CN114856891B - 一种基于纳米发电机的全方位波浪能高效采集装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种基于纳米发电机的全方位波浪能高效采集装置，包括球壳、设置在球壳内的发电装置、储能装置；发电装置包括六个梯形发电单元和由球壳内壁、梯形空壳立方体的外壁、空腔正方体内壁组成的发电单元；发电单元中，梯形空壳立方体的外壁贴有作为金属电极的铝箔和作为介电薄膜与摩擦层材料的Kapton膜；球壳内壁和空腔正方体内壁贴有作为金属电极的铝箔和作为介电薄膜与摩擦层材料的PMMA膜；梯形发电单元包括梯形空壳立方体、设在梯形空壳立方体内部的固定板和活动板，活动板上贴有作为金属电极的铝箔和作为介电薄膜与摩擦层材料的Kapton膜，固定板上贴有作为金属电极的铝箔和作为介电薄膜与摩擦层材料的PMMA膜。储能装置对发电单元转换的电能进行储存。
Description
技术领域
本发明涉及波浪能的收集以及波浪能发电系统技术领域，具体而言，尤其涉及一种基于纳米发电机的全方位波浪能高效采集装置。
背景技术
在各种新能源中，海洋能是一种特别重要的能源，据统计，全球冲击海岸线的波浪功率达到20-30亿kW，在开放海洋区功率将高达700亿kW以上，因此波浪能将是海洋能源发展的重点方向。然而，由于缺乏经济的能量捕获技术，当前波浪能很少被开发利用。
针对目前利用波浪能发电的需求，亟需发明一种全方位的波浪能发电装置，该装置受到来自不同方向的海浪的冲击时，可以实现对低频率、低振幅的波浪能全方位高效收集，将来自不同方向波浪能转换为电能，提供了一种波浪能的全方位高效收集方法。
发明内容
根据上述提出的技术问题，提供一种基于纳米发电机的全方位波浪能高效采集装置。本发明装置基于纳米发电机进行构建，可以实现对低频率、低振幅的波浪能全方位高效收集，将来自不同方向波浪能转换为电能。
本发明采用的技术手段如下：
一种基于纳米发电机的全方位波浪能高效采集装置，包括：包括：球壳、设置在球壳内部的发电装置、储能装置；其中：
发电装置包括六个梯形发电单元和由球壳内壁、梯形空壳立方体的外壁以及空腔正方体内壁组成的发电单元；
发电单元中：梯形空壳立方体的外壁依次粘贴有铝箔和Kapton膜，其中，铝箔作为金属电极，Kapton膜作为介电薄膜和摩擦层材料；球壳内壁和空腔正方体内壁依次粘贴有铝箔和PMMA膜，其中，铝箔作为金属电极，PMMA膜作为介电薄膜和摩擦层材料；
六个梯形发电单元中：每个梯形发电单元均由梯形空壳立方体、设置在梯形空壳立方体内部的固定板和活动板组成，且活动板上依次粘贴有铝箔和Kapton膜，其中，铝箔作为金属电极，Kapton膜作为介电薄膜和摩擦层材料；固定板上依次粘贴有铝箔和PMMA膜，其中，铝箔作为金属电极，PMMA膜作为介电薄膜和摩擦层材料；
储能装置，包括整流桥、稳压电容以及储能电池；发电单元、六个梯形发电单元和整流桥串联形成一个发电组，再与储能电池串联，储存电能。
进一步地，所述球壳被等拆分成六个部分，收集来自不同方向的波浪能，每一部分的所述球壳内均开设有一空腔，空腔的顶部与梯形空壳立方体的下底面平行设置，空腔的两侧与梯形空壳立方体的四个腰面平行设置；且球壳采用玻璃胶进行密封。
进一步地，每个所述梯形空壳立方体的下底面均通过第一弹簧固定镶嵌在所述球壳和空腔正方体内壁之间，第一弹簧安装在弹簧槽内，弹簧槽分别固定在每一部分球壳内空腔的顶部和每个梯形空壳立方体的下底面上；当全方位波浪能高效采集装置受到来自不同方向海浪的冲击时，所述梯形空壳立方体顺着弹簧的安装方向在球壳内壁和空腔正方体的内壁之间晃动，梯形空壳立方体外壁在球壳内壁和空腔正方体之间发生接触分离。
进一步地，所述空腔正方体的中心位置开设有用于安装所述储能装置的方形腔体，且所述空腔正方体的每一面分别开设有用于安装所述梯形空壳立方体的梯形腔体；每个所述梯形空壳立方体的上底面均通过第二弹簧固定镶嵌在所述空腔正方体内，第二弹簧安装在弹簧槽内，弹簧槽分别固定在每个所述梯形空壳立方体的上底面上和方形腔体的每个面上。
