本发明专利技术公开了一种基于摩擦纳米发电机的波浪能发电装置，包括壳体、安装盘和发电机构，所述安装盘设置在壳体内，所述发电机构设置在安装盘上，所述发电机构包括弹簧钢片、扇形舱室、整流桥和发电组件，所述弹簧钢片竖直设置，两个所述扇形舱室呈对称结构固定在弹簧钢片顶部的两侧，且所述扇形舱室的外侧面粘贴有金属电极，所述整流桥设置在扇形舱室内，两组所述发电组件呈对称结构设置在弹簧钢片的两侧，所述发电组件包括若干呈发射状结构排列的金属基板，该装置的发电组件固定连接在导电滑环上，在波浪起伏作用下，中央舱室带动导电滑环转动，向重力势能低的一侧摆动，使金属基板一侧压紧另一侧分离，实现波浪方向自适应，大幅提高发电效率。提高发电效率。提高发电效率。
【技术实现步骤摘要】
一种基于摩擦纳米发电机的波浪能发电装置及其俘能方法
[0001]本专利技术涉及纳米能源、利用波浪能发电
，具体指一种基于摩擦纳米发电机的波浪能发电装置及其俘能方法。
技术介绍
[0002]海洋约占地球总面积的71％，蕴藏着极为丰富的能源。我国拥有极长的海岸线和广阔海洋。其中，因为海洋波浪能的能量密度较大，成为科学家们解决能源问题的聚焦点。虽然电磁式发电机在收集波浪能方面已经取得较大发展，但是其存在结构复杂，发电成本高等问题。由于海浪波动频率较低，电磁发电机输出电压和功率低，而摩擦纳米发电机能够在一个较宽的频率范围内输出较高电压和功率，因此非常适合用于收集波浪能。因此，制造一种能够高效收集波浪能量的发电机显得尤为重要。
技术实现思路
[0003]为了实现上述目的，本专利技术提供一种基于摩擦纳米发电机的波浪能发电装置及其俘能方法，利用内部结构间的摩擦产生电能，并供给负载。
[0004]为了解决上述技术问题，本专利技术的技术方案为：
[0005]一种基于摩擦纳米发电机的波浪能发电装置，包括壳体、安装盘和发电机构，所述安装盘设置在壳体内，所述发电机构设置在安装盘上，所述发电机构包括弹簧钢片、扇形舱室、整流桥和发电组件，所述弹簧钢片竖直设置，两个所述扇形舱室呈对称结构固定在弹簧钢片顶部的两侧，且所述扇形舱室的外侧面粘贴有金属电极，所述整流桥设置在扇形舱室内，两组所述发电组件呈对称结构设置在弹簧钢片的两侧，所述发电组件包括若干呈发射状结构排列的金属基板，所述金属基板的上表面由下往上依次贴合有绝缘胶带、金属电极和介电薄膜，所述金属基板的下表面由上往下依次贴合有绝缘胶带和金属电极，两组所述发电组件的发射端相互连接。
[0006]优选的，2个扇形舱室组成一个中央舱室，2个扇形舱室粘贴在弹簧钢片两侧，舱室挡板固定在扇形舱室外侧。弹簧钢片硬度适中，保证中央舱室可在一定角度范围内摆动。作为优选，所述安装盘的中心处设有通孔，所述安装盘的下表面固定有滑环座，所述滑环座沿通孔的边缘处设置，所述滑环座内设置有导电滑环，所述发电机构设置在导电滑环上。
[0007]作为优选，所述安装盘的上方设置有塑料基板，所述塑料基板的中心处设有环形插接座，所述环形插接座插接至导电滑环的顶部，所述两组所述发电组件的发射端固定设置有塑料基板的中心处，所述弹簧钢片的底端固定设置在塑料基板的中心处。
[0008]具体的，发电组件通过塑料基板下方的白色中轴与导电滑环过盈配合，导电滑环由滑环座固定连接在安装盘上。中央舱室受重力作用引起导电滑环转动，结合外部激励作用，中央舱室向重力势能低的一侧摆动，通过挤压一侧金属基板贴紧，另一侧金属基板分离而发生接触摩擦起电，将任意方向的波浪能转换成电能。
