【技術實現步驟摘要】
本專利技術涉及波浪能利用領域，具體而言，尤其涉及一種電磁發電和摩擦納米發電的復合波浪能轉換裝置。
技術介紹
1、隨著世界經濟的快速發展，對于能源的需求量逐漸加大，由于傳統化石能源的不可再生性，以及產生的環境污染問題，導致亟需可靠的可再生能源。世界海洋面積遠超陸地面積，全球海洋的波浪能達700億千瓦，可供開發利用的為20億至30億千瓦。所以波浪能作為一種新型、清潔、可持續發展的能源具有重要的開發價值。波浪能形成于風浪，來源于太陽，受晝夜變化等影響較小，可以作為分布廣泛的海洋裝備的重要能量來源。
2、波浪能利用的主要方式是波浪能發電，因此波浪能轉換裝置一直是發展的重點。目前波浪能轉換的主要方式有電磁感應發電、摩擦納米發電等。但是目前的波浪能轉換裝置有自身的局限性。受限于波浪能的低頻性、隨機性，而且發電裝置對防腐性和魯棒性要求較高。
3、因此，通過多種發電方式復合會有更高的發電適應性，以滿足持續供電的需求。
技術實現思路
1、根據上述提出現有波浪能轉換裝置自身局限性的技術問題，而提供一種電磁發電和摩擦納米發電的復合波浪能轉換裝置。本專利技術主要摩擦納米發電與電磁發電互相配合的形式進行波浪能收集，兩種發電方式互相配合，可以有效拓展可用波浪范圍、提高轉換效率、降低啟動條件，從而適應隨機性強、時變性強的實際海況。
2、本專利技術采用的技術手段如下：
3、一種電磁發電和摩擦納米發電的復合波浪能轉換裝置，包括集成發電單元，所述集成發電單元由多個發電單
4、所述方形外殼內部設置有磁鐵動子，所述磁鐵動子與方形外殼內部的金屬電極組成摩擦納米發電部分；
5、所述方形外殼外壁纏繞多層線圈，所述磁鐵動子與線圈組成電磁發電部分。
6、進一步地，所述磁鐵動子包括磁鐵與介電材料薄膜，所述磁鐵設置在方形外殼內部，所述磁鐵的外部包裹介電材料薄膜。
7、進一步地，所述方形外殼的首尾分別留有線圈兩端連接接口，用于連接外部用電設備。
8、進一步地，所述方形外殼的上下分別設置有滑道，限位鐵柱滑動連接在所述滑道內，所述磁鐵設置在所述限位鐵柱上用于限制磁鐵運動方向。
9、進一步地，所述金屬電極上通過叉指電極貼附有金屬導線，金屬導線與外界蓄能電容器和用電設備串聯，形成閉合回路；所述叉指電極由金屬薄膜材料制作而成。
10、進一步地，所述方形外殼的側面設置有封口片，所述方形外殼與封口片均由絕緣的pla材料制成。
11、進一步地，所述介電材料薄膜使用ptfe或fep或kapton材料制成；所述的磁鐵采用徑向充磁方式，磁鐵的n極和s極分別在磁鐵組成的圓柱體的側面上。
12、進一步地，所述線圈是由線徑為3.5mm銅線材料纏繞形成，并使用丙烯酸噴霧進行防潮和防鹽處理。
13、本專利技術的發電原理如下：
14、本專利技術的摩擦納米發電部分利用不同材料的電負性差異，在海浪激勵下圓柱形磁鐵在方形外殼內滾動，使介電材料薄膜與叉指電極之間發生接觸起電和靜電感應作用，通過金屬導線與外界電路形成閉合回路后產生交變電流；若裝置未受到海浪影響不發生晃動，則介電材料薄膜與叉指電極之間不會產生相對位移，無交變電流產生；若在海浪激勵下推動裝置向右晃動后，運動將會傳遞至圓柱形磁鐵，介電材料薄膜相對方形外殼向右滾動，在材料電負性差異影響下介