进一步地，所述梯形空壳立方体的内部还设置有上滑轨槽和下滑轨槽，所述活动板两端固定连接滑轮，活动板通过滑轮在上滑轨槽和下滑轨槽内活动；当全方位波浪能高效采集装置受到来自不同方向海浪的冲击时，所述梯形空壳立方体顺着第一弹簧的安装方向在球壳内壁和空腔正方体的内壁之间晃动，梯形空壳立方体内的活动板顺着第二弹簧晃动的方向与固定板发生接触分离。
进一步地，所述发电单元中，在梯形空壳立方体的外壁与球壳内壁和空腔正方体内壁的每个组合之间有2个电极层，一共有6组梯形发电单元，所以发电单元一共12个电极层。
进一步地，所述发电单元中，当梯形空壳立方体的外壁与空腔正方体内壁和球壳内壁分别接触过程中，由于接触起电效应，梯形空壳立方体的外壁的Kapton表面带有负电荷，球壳内壁和空腔正方体内壁的PMMA表面的带有正电荷；当加载在纳米发电机表面的力被卸载时，两个带电表面发生分离，两个表面中间会形成一个小的空气间隙，并在两个电极之间形成感应电势差；如果两个电极通过负载连接在一起，电子会通过负载从一个电极流向另一个电极，形成一个反向的电势差来平衡静电场；当两个摩擦层中间的空气间隙闭合时，由摩擦电荷形成的电势差消失，电子会发生回流。
进一步地，所述梯形发电单元中，在梯形空壳立方体的一个方向有9组发电装置，每个组合之间有2个电极层，一共有6个方向，所以梯形发电单元一共108个电极层。
进一步地，所述梯形发电单元中，在活动板上的Kapton膜和固定板上的PMMA膜壁接触过程中，由于接触起电效应，活动板上的Kapton膜表面带有负电荷，固定板上的PMMA膜表面的带有正电荷；当加载在纳米发电机表面的力被卸载时，两个带电表面发生分离，两个表面中间会形成一个小的空气间隙，并在两个电极之间形成感应电势差；如果两个电极通过负载连接在一起，电子会通过负载从一个电极流向另一个电极，形成一个反向的电势差来平衡静电场；当两个摩擦层中间的空气间隙闭合时，由摩擦电荷形成的电势差消失，电子会发生回流。
较现有技术相比，本发明具有以下优点：
本发明提供的全方位波浪能高效采集装置，基于纳米发电机进行构建，可以实现对低频率、低振幅的波浪能全方位高效收集，将来自不同方向波浪能转换为电能。
基于上述理由本发明可在波浪能的收集以及波浪能发电系统等领域广泛推广。
附图说明
为了更清楚地说明本发明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需要使用的附图做以简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明全方位波浪能高效采集装置整体结构爆炸图。
图2为本发明全方位波浪能高效采集装置整体结构示意图。
图3为本发明发电单元结构示意图。
图4为本发明梯形发电单元结构示意图。
图5为本发明发电单元发电原理示意图。
图6为本发明储能装置的整流电路示意图。
图7为本发明实施例提供的球壳结构尺寸图。
图8为本发明实施例提供的空腔正方体结构尺寸图。
图9为本发明实施例提供的梯形空壳立方体结构尺寸图。
图10为本发明实施例提供的弹簧尺寸图。
图中：1、球壳；2、第二弹簧；3、梯形空壳立方体的外壁；4、球壳内壁；5、储能装置；6、梯形空壳立方体；7、空腔正方体；8、滑轮；9、固定板；10、活动板；11、整流桥；12、弹簧槽；13、上、下滑轨槽；14、电容器；15、金属电极；16、全方位波浪能高效采集装置；17、外部用电器；18、导线；19、空腔正方体内壁；20、第一弹簧。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本发明及其应用或使用的任何限制。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。
