CN114362584B - 一种海洋能摩擦纳米发电装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种海洋能摩擦纳米发电装置，包括摩擦棒、空心套筒、摩擦球和叶片。摩擦棒呈圆柱状，且侧壁向内凹陷形成多条环形凹槽一，环形凹槽一的外壁设置有摩擦层一。空心套筒同轴套设在摩擦棒外，空心套筒内壁向内凹陷形成多条环形凹槽二。多条环形凹槽二与多条环形凹槽一一一对应，且形成多条环形摩擦通道。若干摩擦球均布在多条环形摩擦通道内。摩擦球的直径大于摩擦棒与空心套筒之间的间隙。若干叶片圆周分布在空心套筒外壁上，叶片表面设置有摩擦层二。该装置通过集成两组发电结构，可以有效的对海洋能中横向流动的洋流能和纵向起伏的波浪能进行收集。

Description

一种海洋能摩擦纳米发电装置

技术领域

本发明涉及能源收集领域，特别是涉及一种海洋能摩擦纳米发电装置。

背景技术

摩擦纳米发电机基于麦克斯韦位移电流原理，将摩擦起电和静电感应相结合，能直接将无规则的低频机械运动产生的能量高效地转化为电能，在海洋能这类清洁能源利用方面有着巨大应用前景。摩擦纳米发电机主要由两部分组成，依靠两种电负性相差很大的材料摩擦从而产生电能的摩擦部分；将交流电整流成直流电或者储存电能的电流部分。摩擦部分由电负性相差很大的两层高分子薄膜组成。得失电子差异性大更有利于电荷的产生，从而提高输出电能的效率。两层高分子薄膜附着在两个金属电极上实现发电。

现有电磁发电技术在高频能量的收集中有着较大的地位，但其在低频能量的收集中却显得有些疲软。而海洋能作为目前可利用的清洁能源，现有技术对这些能量中的低频部分的收集却很少，而且对多种形式的海洋能不能做到兼顾。

发明内容

基于此，有必要针对现有技术对这些能量中的低频部分的收集却很少，而且对多种形式的海洋能不能做到兼顾的问题，提供一种海洋能摩擦纳米发电装置。

一种海洋能摩擦纳米发电装置，包括摩擦棒、空心套筒、摩擦球和叶片。摩擦棒呈圆柱状，且侧壁向内凹陷形成多条环形凹槽一，环形凹槽一的外壁设置有摩擦层一。空心套筒同轴套设在摩擦棒外，空心套筒内壁向内凹陷形成多条环形凹槽二。多条环形凹槽二与多条环形凹槽一一一对应，且形成多条环形摩擦通道。若干摩擦球均布在多条环形摩擦通道内。摩擦球的直径大于摩擦棒与空心套筒之间的间隙。其中，摩擦球与环形摩擦通道形成第一发电结构。摩擦球与环形摩擦通道形成第一发电结构；在第一发电结构中，摩擦球与环形摩擦通道的摩擦层一相对转动而摩擦发电。若干叶片(圆周分布在空心套筒外壁上，叶片表面设置有摩擦层二；摩擦层二为第二发电结构；在第二发电结构中，摩擦层二通过流体在起伏过程中与摩擦层二摩擦发电。

上述海洋能摩擦纳米发电装置通过集成两组发电结构，可以有效的对海洋能中横向流动的洋流能和纵向起伏的波浪能进行收集。其中，第一发电结构通过摩擦球与环形摩擦通道的摩擦层一相对转动而摩擦发电，第二发电结构通过海水上下起伏，扇叶与水面接触，波浪时高时低，并与摩擦层二进行摩擦，使得摩擦层二带有电荷，又由于波浪的高低使得与摩擦层二的接触面积发生变化，导致表面电荷不屏蔽，从而产生电流。

在其中一个实施例中，发电装置还包括自检验模块，自检验模块用于：

ⅰ、连续获取叶片转动一周时，每条环形摩擦通道产生的电信号，并形成每组电信号曲线图。

ⅱ、将每组电信号曲线图进行比对，并输出比对结果。若比对结果中出现与其他组存在差异的电信号曲线图，则判定发电装置出现损坏，并在存在差异的电信号曲线图中标记出现差异的位置。