電材料薄膜外表帶負電，叉指電極外表帶正電，叉指電極兩端金屬電極產生電勢差，在外界電路閉合后，會在回路中產生電流，通過電路管理后為蓄能電容器充電并對用電設備供電，當帶電介電材料薄膜通過金屬電極撞擊右側方形外殼的外殼擋板后，在慣性力與回復力以及海浪的反向激勵的作用下反向移動，圓柱形磁鐵與叉指電極摩擦，兩端金屬電極電勢發生逆轉，外界電路產生反向電流，直至圓柱體到達最左端管道封口片；以此往復，在外界波浪的不斷激勵下，圓柱體往返運動，最終形成穩定的交變電流。
15、本專利技術的電磁發電部分利用電磁感應原理，在海浪作用下圓柱形磁鐵產生滾動，磁鐵磁感線運動切割方形外殼外壁線圈，產生交變電流；當外界海浪激勵推動裝置向右運動后，帶動圓柱形磁鐵向右滾動，若磁鐵在運動中始終保持上端n極下端s極狀態，未發生翻轉，則由右手定則可知，從左端觀察線圈中將產生逆時針電流，通過外部電路管理再與蓄能電容器和用電設備連接，實現供電，當磁鐵運動至方形外殼最右端后，與外殼擋板發生碰撞，在慣性力與回復力以及海浪的反向激勵的作用下向左移動，磁鐵磁感線再次切割線圈，產生感應電流，由右手定則可知，確定磁鐵運動方向，磁場磁感線方向，可得電流方向，從左端觀察線圈中將產生順時針電流，再次通過外部電路管理為蓄能電容器和用電設備供電；在海浪與外界其他因素的共同影響下，磁鐵不斷往復運動，在外電路中形成交變電流，再通過電路管理與摩擦納米發電部分耦合后，共同為蓄能電容器和用電設備等設備供電。
16、本專利技術基于電磁感應和摩擦納米的復合轉換裝置，根據用電設備需求自由變化輸出特點，可通過多設備串聯改變輸出電壓大小，也可通過多設備并聯改變輸出電流大小，各個裝置間使用熱熔膠固定，通過將波浪能轉化為電能為浮標等海上用電設備供電，提升浮標續航能力，最終實現海上設備的長續航自供能運行目標。
17、較現有技術相比，本專利技術具有以下優點：
18、1、本專利技術利用摩擦納米發電與電磁發電的形式進行波浪能收集，兩種發電方式互相配合，可以有效拓展可用波浪范圍、提高轉換效果、降低啟動條件，從而適應隨機性強、時變性強的實際海況。
19、2、本專利技術主要利用的是圓柱形磁鐵的滾動，將波浪能轉換為機械能，進而通過電磁發電和摩擦納米發電將機械能轉換為電能。由于兩種發電方式的動子為圓柱形磁鐵，所以整個裝置的體積較小，相同體積下可以集成更多的發電單元，也可以調整發電單元陣列的方式和數量以滿足不同的海況和工作需求。裝置可以搭載不同的傳感器，為傳感器供能使其收集海洋信息。
20、3、本專利技術利用圓柱形磁鐵的滾動收集波浪能，并轉換為動子的機械能。圓柱形磁鐵將海浪的起伏運動轉換為磁鐵翻轉運動，由于圓柱形磁鐵與外殼內壁又很小的摩擦，所以很小的擾動就可以實現磁鐵的滾動，裝置的啟動頻率可以很低。
21、4、本專利技術將電磁發電的磁鐵和摩擦納米發電的介電材料集成在圓柱形磁鐵上，圓柱形磁鐵受到海浪作用下發生滾動運動，運動過程中切割磁感線進行電磁發電，同時運動過程中磁鐵表面包覆的介電材料薄膜與外殼內壁上的電極發生摩擦進行摩擦納米發電。兩種發電方式適合的波浪頻率不同，進行復合發電可以拓寬收集的波浪頻率，提高輸出功率。