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本发明的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本发明的范围。同时，应当清楚，为了便于描述，附图中所示出的各个部分的尺寸并不是按照实际的比例关系绘制的。对于相关领域普通技术人员己知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为授权说明书的一部分。在这里示出和讨论的所有示例中，任向具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。
在本发明的描述中，需要理解的是，方位词如“前、后、上、下、左、右”、“横向、竖向、垂直、水平”和“顶、底”等所指示的方位或位置关系通常是基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，在未作相反说明的情况下，这些方位词并不指示和暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位或者以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明保护范围的限制：方位词“内、外”是指相对于各部件本身的轮廓的内外。
为了便于描述，在这里可以使用空间相对术语，如“在……之上”、“在……上方”、“在……上表面”、“上面的”等，用来描述如在图中所示的一个器件或特征与其他器件或特征的空间位置关系。应当理解的是，空间相对术语旨在包含除了器件在图中所描述的方位之外的在使用或操作中的不同方位。例如，如果附图中的器件被倒置，则描述为“在其他器件或构造上方”或“在其他器件或构造之上”的器件之后将被定位为“在其他器件或构造下方”或“在其位器件或构造之下”。因而，示例性术语“在……上方”可以包括“在……上方”和“在……下方”两种方位。该器件也可以其他不同方式定位（旋转90度或处于其他方位），并且对这里所使用的空间相对描述作出相应解释。
此外，需要说明的是，使用“第一”、“第二”等词语来限定零部件，仅仅是为了便于对相应零部件进行区别，如没有另行声明，上述词语并没有特殊含义，因此不能理解为对本发明保护范围的限制。
如图1所示，本发明提供了一种基于纳米发电机的全方位波浪能高效采集装置，包括：球壳1、设置在球壳1内部的发电装置、储能装置5；其中：
发电装置包括六个梯形发电单元和由球壳内壁4、梯形空壳立方体的外壁3以及空腔正方体内壁19组成的发电单元；
发电单元中：梯形空壳立方体的外壁3依次粘贴有铝箔和聚酰亚胺（Kapton）膜，其中，铝箔作为金属电极，Kapton膜作为介电薄膜和摩擦层材料；球壳内壁4和空腔正方体内壁19依次粘贴有铝箔和聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）膜，其中，铝箔作为金属电极，PMMA膜作为介电薄膜和摩擦层材料；
六个梯形发电单元中：每个梯形发电单元均由梯形空壳立方体6、设置在梯形空壳立方体6内部的固定板9和活动板10组成，且活动板10上依次粘贴有铝箔和Kapton膜，其中，铝箔作为金属电极，Kapton膜作为介电薄膜和摩擦层材料；固定板9上依次粘贴有铝箔和PMMA膜，其中，铝箔作为金属电极，PMMA膜作为介电薄膜和摩擦层材料；
储能装置5，包括整流桥11、稳压电容14以及储能电池；发电单元、六个梯形发电单元和整流桥11串联形成一个发电组，再与储能电池串联，储存电能。
具体实施时，作为本发明优选的实施方式，如图2所示，所述球壳1被等拆分成六个部分，收集来自不同方向的波浪能；如图3所示，每一部分的所述球壳1内均开设有一空腔，空腔的顶部与梯形空壳立方体6的下底面平行设置，空腔的两侧与梯形空壳立方体6的四个腰面平行设置；且球壳1采用玻璃胶进行密封，解决海水腐蚀问题。在本实施例中，如图7所示，为球壳1的尺寸图，球壳1的外半径为160mm，内半径为158mm；球壳内壁4的外长边均为180mm，内长边均为174mm，短边为78mm。