ⅲ、当判定发电装置出现损坏时，根据此后不少于三个转动周期的比对结果，判断多组存在差异的电信号曲线图中所标记出现差异的位置是否相近，是则判定在电信号曲线图中差异的位置在摩擦层一中所对应的位置出现损坏。否则判定出现差异的电信号曲线图所对应的环形摩擦通道中的摩擦球出现损坏。

在其中一个实施例中，发电装置还包括报警器。自检验模块还用于：当判定发电装置出现损坏时，发出警报以提醒工作人员对发电装置进行检修。

在其中一个实施例中，发电装置还包括固定支架，其用于固定摩擦棒。固定支架包括两层水平架。两层水平架通过竖杆固定连接。摩擦棒上下两端分别固定在两层水平架上。

在其中一个实施例中，摩擦层一和摩擦层二均由聚四氟乙烯材料制成。摩擦棒为铜棒。摩擦球为铝球。

在其中一个实施例中，摩擦层一包括摩擦区域和无摩擦区域。摩擦区域和无摩擦区域在圆周方向上间隔设置。

在其中一个实施例中，布设在空心套筒外的叶片不少于三组。

在其中一个实施例中，叶片为铜板，且靠近空心套筒外壁处开设有通孔。

本发明还公开了一种基于海洋能的摩擦纳米发电设备，其包括若干摩擦纳米发电装置、两根安装杆和两根固定桩。两根安装杆平行设置。摩擦纳米发电装置中的摩擦棒上下两端分别固定安装在两根安装杆上。两根固定桩位于安装杆两端，安装杆两端固定安装在两根固定桩内。

在其中一个实施例中，固定桩上设置有升降轨道，升降轨道内滑动安装有两块升降块，两块升降块之间通过连杆固定连接。两根安装杆分别固定安装在两个升降块内。升降块连接有驱动其在升降轨道内升降的驱动件。

与现有技术相比，本发明具有以下有效效果：

本发明的海洋能摩擦纳米发电装置通过集成两组发电结构，可以有效的对海洋能中横向流动的洋流能和纵向起伏的波浪能进行收集。其中，第一发电结构通过摩擦球与环形摩擦通道的摩擦层一相对转动而摩擦发电，第二发电结构通过海水上下起伏，扇叶与水面接触，波浪时高时低，并与摩擦层二进行摩擦，使得摩擦层二带有电荷，又由于波浪的高低使得与摩擦层二的接触面积发生变化，导致表面电荷不屏蔽，从而产生电流。

多组环形摩擦通道以及摩擦球的设计，可以提高能量收集的效率，同时，在自检验模块的检验下，可以对第一发电结构进行自检验，实时对第一发电结构进行监测，防止第一发电结构内部损坏而不能及时发现的风险，保证能量收集转换的效率。

附图说明

图1为海洋能摩擦纳米发电装置的结构示意图。

图2为海洋能摩擦纳米发电装置的俯视图。

图3为海洋能摩擦纳米发电装置中空心套筒、摩擦球和摩擦棒的连接示意图。

图中：1-固定支架、2-摩擦棒、201-环形凹槽一、3-空心套筒、301-环形凹槽、4-摩擦球、5-叶片、6-摩擦层、601-摩擦区域、602-无摩擦区域。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

需要说明的是，当组件被称为“安装于”另一个组件，它可以直接在另一个组件上或者也可以存在居中的组件。当一个组件被认为是“设置于”另一个组件，它可以是直接设置在另一个组件上或者可能同时存在居中组件。当一个组件被认为是“固定于”另一个组件，它可以是直接固定在另一个组件上或者可能同时存在居中组件。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“或/及”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

实施例1

请参阅图1-3，本实施例公开了一种海洋能摩擦纳米发电装置，包括固定支架1、摩擦棒2、空心套筒3、摩擦球4和叶片5等等。该装置可以收集海洋能，并将海洋能转化为电能。该装置的具体结构如下：

