CN111980846A - 一种自供能系统的波浪能发电装置及其发电方法 - Google Patents

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Abstract

本发明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。

Description

一种自供能系统的波浪能发电装置及其发电方法
技术领域
本发明属于波浪能发电技术领域，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。
背景技术
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。
发明内容
为了实现上述目的，本发明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，本发明提供以下技术方案：
本发明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的支撑板上金属电极与面对面的支撑板上介电薄膜接触或分离，球面介电薄膜也与面对面的支撑板上金属电极接触或分离；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，下方子发电单元中球面介电薄膜与面对面的支撑板上金属电极接触，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和球面介电薄膜均带负电荷；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，上方子发电单元中球面介电薄膜也与支撑板上金属电极展开；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，上方子发电单元中球面介电薄膜也与面对面的支撑板上金属电极摩擦起电；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，下方子发电单元的球面介电薄膜也与支撑板上金属电极展开，球面金属电极的电子流入引出输出端A的支撑板上金属电极；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，下方子发电单元中球面介电薄膜与面对面的支撑板上金属电极也分离达到最大间距，电势差达到最大值；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，下方子发电单元中球面介电薄膜与面对面的支撑板上金属电极也由最大间距逐渐靠近，下方子发电单元中球面金属电极与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支撑板上金属电极流入球面金属电极；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，上方子发电单元的球面介电薄膜也与支撑板上金属电极展开，球面金属电极的电子流入引出输出端A的支撑板上金属电极；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，下方子发电单元中球面介电薄膜与面对面的支撑板上金属电极也再次接触，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，上方子发电单元中球面介电薄膜与面对面的支撑板上金属电极也分离达到最大间距，电势差达到最大值，至此完成一个发电周期。
本发明具有的有益效果：
1、本发明受波浪作用，碟形重块沿导杆上下运动，通过挤压一侧发电单元，使该侧发电单元的各塑料支撑板发生接触摩擦起电，将波浪能转换成电能。多组发电单元充分填充球形空间，且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，进而转换成电能，提高发电效率。球壳下方悬挂重物，提升球体倾斜时的姿态恢复速度，提高波浪起伏方向的波浪能转换效率。
2、本发明可在海洋中布置多组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来发电，大大提高海洋波浪能转换效率。
3、本发明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，为海洋设备、无线传感器等供电。
附图说明
图1为本发明采用实施例1的整体结构示意图；
图2为本发明的采用实施例1的爆炸示意图；
图3为本发明中线绳及悬挂的重物示意图；