具体实施时，作为本发明优选的实施方式，如图3所示，每个所述梯形空壳立方体6的下底面均通过第一弹簧20固定镶嵌在所述球壳1和空腔正方体内壁19之间，第一弹簧20安装在弹簧槽12内，弹簧槽12分别固定在每一部分球壳1内空腔的顶部和每个梯形空壳立方体6的下底面上；当全方位波浪能高效采集装置受到来自不同方向海浪的冲击时，所述梯形空壳立方体6顺着第一弹簧20的安装方向在球壳内壁4和空腔正方体内壁19之间晃动，梯形空壳立方体6在球壳内壁4和空腔正方体7之间发生接触分离。如图9所示，为本发明实施例提供的空壳立方体6结构尺寸图，梯形空壳立方体6上部四棱台上底的边长均为100mm，下底的边长均为160mm，高为30mm，梯形空壳立方体6下部四棱台上底的边长均为40mm，下底的边长均为160mm，高为60mm。在本实施例中，第一弹簧20的长度18mm，外半径为5mm，内半径为4mm；弹簧槽12内半径为5mm，外半径为7mm。
具体实施时，作为本发明优选的实施方式，如图8所示，所述空腔正方体7的中心位置开设有用于安装所述储能装置5的方形腔体且所述空腔正方体的每一面分别开设有用于安装所述梯形空壳立方体的梯形腔体；每个所述梯形空壳立方体6的上底面均通过第二弹簧2固定镶嵌在所述空腔正方体7内，第二弹簧2安装在弹簧槽内，弹簧槽分别固定在每个所述梯形空壳立方体6的上底面上和方形腔体的每个面上。在本实施例中，空腔正方体7外长边均为180mm，内长边均为174mm；弹簧槽12内半径为5mm，外半径为7mm。
具体实施时，作为本发明优选的实施方式，如图4所示，所述梯形空壳立方体6的内部还设置有上滑轨槽和下滑轨槽13，所述活动板10两端固定连接滑轮8，活动板10通过滑轮8在上滑轨槽和下滑轨槽13内活动；当全方位波浪能高效采集装置受到来自不同方向海浪的冲击时，所述梯形空壳立方体6顺着第一弹簧20的安装方向在球壳内壁4和空腔正方体的内壁19之间晃动，梯形空壳立方体6内的活动板10顺着第二弹簧2晃动的方向与固定板9发生接触分离。在本实施例中，滑轮8的高度为4mm，在滑轨槽13的活动空间为3mm；固定板9的总高度为4mm，宽度根据位置来具体变化；活动板10的活动空间为2mm，滑轮8和活动板连接轴高度为1mm，宽度根据位置来具体变化；滑轨槽高为2mm，两个滑轨槽13之间的活动空间为3mm。
具体实施时，作为本发明优选的实施方式，所述发电单元中，在梯形空壳立方体的外壁3与球壳内壁4和空腔正方体内壁19的每个组合之间有2个电极层，一共有6组梯形发电单元，所以发电单元一共12个电极层。当梯形空壳立方体的外壁3与空腔正方体内壁19和球壳内壁4分别接触过程中，由于接触起电效应，梯形空壳立方体的外壁3的Kapton表面带有负电荷，球壳内壁4和空腔正方体内壁19的PMMA表面的带有正电荷；由于Kapton和PMMA是高分子材料，高分子的绝缘性能很好，所以两个高分子材料表面的电荷可以保持很长时间。当加载在纳米发电机表面的力被卸载时，两个带电表面发生分离，两个表面中间会形成一个小的空气间隙，并在两个金属电极15之间形成感应电势差；如果两个金属电极15通过负载连接在一起，电子会通过负载从一个金属电极15流向另一个金属电极15，形成一个反向的电势差来平衡静电场；当两个摩擦层中间的空气间隙闭合时，由摩擦电荷形成的电势差消失，电子会发生回流。