固定支架1用于固定摩擦棒3。固定支架1包括两层水平架。两层水平架通过竖杆固定连接。摩擦棒3上下两端分别固定在两层水平架上。本实施例中，每层水平架包括一个圆形圈和三根横杆，三根横杆的一端与圆形圈固定连接，另一端相连接，所述摩擦棒3的两端固定在两层水平架中的横杆连接处。

摩擦棒2呈圆柱状，且侧壁向内凹陷形成多条环形凹槽一201，环形凹槽一201的外壁设置有摩擦层一6。摩擦层一6的材质不加以限制，本实施例中，优选的，摩擦层一6由聚四氟乙烯材料制成，聚四氟乙烯形成的摩擦层一6可以与摩擦球4进行摩擦发电。本实施例中，摩擦棒2为铜棒，摩擦球4为铝球。具体的，摩擦球4还可以为圆柱滚子、圆锥滚子、滚针等结构，与环形凹槽一201之间形成类似滚珠轴承一样的结构。

为了使摩擦球4和摩擦棒2之间呈周期性摩擦发电，本实施例中，摩擦层一6包括摩擦区域601和无摩擦区域602。摩擦区域601和无摩擦区域602在圆周方向上间隔设置。摩擦层一6采用间隔式涂层的方式，当摩擦球4与摩擦区域601部分接触时进行摩擦，从而使摩擦球4与摩擦棒2之间存在相应的电势差，并且摩擦球4电极的电势高于摩擦棒2，这个电势差驱动外电路自由电子由摩擦棒2流向摩擦球4，从而形成电流；当摩擦球4到无摩擦区域602部分时，摩擦球4上的正电荷与电子完全复合，而摩擦棒2由于电子的转移带上正电荷并于摩擦区域601上的负电荷相互屏蔽，系统又达到平衡，接着摩擦球4离开无摩擦区域602部分与接下来的摩擦区域601再次进行摩擦，从而完成一个周期的摩擦发电。

空心套筒3同轴套设在摩擦棒2外，空心套筒3内壁向内凹陷形成多条环形凹槽二301。多条环形凹槽二301与多条环形凹槽一201一一对应，且形成多条环形摩擦通道。空心套筒3内壁凹陷的环形凹槽二301与摩擦棒外壁凹陷的环形凹槽302相配合形成的环形摩擦通道可以容纳摩擦球4在内部进行滚动。为了可以让摩擦球4在环形摩擦通道内滚动而不掉落，本实施例中，摩擦球4的直径大于摩擦棒2与空心套筒3之间的间隙。其中，摩擦球4与环形摩擦通道之间形成第一发电结构。第一发电结构通过摩擦球与环形摩擦通道的摩擦层一6相对转动而摩擦发电。在第一发电结构进行工作时，若干均布在多条环形摩擦通道内的摩擦球4不断与摩擦层一6摩擦进行发电。

若干叶片5圆周分布在空心套筒3外壁上，叶片5表面设置有摩擦层二。本实施例中，布设在空心套筒3外的叶片5不少于三组。摩擦层二为第二发电结构。其中，摩擦层二的材质与摩擦层一6相同。第二发电结构通过流体起伏过程中与摩擦层二摩擦发电。本实施例中，叶片5的材质优选为铜，例如铜板。考虑到叶片5在转动时收到的海水阻力，还可以在叶片5靠近空心套筒3外壁处开设有通孔，通孔用于通过海水，便于叶片5转动。当海水上下起伏，导致波浪较大时，扇叶5与水面接触，波浪时高时低，并与摩擦层二进行摩擦，使得摩擦层二带有电荷，又由于波浪的高低使得与摩擦层二的接触面积发生变化，导致表面电荷不屏蔽，从而使得电流产生，波浪的上下起伏，使得电流方向不断变化，因而输出交流电。

