生电能，为自供能系统供电。为达到上述目的，本专利技术提供以下技术方案：本专利技术一种自供能系统的波浪能发电装置，包括球壳、发电单元、能量收集机构、浮体、线绳和重物；所述线绳的一端与球壳固定，另一端与重物固定。能量收集机构和六个发电单元均设置在球壳内。所述的能量收集机构包括导杆连接块、弹簧、导杆和碟形重块；所述的碟形重块与球壳同心设置；重物的重心位于碟形重块的中心轴线上；四根导杆与碟形重块开设的沿周向均布的四个圆导孔分别构成滑动副；四根导杆的一端均与一个导杆连接块固定，另一端均与另一个导杆连接块固定；两个导杆连接块与碟形重块两侧分别通过弹簧连接，且两个导杆连接块均与球壳内壁固定；两块浮体关于碟形重块的中心轴线对称设置，且均粘合在球壳外壁。六个发电单元沿碟形重块的周向均布；所述的发电单元主要由上下对称分布的两个子发电单元组成；所述的子发电单元包括支撑层连接块、塑料支撑板、支撑板上金属电极、支撑板上介电薄膜和弹性乳胶片；每个子发电单元中，五片塑料支撑板的一端均与支撑层连接块固定；每相邻两片塑料支撑板的另一端均通过弹性乳胶片连接；相邻两片塑料支撑板之间设有夹角；支撑层连接块与球壳粘合；第一片塑料支撑板均与碟形重块端面平行设置；与第一片塑料支撑板相邻的第二片塑料支撑板在背对第一片塑料支撑板的表面上粘贴支撑板上金属电极，支撑板上金属电极上粘贴支撑板上介电薄膜；与第二片塑料支撑板相邻的第三片塑料支撑板上下表面均只粘贴支撑板上金属电极；与第三片塑料支撑板相邻的第四片塑料支撑板上下表面均粘贴支撑板上金属电极，支撑板上金属电极的外表面再粘贴支撑板上介电薄膜；第五片塑料支撑板上下表面均只粘贴支撑板上金属电极；外表面未粘贴支撑板上介电薄膜的支撑板上金属电极通过导线引出作为输出端A，外表面粘贴支撑板上介电薄膜的支撑板上金属电极通过导线连接引出作为输出端B；上下对称分布的两个子发电单元也通过弹性乳胶片连接，该弹性乳胶片穿过碟形重块开设的方形孔。优选地，所述的子发电单元还包括粘贴在球壳内壁的球面金属电极和粘贴在球面金属电极外表面的球面介电薄膜；球面金属电极通过导线引出作为输出端B。优选地，所述的球壳采用透明亚克力材料或防腐绝缘材料，塑料支撑板由聚对苯二甲酸乙二醇酯薄膜制成，支撑板上介电薄膜和球面介电薄膜均选择聚四氟乙烯薄膜，支撑板上金属电极和球面金属电极均选择铝薄膜。优选地，所述的支撑板上介电薄膜、球面介电薄膜、支撑板上金属电极和球面金属电极表面均设有微纳米结构。优选地，所述上下对称分布的两个子发电单元间距为8mm。碟形重块质量为70-100g，最大直径为50-70mm，高为10mm。相邻两片塑料支撑板之间的夹角为10°。优选地，所有子发电单元并联。优选地，将该为自供能系统供电的波浪能发电装置与整流桥串联构成发电组，多个发电组并联；发电组产生的电能给用电装置供电，或存储于超级电容器，或存储于可充电电池组。优选地，多个该为自供能系统供电的波浪能发电装置通过导线并联，且由多个自供能系统供电的波浪能发电装置并联而成的组件设有多组。子发电单元不包括球面金属电极和球面介电薄膜时，该自供能系统的波浪能发电装置的发电方法，具体如下：将输出端A和B与整流桥串联后连接自供能系统的用电装置正、负极。静平衡状态下，上下两个子发电单元对称分布，两个子发电单元的各塑料支撑板呈半展开状态，此时没有电荷产生，分属输出端A和B的支撑板上金属电极之间没有电势差；壳体受波浪作用获得动能时，碟形重块相对导杆上下往复运动，引出输出端A的支撑板上金属电极与面对面的支撑板上介电薄膜接触或分离；当碟形重块相对导杆向下运动时，挤压下方子发电单元的塑料支撑板，使下方子发电单元中引出输出端A的支撑板上金属电极与面对面的支撑板上介电薄膜接触，由于摩擦起电效应，下方子发电单元中支撑板上金属电极带正电荷，下方子发电单元中支撑板上介电薄膜带负电荷；同时碟形重块牵拉上方子发电单元，使上方子发电单元中各塑料支撑板展开；当碟形重块相对导杆向上运动时，挤压上方子发电单元的塑料支撑板，使上方子发电单元中引出输出端A的支撑板上金属电极与面对面的支撑板上介电薄膜摩擦起电；同时碟形重块牵拉下方子发电单元，使下方子发电单元的各塑料支撑板展开，下方子发电单元中分属输出端A和B的支撑板上金属电极之间形成电势差，驱动电子从下方子发电单元中引出输出端B的支撑板上金属电极流入引出输出端A的支撑板上金属电极，形成瞬时电流；碟形重块相对导杆向上运动到最大位移时，下方子发电单元中引出输出端A的支撑板上金属电极与面对面的支撑板上介电薄膜分离达到最大间距，电势差达到最大值，电荷转移达到饱和；碟形重块相对导杆向上运动到最大位移后开始向下运动，下方子发电单元中分属输出端A和B的支撑板上金属电极之间电势差逐渐减小，电子从下方子发电单元中引出输出端A的支撑板上金属电极流入引出输出端B的支撑板上金属电极，形成反向电流；同时，碟形重块牵拉上方子发电单元，使上方子发电单元的各塑料支撑板展开，上方子发电单元中分属输出端A和B的支撑板上金属电极之间形成电势差，驱动电子从上方子发电单元中引出输出端B的支撑板上金属电极流入引出输出端A的支撑板上金属电极，形成瞬时电流；碟形重块相对导杆向下运动到碟形重块与球壳同心状态时，完成一个运动周期；碟形重块相对导杆继续向下运动到最大位移时，下方子发电单元中引出输出端A的支撑板上金属电极与面对面的支撑板上介电薄膜再次接触，感应电荷被中和，上方子发电单元中引出输出端A的支撑板上金属电极与面对面的支撑板上介电薄膜分离达到最大间距，电势差达到最大值，电荷转移达到饱和，至此完成一个发电周期。子发电单元还包括球面金属电极和球面介电薄膜时，该自供能系统的波浪能发电装置的发电方法，具体如下：将输出端A和B与整流桥串联后连接自供能系统的用电装置正、负极。静平衡状态下，上下两个子发电单元对称分布，两个子发电单元的各塑料支撑板呈半展开状态，此时没有电荷产生，分属输出端A和B的支撑板上金属电极之间没有电势差；壳体受波浪作用获得动能时，碟形重块相对导杆上下往复运动，引出输出端A的支撑本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种自供能系统的波浪能发电装置，包括球壳、发电单元和能量收集机构，其特征在于：还包括浮体、线绳和重物；所述线绳的一端与球壳固定，另一端与重物固定；能量收集机构和六个发电单元均设置在球壳内；所述的能量收集机构包括导杆连接块、弹簧、导杆和碟形重块；所述的碟形重块与球壳同心设置；重物的重心位于碟形重块的中心轴线上；四根导杆与碟形重块开设的沿周向均布的四个圆导孔分别构成滑动副；四根导杆的一端均与一个导杆连接块固定，另一端均与另一个导杆连接块固定；两个导杆连接块与碟形重块两侧分别通过弹簧连接，且两个导杆连接块均与球壳内壁固定；两块浮体关于碟形重块的中心轴线对称设置，且均粘合在球壳外壁；/n六个发电单元沿碟形重块的周向均布；所述的发电单元主要由上下对称分布的两个子发电单元组成；所述的子发电单元包括支撑层连接块、塑料支撑板、支撑板上金属电极、支撑板上介电薄膜和弹性乳胶片；每个子发电单元中，五片塑料支撑板的一端均与支撑层连接块固定；每相邻两片塑料支撑板的另一端均通过弹性乳胶片连接；相邻两片塑料支撑板之间设有夹角；支撑层连接块与球壳粘合；第一片塑料支撑板均与碟形重块端面平行设置；与第一片塑料支撑板相邻的第二片塑料支撑板在背对第一片塑料支撑板的表面上粘贴支撑板上金属电极，支撑板上金属电极上粘贴支撑板上介电薄膜；与第二片塑料支撑板相邻的第三片塑料支撑板上下表面均只粘贴支撑板上金属电极；与第三片塑料支撑板相邻的第四片塑料支撑板上下表面均粘贴支撑板上金属电极，支撑板上金属电极的外表面再粘贴支撑板上介电薄膜；第五片塑料支撑板上下表面均只粘贴支撑板上金属电极；外表面未粘贴支撑板上介电薄膜的支撑板上金属电极通过导线引出作为输出端A，外表面粘贴支撑板上介电薄膜的支撑板上金属电极通过导线连接引出作为输出端B；上下对称分布的两个子发电单元也通过弹性乳胶片连接，该弹性乳胶片穿过碟形重块开设的方形孔。/n...