具体实施时，作为本发明优选的实施方式，所述梯形发电单元中，在梯形空壳立方体6的一个方向有9组发电装置，每个组合之间有2个电极层，一共有6个方向，所以梯形发电单元一共108个电极层。在活动板10上的Kapton膜和固定板9上的PMMA膜壁接触过程中，由于接触起电效应，活动板10上的Kapton膜表面带有负电荷，固定板9上的PMMA膜表面的带有正电荷；当加载在纳米发电机表面的力被卸载时，两个带电表面发生分离，两个表面中间会形成一个小的空气间隙，并在两个金属电极15之间形成感应电势差；如果两个金属电极15通过负载连接在一起，电子会通过负载从一个金属电极15流向另一个金属电极15，形成一个反向的电势差来平衡静电场；当两个摩擦层中间的空气间隙闭合时，由摩擦电荷形成的电势差消失，电子会发生回流。
具体实施时，作为本发明优选的实施方式，如图6所示，本装置的储能装置5由电容器14、整流桥11、储能电池组成。由于发电装置在发电过程中受波浪的振幅、频率以及易受风能等其他外界因素影响，产生的电压极其不稳定，故需要整流桥11以及电容器14对转换的电能进行处理再进行储存。在基于纳米发电机的全方位波浪能高效采集装置系统中，发电单元、六个梯形发电单元和整流桥11串联形成一个发电组，然后与储能电池串联，储存电能。此外，全方位波浪能高效采集装置16的电压较高，电流较低，如果将多个全方位波浪能高效采集装置16进行并联，可以大幅度的提高全方位波浪能高效采集装置16的输出电流和输出功率。
如图5所示，为全方位波浪能高效采集装置16发电全过程，在一个完整的发电周期内，共可分为4个阶段，电子在一个周期内通过接触起电以及电荷平衡两个原理来实现电子在Kapton膜和PMMA膜转移，由于电荷平衡能够使得电子在两个金属电极15之间转移，产生与电子转移方向相反的且等量的电流，产生电压，实现波浪能与电能之间的转换。具体的，本发明全方位波浪能高效采集装置16的发电过程如下：
当全方位波浪能高效采集装置16来自不同方向海浪的冲击时，梯形空壳立方体6会顺着第二弹簧2的安装方向在球壳内壁4和空腔正方体的内壁19之间晃动，梯形空壳立方体6会在球壳内壁4和空腔正方体7之间发生接触分离；由于梯形空壳立方体6会顺着第一弹簧20的安装方向在球壳内壁4和空腔正方体7的内壁之间晃动，梯形空壳立方体6内的固定板9和活动板10也会顺着第二弹簧2晃动的方向发生接触分离。由于球壳1分布在六个方向，全方位波浪能高效采集装置16受到来自不同方向的海浪的冲击时，可以将来自不同方向波浪能转换为电能，实现波浪能的全方位高效收集。通过接触起电来实现电子在Kapton膜和PMMA膜转移，通过电荷平衡原理，两个金属电极15有电荷转移，最终形成电流，产生电压，实现波浪能与电能之间的转换，由于潮起潮落是不断地发生，全方位波浪能高效采集装置16会一直把波浪能转换为电能。波浪能的存在不规则性与低频性，全方位波浪能高效采集装置16产生的电压不稳定，需要整流处理，通过整流桥11整流后，输出电压是单向脉动电压，这样的电压强度的波动很大，会对储能电池造成冲击，需要一个电容器14将单向波脉动电压变成均匀电压，经过转换的电能利用储能电池进行储存，以备外部用电器17使用。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。
Claims (9)
1.一种基于纳米发电机的全方位波浪能高效采集装置，其特征在于，包括：球壳、设置在球壳内部的发电装置、储能装置；其中：
发电装置包括六个梯形发电单元和由球壳内壁、梯形空壳立方体的外壁以及空腔正方体内壁组成的发电单元；
发电单元中：梯形空壳立方体的外壁依次粘贴有铝箔和Kapton膜，其中，铝箔作为金属电极，Kapton膜作为介电薄膜和摩擦层材料；球壳内壁和空腔正方体内壁依次粘贴有铝箔和PMMA膜，其中，铝箔作为金属电极，PMMA膜作为介电薄膜和摩擦层材料；
六个梯形发电单元中：每个梯形发电单元均由梯形空壳立方体、设置在梯形空壳立方体内部的固定板和活动板组成，且活动板上依次粘贴有铝箔和Kapton膜，其中，铝箔作为金属电极，Kapton膜作为介电薄膜和摩擦层材料；固定板上依次粘贴有铝箔和PMMA膜，其中，铝箔作为金属电极，PMMA膜作为介电薄膜和摩擦层材料；