本实施例中，发电装置还设置有自检验模块和报警器。

其中，自检验模块用于：

ⅰ、连续获取叶片5转动一周时，每条环形摩擦通道产生的电信号，并形成每组电信号曲线图。由于叶片5转动时带动空心套筒3转动，空心套筒3转动时，每条环形摩擦通道内的摩擦球4均与摩擦层一6进行摩擦发电，从而每条环形摩擦通道产生的电信号相近，因此电信号曲线图接近。

ⅱ、将每组电信号曲线图进行比对，并输出比对结果。若比对结果中出现与其他组存在差异的电信号曲线图，则判定发电装置出现损坏，并在存在差异的电信号曲线图中标记出现差异的位置。由于各组环形摩擦通道的工作方式相近，因此当出现电信号曲线图不同的情况时，发电装置内部一定出现了损坏，为了进一步判定出现损坏的位置，因此在存在差异的电信号曲线图中标记出现差异的位置。

ⅲ、当判定发电装置出现损坏时，根据此后不少于三个转动周期的比对结果，判断多组存在差异的电信号曲线图中所标记出现差异的位置是否相近，是则判定在电信号曲线图中差异的位置在摩擦层一6中所对应的位置出现损坏。否则判定出现差异的电信号曲线图所对应的环形摩擦通道中的摩擦球4出现损坏。若是多个转动周期内在相同或者相近位置出现差异，则说明在该位置处的摩擦层一6出现损伤，导致空心套筒3每次转动到相同位置时，不能有效进行摩擦发电。若不是，则说明是出现差异的电信号曲线图所对应的环形摩擦通道中的摩擦球4损坏，导致不能按照正常的发电流程的电信号进行输出，因此导致电信号曲线图与其他组存在差异。

本实施例中，自检验模块还用于当判定发电装置出现损坏时，发出警报以提醒工作人员对发电装置进行检修。

本实施例的海洋能摩擦纳米发电装置通过集成两组发电结构，可以有效的对海洋能中横向流动的洋流能和纵向起伏的波浪能进行收集。其中，第一发电结构通过摩擦球与环形摩擦通道的摩擦层一6相对转动而摩擦发电，第二发电结构通过海水上下起伏，扇叶5与水面接触，波浪时高时低，并与摩擦层二进行摩擦，使得摩擦层二带有电荷，又由于波浪的高低使得与摩擦层二的接触面积发生变化，导致表面电荷不屏蔽，从而产生电流。

多组环形摩擦通道以及摩擦球的设计，可以提高能量收集的效率，同时，在自检验模块的检验下，可以对第一发电结构进行自检验，实时对第一发电结构进行监测，防止第一发电结构内部损坏而不能及时发现的风险，保证能量收集转换的效率。

实施例2

本实施例公开了一种基于海洋能的摩擦纳米发电设备，其包括若干摩擦纳米发电装置、两根安装杆和两根固定桩。两根安装杆平行设置。摩擦纳米发电装置中的摩擦棒2上下两端分别固定安装在两根安装杆上。两根固定桩位于安装杆两端，安装杆两端固定安装在两根固定桩内。固定桩用于将装置固定在水里。

在本实施例中，固定桩上设置有升降轨道，升降轨道内滑动安装有两块升降块，两块升降块之间通过连杆固定连接。两根安装杆分别固定安装在两个升降块内。升降块连接有驱动其在升降轨道内升降的驱动件。驱动件可以为电机丝杆驱动结构，也可以是气缸驱动结构，都为现有技术，本实施例不加以具体描述。

本实施例的基于海洋能的摩擦纳米发电设备可以直接利用在海洋上，对海洋能进行收集、转化，且通过升降轨道和驱动件的设计，可以根据实际情况进行调节，保证海洋能的收集、转化效率。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明申请范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明申请的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (9)

1.一种海洋能摩擦纳米发电装置，其特征在于，其包括：

摩擦棒（2），其呈圆柱状，且侧壁向内凹陷形成多条环形凹槽一（201），所述环形凹槽一（201）的外壁设置有摩擦层一（6）；

空心套筒（3），其同轴套设在所述摩擦棒（2）外，所述空心套筒（3）内壁向内凹陷形成多条环形凹槽二（301）；各条所述环形凹槽二（301）与所述环形凹槽一（201）一一对应，且形成多条环形摩擦通道；