图4为本发明中能量收集机构的示意图；
图5为本发明中碟形重块的示意图；
图6-1为本发明中子发电单元的示意图；
图6-2为图6-1中A部分放大图；
图6-3为图6-1中B部分放大图；
图7为本发明一个发电单元与能量收集机构的装配示意图；
图8为本发明的碟形重块一个运动周期中发电单元的变化过程示意图；
图9为本发明产生的电流随碟形重块运动而变化的过程示意图；
图10为本发明实施例3中整流桥与波浪能发电装置的连接电路图；
图11为本发明采用多组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的示意图。
图中：1、右半球壳，2、左半球壳，3、右浮体，4、左浮体，5、线绳，6、重物，7、导杆连接块，8、弹簧，9、导杆，10、碟形重块，11、球面介电薄膜，12、球面金属电极，13、支撑层连接块，14、塑料支撑板，15、支撑板上金属电极，16、支撑板上介电薄膜，17、弹性乳胶片，18、为自供能系统供电的波浪能发电装置，19、整流桥，20、用电装置，21、波浪，22、导线。
具体实施方式
下面结合附图及实施例对本发明的技术方案作进一步具体说明。
实施例1
如图1和3所示，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5和重物6；球壳采用透明亚克力材料或防腐绝缘材料，包括右半球壳1和左半球壳2；右半球壳1和左半球壳2通过玻璃胶固定；本实施例中，球壳内径为95mm，外径为100mm，球壳内、外径大小视波浪运动而定，波浪起伏小，内、外径可取较小值；波浪起伏大，内、外径可取较大值。线绳5一端与球壳固定，另一端与重物6固定。重物的重量为100g，悬挂重物可以提升球壳倾斜时的姿态恢复速度，提高波浪起伏方向的波浪能转换效率。如图2所示，能量收集机构和六个发电单元均设置在球壳内。
如图1、4和5所示，能量收集机构包括导杆连接块7、弹簧8、导杆9和碟形重块10；碟形重块10优选3D打印材料，重量为70-100g；碟形重块10与球壳同心设置；重物6的重心位于碟形重块10的中心轴线上；四根导杆9与碟形重块10开设的沿周向均布的四个圆导孔分别构成滑动副；导杆9的直径为3-4mm；四根导杆9的一端均与一个导杆连接块7固定，另一端均与另一个导杆连接块7固定；两个导杆连接块7与碟形重块10两侧分别通过弹簧8连接，且两个导杆连接块7均与球壳内壁通过热溶胶固定；两块浮体(右浮体3和左浮体4)关于碟形重块的中心轴线对称设置，且均通过热熔胶粘合在球壳外壁；两块浮体提供浮力，将波浪多个方向的波动转化成蝶形重块相对导杆的直线运动，提高能量收集效率。
如图2、6-1、6-2、6-3和7所示，六个发电单元沿碟形重块10的周向均布；发电单元主要由上下对称分布的两个子发电单元组成；子发电单元包括支撑层连接块13、塑料支撑板14、支撑板上金属电极15、支撑板上介电薄膜16和弹性乳胶片17；五片塑料支撑板14的一端均与支撑层连接块13通过胶水粘合；每相邻两片塑料支撑板14的另一端均通过弹性乳胶片17连接；该弹性乳胶片17的弹性和长度可根据塑料支撑板14的质量、弹性和尺寸决定，以保证所有塑料支撑板14被牵拉时充分展开；相邻两片塑料支撑板14之间的夹角为10°；支撑层连接块13与球壳通过热熔胶粘合；每个子发电单元中，第一片塑料支撑板14均与碟形重块10端面平行设置，且表面不粘贴其它材料；与第一片塑料支撑板14相邻的第二片塑料支撑板14在背对第一片塑料支撑板14的表面上粘贴支撑板上金属电极15，支撑板上金属电极15上粘贴支撑板上介电薄膜16；与第二片塑料支撑板14相邻的第三片塑料支撑板14上下表面均只粘贴支撑板上金属电极15；与第三片塑料支撑板14相邻的第四片塑料支撑板14上下表面均粘贴支撑板上金属电极15，支撑板上金属电极15的外表面再粘贴支撑板上介电薄膜16；第五片塑料支撑板14上下表面均只粘贴支撑板上金属电极15；外表面未粘贴支撑板上介电薄膜16的支撑板上金属电极15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16的支撑板上金属电极15通过导线连接引出作为输出端B；支撑板上金属电极15和支撑板上介电薄膜16均没有限定为平面薄膜，可以根据实际情况加工成易贴合的曲面薄膜，以增大其摩擦面积。作为优选实施例，子发电单元还包括粘贴在球壳内壁的球面金属电极12和粘贴在球面金属电极12外表面的球面介电薄膜11；球面金属电极12通过导线引出作为输出端B。支撑板上金属电极15和球面金属电极12均优选铝薄膜，支撑板上介电薄膜和球面介电薄膜11均优选聚四氟乙烯薄膜，以提高电能输出和电荷密度。