储能装置，包括整流桥、稳压电容以及储能电池；发电单元、六个梯形发电单元和整流桥串联形成一个发电组，再与储能电池串联，储存电能。
2.根据权利要求1所述的基于纳米发电机的全方位波浪能高效采集装置，其特征在于，所述球壳被等拆分成六个部分，收集来自不同方向的波浪能，每一部分的所述球壳内均开设有一空腔，空腔的顶部与梯形空壳立方体的下底面平行设置，空腔的两侧与梯形空壳立方体的四个腰面平行设置；且球壳采用玻璃胶进行密封。
3.根据权利要求2所述的基于纳米发电机的全方位波浪能高效采集装置，其特征在于，每个所述梯形空壳立方体的下底面均通过第一弹簧固定镶嵌在所述球壳和空腔正方体内壁之间，第一弹簧安装在弹簧槽内，弹簧槽分别固定在每一部分球壳内空腔的顶部和每个梯形空壳立方体的下底面上；当全方位波浪能高效采集装置受到来自不同方向海浪的冲击时，所述梯形空壳立方体顺着第一弹簧的安装方向在球壳内壁和空腔正方体的内壁之间晃动，梯形空壳立方体在球壳内壁和空腔正方体之间发生接触分离。
4.根据权利要求2所述的基于纳米发电机的全方位波浪能高效采集装置，其特征在于，所述空腔正方体的中心位置开设有用于安装所述储能装置的方形腔体且所述空腔正方体的每一面分别开设有用于安装所述梯形空壳立方体的梯形腔体；每个所述梯形空壳立方体的上底面均通过第二弹簧固定镶嵌在所述空腔正方体内，第二弹簧安装在弹簧槽内，弹簧槽分别固定在每个所述梯形空壳立方体的上底面上和方形腔体的每个面上。
5.根据权利要求1所述的基于纳米发电机的全方位波浪能高效采集装置，其特征在于，所述梯形空壳立方体的内部还设置有上滑轨槽和下滑轨槽，所述活动板两端固定连接滑轮，活动板通过滑轮在上滑轨槽和下滑轨槽内活动；当全方位波浪能高效采集装置受到来自不同方向海浪的冲击时，所述梯形空壳立方体顺着第一弹簧的安装方向在球壳内壁和空腔正方体的内壁之间晃动，梯形空壳立方体内的活动板顺着第二弹簧晃动的方向与固定板发生接触分离。
6.根据权利要求1所述的基于纳米发电机的全方位波浪能高效采集装置，其特征在于，所述发电单元中，在梯形空壳立方体的外壁与球壳内壁和空腔正方体内壁的每个组合之间有2个电极层，一共有6组梯形发电单元，所以发电单元一共12个电极层。
7.根据权利要求6所述的基于纳米发电机的全方位波浪能高效采集装置，其特征在于，所述发电单元中，当梯形空壳立方体的外壁与空腔正方体内壁和球壳内壁分别接触过程中，由于接触起电效应，梯形空壳立方体的外壁的Kapton表面带有负电荷，球壳内壁和空腔正方体内壁的PMMA表面的带有正电荷；当加载在纳米发电机表面的力被卸载时，两个带电表面发生分离，两个表面中间会形成一个小的空气间隙，并在两个电极之间形成感应电势差；如果两个电极通过负载连接在一起，电子会通过负载从一个电极流向另一个电极，形成一个反向的电势差来平衡静电场；当两个摩擦层中间的空气间隙闭合时，由摩擦电荷形成的电势差消失，电子会发生回流。
8.根据权利要求1所述的基于纳米发电机的全方位波浪能高效采集装置，其特征在于，所述梯形发电单元中，在梯形空壳立方体的一个方向有9组发电装置，每个组合之间有2个电极层，一共有6个方向，所以梯形发电单元一共108个电极层。
9.根据权利要求8所述的基于纳米发电机的全方位波浪能高效采集装置，其特征在于，所述梯形发电单元中，在活动板上的Kapton膜和固定板上的PMMA膜壁接触过程中，由于接触起电效应，活动板上的Kapton膜表面带有负电荷，固定板上的PMMA膜表面的带有正电荷；当加载在纳米发电机表面的力被卸载时，两个带电表面发生分离，两个表面中间会形成一个小的空气间隙，并在两个电极之间形成感应电势差；如果两个电极通过负载连接在一起，电子会通过负载从一个电极流向另一个电极，形成一个反向的电势差来平衡静电场；当两个摩擦层中间的空气间隙闭合时，由摩擦电荷形成的电势差消失，电子会发生回流。
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