CN219638968U - 一种混合式的波浪能发电装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种混合式的波浪能发电装置，包括壳体框架、移动部件、摩擦纳米发电机、磁铁、线圈和载物平台，所述壳体框架的内部滑动设置有移动部件，所述移动部件与壳体框架左右两边的侧面之间设置有摩擦纳米发电机，所述的磁铁固定设置在移动部件的顶部；所述载物平台设置在壳体框架内部的上方，线圈固定设置在载物平台上；所述线圈位于磁铁的正上方。本实用新型的创新点是把摩擦纳米发电机与电磁发电机结合在一起组成一个灵敏度高的波浪能转换装置，把低频、无序的波浪能转成电能。

Description

一种混合式的波浪能发电装置

技术领域

本实用新型属于发电机技术领域，特别涉及一种混合式的波浪能发电装置。

背景技术

人类世界正面临着环境污染和化石能源短缺等问题，各个国家都在正在极力地发展无污染且可再生的能源。海洋波浪能作为其中一种可再生能源，蕴藏着大量的可持续利用的可再生能源，充分利用可开发可再生的海洋波浪能对于解决未来的能源短缺问题至关重要。目前存在的问题是海洋波浪能低频且无序，难以收集。此外，海洋广阔，安装收集能源的装置困难，需要找到一种合适的收集机械能装置，将机械能有效转化为电能。摩擦纳米发电机(TENG)作为近年来新兴技术之一，其重量轻，且易于制作和安装，最重要的是能够收集低频且无序的能量。因此，TENG被认为是最有潜力的波浪能收集技术之一。所以针对波浪能的特性需要设计一种可集成的、灵敏度高的发电装置，并且与传动的电磁发电机(EMG)相结合实现混合发电。

实用新型内容

本实用新型针对上述现有技术的不足，发明了一种摩擦纳米发电机与电磁发电机相混合的发电装置。

为了实现上述目的，本实用新型采用如下的技术方案：

一种混合式的波浪能发电装置，包括壳体框架、移动部件、摩擦纳米发电机、磁铁、线圈和载物平台，所述壳体框架的内部滑动设置有移动部件，所述移动部件与壳体框架左右两边的侧面之间设置有摩擦纳米发电机，所述的磁铁固定设置在移动部件的顶部；所述载物平台设置在壳体框架内部的上方，线圈固定设置在载物平台上；所述线圈位于磁铁的正上方。

本实用新型的创新点是把摩擦纳米发电机与电磁发电机结合在一起组成一个灵敏度高的波浪能转换装置，把低频、无序的波浪能转成电能。

进一步，所述移动部件为U形体，所述U形体顶部的左右两边都设置有磁铁，每一个磁铁单独配有一个线圈，在装置内增加电磁发电机的数量，进一步利用有限的内部空间。

进一步，还包括竖板，所述竖板悬挂固定在壳体框架顶部且位于U形体的中间，在竖板的左右两侧面与U形体内侧面之间设置有摩擦纳米发电机，这样一个装置就可以设置6个发电单元，分别为2个电磁发电机和4个摩擦纳米发电机。

进一步，还包括轮子和轮槽，所述U形体的通过4个轮子滑动设置在壳体框架内；所述壳体框架上设置有轮槽，所述轮子设置在轮槽内，轮子的滚动灵敏度高，在轻微的晃动下U形体都会移动，在U形体移动的过程中摩擦纳米发电机和电磁发电机都会产生电荷。

进一步，所述摩擦纳米发电机包括连接膜、第一电极和第二电极，所述连接膜呈扇形折叠，在连接膜折叠区域的相对面上分别固定设置有第一电极和第二电极，摩擦纳米发电机的原理是通过第一电极和第二电极的静电感应和摩擦产生电荷，在一个摩擦纳米发电机内会设置有多个发电单元(同一组第一电极和第二电极构成一个发电单元)，即本设计方案的摩擦纳米发电机为多层机构摩擦纳米发电机。

进一步，所述第一电极从内到外由基底层和导电层组成，所述第二电极从内到外由基底层、导电层和摩擦层组成，通过第一电极上的导电层和第二电极上的摩擦层相互接触摩擦产生电荷，产生的电荷会经过两个电极上的导电层转移储存。

进一步，所述基底层为透明亚克力板或纤维纸，亚克力板主要使用在摩擦纳米发电机处于最外侧的电极上，起到一个硬支撑的作用，可以保证电极在运动过程中均匀受力，纤维纸主要使用在处于内部的电极上，起到软接触作用和稳定输出性能；所述导电层为铜箔，铜箔相对便宜，导电性能和产生电荷性能也很好；所述摩擦层为PTFE，PTFE摩擦产生电荷性能好。