如图5和7所示，上下对称分布的两个子发电单元也通过弹性乳胶片17连接，该弹性乳胶片17穿过碟形重块10开设的方形孔。球壳受波浪作用发生运动时，当碟形重块10相对导杆9下移挤压下方子发电单元的塑料支撑板14时，上方子发电单元的各塑料支撑板14被弹性乳胶片17牵拉，并充分展开，以产生较大的电势差，提高发电效率。同理，上方子发电单元的塑料支撑板14被碟形重块10挤压时，下方子发电单元的各塑料支撑板14被牵拉展开。
该自供能系统的波浪能发电装置的发电方法，具体如下：
如图8所示，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14呈半展开状态，见图8中状态<I>；壳体受波浪21作用获得动能时，碟形重块10相对导杆上下往复运动。当碟形重块10相对导杆向下运动时，挤压下方子发电单元的塑料支撑板14，使下方子发电单元的支撑板上金属电极15与支撑板上介电薄膜16摩擦起电，同时牵拉上方子发电单元，使上方子发电单元的各塑料支撑板14充分展开，此时若子发电单元还包括球面金属电极12和球面介电薄膜11，下方子发电单元的球面介电薄膜11也与支撑板上金属电极15摩擦起电，上方子发电单元的球面介电薄膜11也与支撑板上金属电极15充分展开，见图8中状态<II>；碟形重块10相对导杆向下运动到最大位移后开始相对导杆向上运动，中途达到碟形重块10与球壳同心状态，见图8中状态<III>；当碟形重块10相对导杆向上运动时，挤压上方子发电单元的塑料支撑板14，使上方子发电单元的支撑板上金属电极15与支撑板上介电薄膜16摩擦起电，同时牵拉下方子发电单元，使下方子发电单元的各塑料支撑板14充分展开，此时若子发电单元还包括球面金属电极12和球面介电薄膜11，上方子发电单元的球面介电薄膜11也与支撑板上金属电极15摩擦起电，下方子发电单元的球面介电薄膜11也与支撑板上金属电极15充分展开，见图8中状态<IV>；碟形重块10相对导杆向上运动到最大位移后开始向下运动，直到达到碟形重块10与球壳同心状态，完成一个运动周期，见图8中状态<I>。
如图9所示，本发明利用摩擦起电和静电感应产生电流，将输出端A和B与整流桥19串联后连接自供能系统的用电装置正、负极，其中，R表示用电装置电阻。静平衡状态下，两个子发电单元的各塑料支撑板14呈半展开状态，没有电荷产生，分属输出端A和B的支撑板上金属电极15之间没有电势差，见图9中状态<I>；壳体受波浪作用获得动能带动碟形重块10相对导杆运动时，引出输出端A的支撑板上金属电极15与面对面的支撑板上介电薄膜16接触或分离，此时若子发电单元还包括球面金属电极12和球面介电薄膜11，球面介电薄膜11也与面对面的支撑板上金属电极15接触或分离；引出输出端A的支撑板上金属电极15与面对面的支撑板上介电薄膜16接触时，由于摩擦起电效应，支撑板上金属电极15带正电荷，支撑板上介电薄膜16带负电荷，见图9中状态<II>，此时若有球面介电薄膜11与面对面的支撑板上金属电极15接触，球面介电薄膜11也带负电荷；引出输出端A的支撑板上金属电极15与面对面的支撑板上介电薄膜16分离时，分属输出端A和B的支撑板上金属电极15之间形成电势差，驱动电子从引出输出端B的支撑板上金属电极15流入引出输出端A的支撑板上金属电极15，形成瞬时电流I(方向与电子移动方向相反)，见图9中状态<III>，此时若有球面介电薄膜11与面对面的支撑板上金属电极15分离，球面金属电极12的电子也流入引出输出端A的支撑板上金属电极15；当引出输出端A的支撑板上金属电极15与面对面的支撑板上介电薄膜16分离达到最大间距时，电势差达到最大值，电荷转移达到饱和，见图9中状态<IV>，此时若有球面介电薄膜11与面对面的支撑板上金属电极15分离达到最大间距，电势差也达到最大值；当引出输出端A的支撑板上金属电极15与面对面的支撑板上介电薄膜16由最大间距逐渐靠近时，分属输出端A和B的支撑板上金属电极15之间电势差逐渐减小，电子从引出输出端A的支撑板上金属电极15流入引出输出端B的支撑板上金属电极15，形成反向电流，见图9中状态<V>，此时若有球面介电薄膜11与面对面的支撑板上金属电极15由最大间距逐渐靠近，球面金属电极12与支撑板上金属电极15之间电势差也逐渐减小，电子从支撑板上金属电极15流入球面金属电极12；当引出输出端A的支撑板上金属电极15与面对面的支撑板上介电薄膜16再次接触时，感应电荷被中和，见图9中状态<II>，此时若有球面介电薄膜11与面对面的支撑板上金属电极15再次接触，感应电荷也被中和，至此完成一个发电周期。