【技术特征摘要】
1.一种自供能系统的波浪能发电装置，包括球壳、发电单元和能量收集机构，其特征在于：还包括浮体、线绳和重物；所述线绳的一端与球壳固定，另一端与重物固定；能量收集机构和六个发电单元均设置在球壳内；所述的能量收集机构包括导杆连接块、弹簧、导杆和碟形重块；所述的碟形重块与球壳同心设置；重物的重心位于碟形重块的中心轴线上；四根导杆与碟形重块开设的沿周向均布的四个圆导孔分别构成滑动副；四根导杆的一端均与一个导杆连接块固定，另一端均与另一个导杆连接块固定；两个导杆连接块与碟形重块两侧分别通过弹簧连接，且两个导杆连接块均与球壳内壁固定；两块浮体关于碟形重块的中心轴线对称设置，且均粘合在球壳外壁；
六个发电单元沿碟形重块的周向均布；所述的发电单元主要由上下对称分布的两个子发电单元组成；所述的子发电单元包括支撑层连接块、塑料支撑板、支撑板上金属电极、支撑板上介电薄膜和弹性乳胶片；每个子发电单元中，五片塑料支撑板的一端均与支撑层连接块固定；每相邻两片塑料支撑板的另一端均通过弹性乳胶片连接；相邻两片塑料支撑板之间设有夹角；支撑层连接块与球壳粘合；第一片塑料支撑板均与碟形重块端面平行设置；与第一片塑料支撑板相邻的第二片塑料支撑板在背对第一片塑料支撑板的表面上粘贴支撑板上金属电极，支撑板上金属电极上粘贴支撑板上介电薄膜；与第二片塑料支撑板相邻的第三片塑料支撑板上下表面均只粘贴支撑板上金属电极；与第三片塑料支撑板相邻的第四片塑料支撑板上下表面均粘贴支撑板上金属电极，支撑板上金属电极的外表面再粘贴支撑板上介电薄膜；第五片塑料支撑板上下表面均只粘贴支撑板上金属电极；外表面未粘贴支撑板上介电薄膜的支撑板上金属电极通过导线引出作为输出端A，外表面粘贴支撑板上介电薄膜的支撑板上金属电极通过导线连接引出作为输出端B；上下对称分布的两个子发电单元也通过弹性乳胶片连接，该弹性乳胶片穿过碟形重块开设的方形孔。