进一步，所述导电层和摩擦层的厚度为50～80微米，优选的导电层的厚度为50微米，摩擦层的厚度为80微米。

本实用新型的优点在于：1.本装置灵敏高、易于响应，其结构设计上利用了四个轮子在轮槽上的运动带动摩擦纳米发电机和电磁发电机运动产生电能，使发电机极易适应于海上水波的运动情况；轮子在滑轨上运动流畅且具有一定的加速度，在轻微的运动下，便可以使得发电机工作，十分符合海洋中水波的运动情况，可极大地、高效地收集到低频、无序的波浪能；2.整体结构上结构小且空间利用率高，本装置集成了4个单元的多层结构摩擦纳米发电机和两个单元的电磁发电机，实现了高空间利用率，可以利用小单元实现集成化、规模化，同时在整体上提高输出性能。

附图说明

图1是本实用新型一种混合式的波浪能发电装置的立体图；

图2是本实用新型一种混合式的波浪能发电装置的前视图；

图3是本实用新型一种混合式的波浪能发电装置中摩擦纳米发电机的立体图。

具体实施方式

以下结合附图对本实用新型进行详细说明：

在本实用新型的描述中，需要说明的是，“左”、“右”“顶”、“底”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该实用新型产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以及特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。

实施例一

如图1-3所示，一种混合式的波浪能发电装置，包括壳体框架1、移动部件2、摩擦纳米发电机3、磁铁4、线圈5和载物平台6，所述壳体框架1的内部滑动设置有移动部件2，在晃动的情况下移动部件2能够做直线往复运动；移动部件2为竖直放置的移动平板，移动平板的左右侧面与壳体框架1的左右侧面平行，其纵向的宽度一样。在移动部件2与壳体框架1左右两边的侧面之间设置有摩擦纳米发电机3即移动部件2的左右侧面与壳体框架1左右侧面之间都设置有摩擦纳米发电机3。摩擦纳米发电机3包括连接膜31、第一电极32和第二电极33，所述连接膜31呈扇形折叠，在连接膜31折叠区域的相对面上分别固定设置有第一电极32和第二电极33；在安装时左边的摩擦纳米发电机3的连接膜31的左侧面固定贴在壳体框架1内部的左侧面上，连接膜31的右侧面固定贴在移动部件2的左侧面上，反之右边的摩擦纳米发电机3安装方式也一样，这样在移动部件2运动过程中摩擦纳米发电机3内的电极就会接触摩擦产生电荷。所述第一电极32从内到外由基底层和导电层组成，所述第二电极33从内到外由基底层、导电层和摩擦层组成；基底层为透明亚克力板或纤维纸，位于最外侧的电极的基底层使用亚克力板，其余的电极使用纤维纸。所述导电层为50微米厚的铜箔；所述摩擦层为80微米厚的单面带胶的PTFE。

在移动部件2的顶部设置有磁铁4；所述载物平台6设置在壳体框架1内部的上方，线圈5固定设置在载物平台6上，线圈5位于磁铁4的正上方，磁铁4和线圈5构成电磁发电机。这样在装置的内部就集成了摩擦纳米发电机和电磁发电机，两者都是在移动部件2的移动下才能发电的，而移动部件2的移动是依靠波浪能即通过本装置可以把波浪能转换成电能。

实施方式二

如图1-3所示，一种混合式的波浪能发电装置，包括壳体框架1、移动部件2、摩擦纳米发电机3、磁铁4、线圈5、载物平台6、竖板7、轮子8和轮槽9，所述壳体框架1的内部滑动设置有移动部件2，在晃动的情况下移动部件2能够做直线往复运动；移动部件2为U形体，U形体与壳体框架1的竖直侧面(左右侧面)平行设置；U形体5底部的左右两边的重量不一样，即在其中一边设置有配重，保证在其倾斜出现运动时移动更容易；所述U形体的底部设置有4个轮子8，U形体的通过4个轮子8滑动设置在壳体框架1内；在壳体框架1上设置有轮槽9，轮子8设置在轮槽9内；轮槽9具有一定的深度，在轮子8与轮槽9的配合下U形体只能沿着轮槽9直线往复运动，不会倾倒也不会偏离。

所述竖板7悬挂固定安装在壳体框架1的顶部，竖板7位于U形体的中间位置，其纵向宽度与U形体的宽度一样。在U形体的外侧面与壳体框架1左右两边的侧面之间、U形体的内侧面与竖板7左右两边的侧面之间都设置有摩擦纳米发电机3。

在U形体的顶部的左右两边都设置有磁铁4；所述载物平台6设置在壳体框架1内部的上方，载物平台6由两块水平板构成，其中一块水平板固定在壳体框架上，另一块水平板固定在竖板7上。线圈5固定设置在载物平台6上，线圈5位于磁铁4的正上方，每一个磁铁4单独配有一个线圈5，磁铁4和线圈5构成电磁发电机。这样在装置的内部就集成了4个摩擦纳米发电机和2个电磁发电机，有效的利用了内部的空间。