[0009]作为优选，所述壳体包括上壳体和下壳体，所述安装盘的边缘处设置有环形的连
接板，所述上壳体的底端套接至连接板顶侧，所述下壳体的顶端套接至连接板的底侧。
[0010]优选地，中央舱室、塑料基板、安装盘和滑环座，选择具备精确和耐久性的类ABS立体光造型树脂材料制成。
[0011]作为优选，所述连接板的上下两侧的连接处均设有环形槽，所述环形槽内设置有密封圈。
[0012]作为优选，所述滑环座的底侧固定有顶针座，所述顶针座上安装有弹簧顶针，所述弹簧顶针的底端抵接至下壳体的内壁。
[0013]作为优选，所述金属基板和绝缘胶带呈半圆形结构，其上的金属电极及介电薄膜呈非半圆形状，使得金属电极与金属基板之间绝缘。
[0014]优选地，球壳选择亚克力材料或防腐绝缘材料制成。介电薄膜选择聚四氟乙烯薄膜，表面带有微纳米凹凸结构，促进摩擦发电效果。金属电极选择铜薄膜，通过刻蚀等微加工手段形成高密度薄膜，促进摩擦发电效果。金属基板采用阳极氧化铝板，质量轻且刚度大，可保证金属基板之间的碰撞贴合度，进而增强金属电极与介电薄膜之间的摩擦带电效果，提高发电效率。
[0015]作为优选，两片所述金属基板之间的夹角为5
°
，两个所述扇形舱室外壁之间的夹角为80
°
。
[0016]作为优选，左右两侧所述发电组件中，外表面无介电薄膜的金属电极通过导线连接作为输出端A，外表面粘贴有介电薄膜的金属电极通过导线连接作为输出端B，左右两侧的发电组件分别并联连接。
[0017]优选地，还包括整流及调压的电源管理电路。
[0018]优选地，多个基于摩擦纳米发电机的波浪能发电装置通过导线并联连接组成网络状波浪能发电系统，以提高海洋波浪能转换率。
[0019]本专利技术还提供了一种基于摩擦纳米发电机的波浪能发电装置的俘能方法，初始状态无外力作用时，由两个扇形舱室组成的中央舱室处于中立位置，金属基板彼此分离，没有电荷产生，分属两个输出端的金属电极之间没有电势差；
[0020]受外力作用时，中央舱室向一侧摆动过程中挤压金属基板，输出端A的金属电极与介电薄膜接触，由于摩擦起电效应，该金属电极带正电荷，介电薄膜带负电荷；
[0021]当中央舱室重回中立位置时，被压紧一侧的金属基板彼此分离，带动该侧金属电极与介电薄膜分离，分属两个输出端的金属电极之间形成电势差；
[0022]开路状态下，电势差随基板间角度增大而增大，当中央舱室向对侧摆动过程中挤压对侧金属基板，该侧间距达到最大时，电势差达到最大饱和值，如果将两个输出端连接构成闭合回路，电势差会驱动电子从输出端B的金属电极流入输出端A的金属电极，形成瞬时电流；
[0023]当中央舱室重新向该侧摆动时，该侧金属基板再次被挤压，该侧分属两个输出端的金属电极之间电势差逐渐减小，电子从输出端A的金属电极流入输出端B的金属电极，形成反向电流；
[0024]当输出端A的金属电极与介电薄膜再次接触时，感应电动势完全平衡，至此完成一个发电周期。
[0025]本专利技术具有以下的特点和有益效果：
[0026]1、发电组件充分填充上壳体空间，提高了发电效率和能量密度；
[0027]2、发电组件固定连接在导电滑环上，在波浪起伏作用下，中央舱室带动导电滑环转动，向重力势能低的一侧摆动，使金属基板一侧压紧另一侧分离，实现波浪方向自适应，有效收集多个方向的波浪能，大幅提高发电效率；