若干摩擦球（4），其均布在多条所述环形摩擦通道内；所述摩擦球（4）的直径大于所述摩擦棒（2）与所述空心套筒（3）之间的间隙；其中，所述摩擦球（4）与所述环形摩擦通道形成第一发电结构；在所述第一发电结构中，所述摩擦球与所述环形摩擦通道的摩擦层一（6）相对转动而摩擦发电；以及

若干叶片（5），其圆周分布在所述空心套筒（3）外壁上，所述叶片（5）表面设置有摩擦层二；所述摩擦层二为第二发电结构；在所述第二发电结构中，所述摩擦层二通过流体在起伏过程中与摩擦层二摩擦发电；

所述发电装置还包括自检验模块，所述自检验模块用于：

ⅰ、连续获取叶片（5）转动一周时，每条环形摩擦通道产生的电信号，并形成每组电信号曲线图；

ⅱ、将每组所述电信号曲线图进行比对，并输出比对结果；若比对结果中出现与其他组存在差异的电信号曲线图，则判定发电装置出现损坏，并在存在差异的电信号曲线图中标记出现差异的位置；

ⅲ、当判定发电装置出现损坏时，根据此后不少于三个转动周期的比对结果，判断多组存在差异的电信号曲线图中所标记出现差异的位置是否相近，是则判定在电信号曲线图中差异的位置在所述摩擦层一（6）中所对应的位置出现损坏；否则判定出现差异的电信号曲线图所对应的环形摩擦通道中的所述摩擦球（4）出现损坏。

2.根据权利要求1所述的海洋能摩擦纳米发电装置，其特征在于，所述发电装置还包括报警器；所述自检验模块还用于：当判定发电装置出现损坏时，发出警报以提醒工作人员对所述发电装置进行检修。

3.根据权利要求1所述的海洋能摩擦纳米发电装置，其特征在于，所述发电装置还包括固定支架（1），其用于固定所述摩擦棒（2）；所述固定支架（1）包括两层水平架；两层所述水平架通过竖杆固定连接；所述摩擦棒（2）上下两端分别固定在两层水平架上。

4.根据权利要求1所述的海洋能摩擦纳米发电装置，其特征在于，所述摩擦层一（6）和摩擦层二均由聚四氟乙烯材料制成；所述摩擦棒（2）为铜棒；所述摩擦球（4）为铝球。

5.根据权利要求1所述的海洋能摩擦纳米发电装置，其特征在于，所述摩擦层一（6）包括摩擦区域（601）和无摩擦区域（602）；所述摩擦区域（601）和所述无摩擦区域（602）在圆周方向上间隔设置。

6.根据权利要求1所述的海洋能摩擦纳米发电装置，其特征在于，布设在所述空心套筒（3）外的叶片（5）不少于三组。

7.根据权利要求6所述的海洋能摩擦纳米发电装置，其特征在于，所述叶片（5）为铜板，且靠近所述空心套筒（3）外壁处开设有通孔。

8.一种基于海洋能的摩擦纳米发电设备，其特征在于，其包括：

若干摩擦纳米发电装置，其为权利要求1-7任意一项所述的摩擦纳米发电装置；

两根安装杆，其平行设置；所述摩擦纳米发电装置中的摩擦棒（2）上下两端分别固定安装在两根安装杆上；以及

两根固定桩，其位于所述安装杆两端，所述安装杆两端固定安装在两根固定桩内。

9.根据权利要求8所述的基于海洋能的摩擦纳米发电设备，其特征在于，所述固定桩上设置有升降轨道，所述升降轨道内滑动安装有两块升降块，两块升降块之间通过连杆固定连接；两根所述安装杆分别固定安装在两个升降块内；所述升降块连接有驱动其在所述升降轨道内升降的驱动件。

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