所述摩擦纳米发电机3包括连接膜31、第一电极32和第二电极33，所述连接膜31呈扇形折叠，在连接膜31折叠区域的相对面上分别固定设置有第一电极32和第二电极33。所述第一电极32从内到外由基底层和导电层组成，所述第二电极33从内到外由基底层、导电层和摩擦层组成；基底层为透明亚克力板或纤维纸，位于最外侧的电极的基底层使用亚克力板，其余的电极使用纤维纸。所述导电层为50微米厚的铜箔；所述摩擦层为80微米厚的单面带胶的PTFE。同一个电极的基底层和导电层或基底层、导电层和摩擦层相互粘贴在一起。

工作原理：本实用新型的发电装置主要安装在船上或者海洋上的漂浮平台上，当发电装置处于海洋后在波浪的晃动下移动部件2会做直线往复运动，在运动过程中促使多层结构摩擦纳米发电机通过静电感应和摩擦起电效应产生电能。与此同时，电磁发电机根据电磁感应原理产生相应的电能。其主要过程是：当移动部件2往一个方向运动时，会使得其中的两个单元多层结构摩擦纳米发电机从接触状态转为分离状态，另外两个单元的多层结构摩擦纳米发电机从分离状态转为接触状态。从接触状态转为分离状态过程中，最初两个电极静止并保持接触，根据摩擦起电效应，所采用的两种材料在接触部分会发生电荷转移，PTFE膜表面带负电，铜箔表面带正电。当两个电极随着移动部件2运动逐渐分离时，两个电极之间产生了相对电势差，为了维持电势平衡，第二电极33上的电子自发的从外电路转移到第一电极32上，从而形成了电流；从分离状态转为接触状态过程中，两个电极相互靠近，此时将会产生与之前相反的电势差，为了使电势差平衡，第一电极32上的电子将会从外电路上转移到第二电极33上，产生一个反向电流。同时，在移动部件2上装有磁铁4，磁铁4会产生一个恒定磁场，在移动部件2运动的过程中线圈5的磁通量发生了改变，则会产生相应的感应电流。因此，在波浪能的带动下移动部件2做往复运动促使发电装置上的发电单元产生电能。将两种发电机产生的交流电分别接入整流桥之后变为直流电，并用电容将这部分电能储存起来给设备供电。在海洋上，混合发电机装置会随着波浪运动而不断晃动，从而持续的产生电能。

尽管上文对本实用新型的具体实施方案进行了详细的描述和说明，但应该指明的是，我们可以对上述实施方案进行各种改变和修改，但这些都不脱离本实用新型的精神和所附的权利要求所记载的范围。

Claims (7)

1.一种混合式的波浪能发电装置，其特征在于，包括壳体框架(1)、移动部件(2)、摩擦纳米发电机(3)、磁铁(4)、线圈(5)和载物平台(6)，所述壳体框架(1)的内部滑动设置有移动部件(2)，所述移动部件(2)与壳体框架(1)左右两边的侧面之间设置有摩擦纳米发电机(3)，所述的磁铁(4)固定设置在移动部件(2)的顶部；所述载物平台(6)设置在壳体框架(1)内部的上方，线圈(5)固定设置在载物平台(6)上；所述线圈(5)位于磁铁(4)的正上方；

所述摩擦纳米发电机(3)包括连接膜(31)、第一电极(32)和第二电极(33)，所述连接膜(31)呈扇形折叠，在连接膜(31)折叠区域的相对面上分别固定设置有第一电极(32)和第二电极(33)。

2.根据权利要求1所述的一种混合式的波浪能发电装置，其特征在于，所述移动部件(2)为U形体，所述U形体顶部的左右两边都设置有磁铁(4)，每一个磁铁(4)单独配有一个线圈(5)。

3.根据权利要求2所述的一种混合式的波浪能发电装置，其特征在于，还包括竖板(7)，所述竖板(7)悬挂固定在壳体框架(1)顶部且位于U形体的中间，在竖板(7)的左右两侧面与U形体的内侧面之间设置有摩擦纳米发电机(3)。

4.根据权利要求3所述的一种混合式的波浪能发电装置，其特征在于，还包括轮子(8)和轮槽(9)，所述U形体的通过4个轮子(8)滑动设置在壳体框架(1)内；所述壳体框架(1)上设置有轮槽(9)，所述轮子(8)设置在轮槽(9)内。

5.根据权利要求4所述的一种混合式的波浪能发电装置，其特征在于，所述第一电极(32)从内到外由基底层和导电层组成，所述第二电极(33)从内到外由基底层、导电层和摩擦层组成。

6.根据权利要求5所述的一种混合式的波浪能发电装置，其特征在于，所述基底层为透明亚克力板或纤维纸；所述导电层为铜箔；所述摩擦层为PTFE。

7.根据权利要求6所述的一种混合式的波浪能发电装置，其特征在于，所述导电层和摩擦层的厚度为50～80微米。