[0028]3、金属基板使得金属电极与介电薄膜充分贴合，保证了有效接触摩擦面积，有利于增加材料之间的摩擦带电量，提高发电效率。
[0029]4、通过调节中央舱室质量与弹簧钢片刚度，可调节中央舱室的摆动频率和幅度，从而实现不同频率波浪激励下的高效发电。
[0030]5、将多个发电装置通过导线并联连接组成网络状波浪能发电系统，大大提高输出电流和输出功率，进而提高海洋波浪能转换效率；
[0031]6、本专利技术产生的电能经过电路处理后可存储于超级电容器或可充电电池组，持续不断地为海洋设备或无线传感器供电。
附图说明
[0032]为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种基于摩擦纳米发电机的波浪能发电装置，其特征在于，包括壳体、安装盘(8)和发电机构，所述安装盘(8)设置在壳体内，所述发电机构设置在安装盘上，所述发电机构包括弹簧钢片(17)、扇形舱室(2)、整流桥(4)和发电组件，所述弹簧钢片(17)竖直设置，两个所述扇形舱室(2)呈对称结构固定在弹簧钢片(17)顶部的两侧，且所述扇形舱室(2)的外侧面粘贴有金属电极(15)，所述整流桥(4)设置在扇形舱室(2)内，两组所述发电组件呈对称结构设置在弹簧钢片(17)的两侧，所述发电组件包括若干呈发射状结构排列的金属基板(5)，所述金属基板(5)的上表面由下往上依次贴合有绝缘胶带(16)、金属电极(15)和介电薄膜(14)，所述金属基板(5)的下表面由上往下依次贴合有绝缘胶带(16)和金属电极(15)，两组所述发电组件的发射端相互连接。2.根据权利要求1所述的基于摩擦纳米发电机的波浪能发电装置，其特征在于，所述安装盘(8)的中心处设有通孔，所述安装盘(8)的下表面固定有滑环座(11)，所述滑环座(11)沿通孔的边缘处设置，所述滑环座(11)内设置有导电滑环(10)，所述发电机构设置在导电滑环(10)上。3.根据权利要求2所述的基于摩擦纳米发电机的波浪能发电装置，其特征在于，所述安装盘(8)的上方设置有塑料基板(7)，所述塑料基板(7)的中心处设有环形插接座，所述环形插接座插接至导电滑环(10)的顶部，所述两组所述发电组件的发射端固定设置有塑料基板(7)的中心处，所述弹簧钢片(17)的底端固定设置在塑料基板(7)的中心处。4.根据权利要求2所述的基于摩擦纳米发电机的波浪能发电装置，其特征在于，所述壳体包括上壳体(1)和下壳体(9)，所述安装盘(8)的边缘处设置有环形的连接板，所述上壳体(1)的底端套接至连接板顶侧，所述下壳体(9)的顶端套接至连接板的底侧。5.根据权利要求4所述的基于摩擦纳米发电机的波浪能发电装置，其特征在于，所述连接板的上下两侧的连接处均设有环形槽，所述环形槽内设置有密封圈(6)。6.根据权利要求4所述的基于摩擦纳米发电机的波浪能发电装置，其特征在于，所述滑环座(11)的底侧固定有顶针座(12)，所述顶针座(12)上安装有弹簧顶针(13)，所述弹簧顶针(13)的底端抵接...
【专利技术属性】
技术研发人员：徐振龙，王紫仪，刘逸喆，杨娜，李映暄，贺庆楷，吴雅阳，刘敬彪，王云，孟爱华，周茂瑛，孟庆华，章雪挺，田晓庆，
申请(专利权)人：杭州电子科技大学，
类型：发明
国别省市：
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