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1.一種電磁發電和摩擦納米發電的復合波浪能轉換裝置，其特征在于，包括集成發電單元(8)，所述集成發電單元(8)由多個發電單元串聯或并聯或串并聯結合組成，所述發電單元包括方形外殼(2)、摩擦納米發電部分，以及電磁發電部分，金屬電極(3)緊貼于方形外殼(2)內壁設置；
2.根據權利要求1所述的電磁發電和摩擦納米發電的復合波浪能轉換裝置，其特征在于，所述磁鐵動子包括磁鐵(7)與介電材料薄膜(4)，所述磁鐵(7)設置在方形外殼(2)內部，所述磁鐵(7)的外部包裹介電材料薄膜(4)。
3.根據權利要求1所述的電磁發電和摩擦納米發電的復合波浪能轉換裝置，其特征在于，所述方形外殼(2)的首尾分別留有線圈(5)兩端連接接口，用于連接外部用電設備(10)。
4.根據權利要求2所述的電磁發電和摩擦納米發電的復合波浪能轉換裝置，其特征在于，所述方形外殼(2)的上下分別設置有滑道，限位鐵柱(6)滑動連接在所述滑道內，所述磁鐵(7)設置在所述限位鐵柱(6)上用于限制磁鐵(7)運動方向。
5.根據權利要求1所述的電磁發電和摩擦納米發電的復合波浪能轉換裝置，其特
6.根據權利要求1所述的電磁發電和摩擦納米發電的復合波浪能轉換裝置，其特征在于，所述方形外殼(2)的側面設置有封口片(1)，所述方形外殼(2)與封口片(1)均由絕緣的PLA材料制成。
7.根據權利要求2所述的電磁發電和摩擦納米發電的復合波浪能轉換裝置，其特征在于，所述介電材料薄膜(4)使用PTFE或FEP或Kapton材料制成；所述的磁鐵(7)采用徑向充磁方式，磁鐵(7)的N極和S極分別在磁鐵(7)組成的圓柱體的側面上。
8.根據權利要求1所述的電磁發電和摩擦納米發電的復合波浪能轉換裝置，其特征在于，所述線圈(5)是由線徑為3.5mm銅線材料纏繞形成，并使用丙烯酸噴霧進行防潮和防鹽處理。
...【技術特征摘要】
1.一種電磁發電和摩擦納米發電的復合波浪能轉換裝置，其特征在于，包括集成發電單元(8)，所述集成發電單元(8)由多個發電單元串聯或并聯或串并聯結合組成，所述發電單元包括方形外殼(2)、摩擦納米發電部分，以及電磁發電部分，金屬電極(3)緊貼于方形外殼(2)內壁設置；
2.根據權利要求1所述的電磁發電和摩擦納米發電的復合波浪能轉換裝置，其特征在于，所述磁鐵動子包括磁鐵(7)與介電材料薄膜(4)，所述磁鐵(7)設置在方形外殼(2)內部，所述磁鐵(7)的外部包裹介電材料薄膜(4)。
3.根據權利要求1所述的電磁發電和摩擦納米發電的復合波浪能轉換裝置，其特征在于，所述方形外殼(2)的首尾分別留有線圈(5)兩端連接接口，用于連接外部用電設備(10)。
4.根據權利要求2所述的電磁發電和摩擦納米發電的復合波浪能轉換裝置，其特征在于，所述方形外殼(2)的上下分別設置有滑道，限位鐵柱(6)滑動連接在所述滑道內，所述磁鐵(7)設置在所述限位鐵柱(6)上用于限制磁鐵(...
【專利技術屬性】
技術研發人員：王昊，范明禮，戴澍，朱傳慶，席子岳，劉暢，崔云杰，吳波，
申請(專利權)人：大連海事大學，
類型：發明
國別省市：
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