2.根据权利要求1所述一种自供能系统的波浪能发电装置，其特征在于：所述的子发电单元还包括粘贴在球壳内壁的球面金属电极和粘贴在球面金属电极外表面的球面介电薄膜；球面金属电极通过导线引出作为输出端B。


3.根据权利要求2所述一种自供能系统的波浪能发电装置，其特征在于：所述的球壳采用透明亚克力材料或防腐绝缘材料，塑料支撑板由聚对苯二甲酸乙二醇酯薄膜制成，支撑板上介电薄膜和球面介电薄膜均选择聚四氟乙烯薄膜，支撑板上金属电极和球面金属电极均选择铝薄膜。


4.根据权利要求2所述一种自供能系统的波浪能发电装置，其特征在于：所述的支撑板上介电薄膜、球面介电薄膜、支撑板上金属电极和球面金属电极表面均设有微纳米结构。


5.根据权利要求2所述一种自供能系统的波浪能发电装置，其特征在于：所述上下对称分布的两个子发电单元间距为8mm；碟形重块质量为70-100g，最大直径为50-70mm，高为10mm；相邻两片塑料支撑板之间的夹角为10°。


6.根据权利要求1至5中任一项所述一种自供能系统的波浪能发电装置，其特征在于：所有子发电单元并联。


7.根据权利要求1至5中任一项所述一种自供能系统的波浪能发电装置，其特征在于：将该为自供能系统供电的波浪能发电装置与整流桥串联构成发电组，多个发电组并联；发电组产生的电能给用电装置供电，或存储于超级电容器，或存储于可充电电池组。


8.根据权利要求1至5中任一项所述一种自供能系统的波浪能发电装置，其特征在于：多个该为自供能系统供电的波浪能发电装置通过导线并联，且由多个自供能系统供电的波浪能发电装置并联而成的组件设有多组。


9.根据权利要求1所述一种自供能系统的波浪能发电装置的发电方法，其特征在于：该方法具体如下：
将输出端A和B与整流桥串联后连接自供能系统的用电装置正、负极；静平衡状态下，上下两个子发电单元对称分布，两个子发电单元的各塑料支撑板呈半展开状态，此时没有电荷产生，分属输出端A和B的支撑板上金属电极之间没有电势差；壳体受波浪作用获得动能时，碟形重块相对导杆上下往复运动，引出输出端A的支撑板上金属电极与面对面的支撑板上介电薄膜接触或分离；当碟形重块相对导杆向下运动时，挤压下方子发电单元的塑料支撑板，使下方子发电单元中引出输出端A的支撑板上金属电极与面对面的支撑板上介电薄膜接触，由于摩擦起电效应，下方子发电单元中支撑板上金属电极带正电荷，下方子发电单元中支撑板上介电薄膜带负电荷；同时碟形重块牵拉上方子发电单元，使上方子发电单元中各塑料支撑板展开；当碟形重块相对导杆向上运动时，挤压上方子发电单元的塑料支撑板，使上方子发电单元中引出输出端A的支撑板上金属电极与面对面的支撑板上介电薄膜摩擦起电；同时碟形重块牵拉下方子发电单元，使下方子发电单元的各塑料支撑板展开，下方子发电单元中分属输出端A和B的支撑板上金属电极之间形成电势差，驱动电...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐振龙，刘逸喆，王文，
申请(专利权)人：杭州电子科技大学，
类型：发明
国别省市：浙江;33