本发明利用两种材料互相接触摩擦起电以及静电感应的原理，对支撑板上介电薄膜16和球面介电薄膜11的材料摩擦静电序列与支撑板上金属电极15的材料摩擦静电序列进行差异化设计：支撑板上介电薄膜16和球面介电薄膜11的材料均优选聚四氟乙烯薄膜，但也可以选用其它介电材料，例如聚酰亚胺薄膜，这里不做具体限定；相应的，支撑板上金属电极15和球面金属电极12均为导电材料薄膜，优选铝膜片，但也可以选用其它金属薄膜，如铜膜，这里不做具体限定。
实施例2
本发明为了提高发电效率，在支撑板上介电薄膜16和球面介电薄膜11表面加工微纳米结构。该微纳米结构为纳米线、纳米管、纳米颗粒、纳米棒、纳米花、纳米沟槽、微米沟槽、纳米锥、微米锥、纳米球或微米球状结构，可以是通过光刻蚀或等离子刻蚀等方法加工。微纳米结构的尺寸在微米到次微米量级，只要不影响支撑板上介电薄膜16和球面介电薄膜11的机械强度，微纳米结构的具体尺寸、形状不应该限制本发明的范围。同样，在支撑板上金属电极和球面金属电极外表面也可以分布有微纳米结构，进一步提高发电效率。
实施例3
如图10所示，自供能系统中，将单独一个为自供能系统供电的波浪能发电装置与整流桥19串联构成一个发电组，多个发电组并联后与用电装置20连接。发电组产生的电能也可存储于超级电容器或可充电电池组，持续不断地为自供能系统供电。
实施例4
如图11所示，由于单独一个为自供能系统供电的波浪能发电装置18的输出电压较高且输出电流较低，通过导线22将多个进行并联，可以有效提高输出电流和输出功率。而且可以在海洋布置多组由多个自供能系统供电的波浪能发电装置18并联而成的组件。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合。为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

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。
10.根据权利要求2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，球面介电薄膜也与面对面的支撑板上金属电极接触或分离；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，下方子发电单元中球面介电薄膜与面对面的支撑板上金属电极接触，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和球面介电薄膜均带负电荷；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，上方子发电单元中球面介电薄膜也与支撑板上金属电极展开；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，上方子发电单元中球面介电薄膜也与面对面的支撑板上金属电极摩擦起电；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，下方子发电单元的球面介电薄膜也与支撑板上金属电极展开，球面金属电极的电子流入引出输出端A的支撑板上金属电极；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，下方子发电单元中球面介电薄膜与面对面的支撑板上金属电极也分离达到最大间距，电势差达到最大值；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，下方子发电单元中球面介电薄膜与面对面的支撑板上金属电极也由最大间距逐渐靠近，下方子发电单元中球面金属电极与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支撑板上金属电极流入球面金属电极；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，上方子发电单元的球面介电薄膜也与支撑板上金属电极展开，球面金属电极的电子流入引出输出端A的支撑板上金属电极；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，下方子发电单元中球面介电薄膜与面对面的支撑板上金属电极也再次接触，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，上方子发电单元中球面介电薄膜与面对面的支撑板上金属电极也分离达到最大间距，电势差达到最大值，至此完成一个发电周期。
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