一种用于收集低频蓝色能源的智能浮标发电机网络

1.本实用新型涉及能源技术领域，尤其涉及一种用于收集低频蓝色能源的智能浮标发电机网络。


背景技术：

2.随着不可再生化石燃料消耗的增加，能源危机已成为当前世界最严峻的挑战之一，寻找可替代再生能源至关重要。海洋能被誉为风能、太阳能等绿色能源之后的“蓝色能源”，与传统“绿色能源”相比，蓝色海洋能源覆盖了地球表面的70％以上，蕴含着巨大的能量，对于季节、昼夜和天气的依赖性小，理论上也不会造成环境污染，是理想的可持续清洁能源。目前，海洋能的采集主要基于电磁感应原理，但是由于作为发电关键器件的磁铁和线圈过于笨重，成本和维护费用高，而且，电磁发电机并不适用于收集海洋波浪的低频不规则运动，这些原因造成了电磁发电机并未能大规模应用于收集海洋波浪能。因此，有必要开发一种轻量化、低成本、高效能的收集海洋波浪能的新技术。


技术实现要素：

3.为了解决传统的电磁发电机的磁铁和线圈过于笨重，成本和维护费用高，不适用于收集海洋波浪的低频不规则运动的技术问题，本实用新型提供了一种基于杠杆原理、摩擦起电效应和静电感应耦合的新型智能浮标发电机网络，该发电机网络结构简单，易于制作，具有轻量化、低成本、高效能的优点。
4.为了实现上述目的，本实用新型提供了一种用于收集低频蓝色能源的智能浮标发电机网络，所述智能浮标发电机网络包括：亚克力防水舱、杠杆机构、浮球、不锈钢底舱、堆叠结构的摩擦纳米发电机、半球状弹片、电路舱和弹性防水封堵；
5.所述亚克力防水舱为圆柱体结构，侧面开4个圆周分部的孔，所述杠杆机构嵌入孔中，用所述弹性防水封堵密封，四个所述浮球处于所述杠杆机构末端、呈圆周对称分布在所述亚克力放水舱周围，所述杠杆机构另一端安装所述半球状弹片，所述半球状弹片处于上下两个所述堆叠结构的摩擦纳米发电机中间；两个所述堆叠结构的摩擦纳米发电机分别与所述亚克力防水舱顶部和底部通过粘合剂相连；所述堆叠结构的摩擦纳米发电机包括：亚克力板、摩擦层和电极层，所述不锈钢底舱为圆柱体结构，位于所述亚克力防水舱的正下方，所述电路舱位于所述不锈钢底舱内部。
6.优选地，所述堆叠结构的摩擦纳米发电机由开普顿膜和尼龙膜作为摩擦层，单侧表面镀铜膜作为电极层，以所述亚克力作为基板，基板的上下两侧通过粘合剂与电极层相连，所述堆叠结构的摩擦纳米发电机从上向下依次为亚克力板-铜膜-尼龙膜、开普顿膜-铜膜-亚克力板-铜膜-尼龙膜、开普顿膜-铜膜-亚克力板。
7.优选地，所述堆叠结构的摩擦纳米发电机的三层所述亚克力板通过弹簧相连。
8.优选地，所述亚克力板由4块相同的扇形呈圆周分布组成，所述摩擦层和电极层与所述亚克力板形状相同，面积比亚克力板小，所述摩擦层和电极层边缘与所述弹簧不相交。
9.优选地，所述半球状弹片的投影位置与所述摩擦层和电极层重心重合。
10.优选地，所述智能浮标发电机网络还包括导线，所述导线一端连接所述摩擦层和电极层中的铜膜，另一端接入所述电路舱。
11.优选地，所述摩擦层和电极层中的开普顿膜表面刻蚀一层纳米线结构来增加接触面积。
12.优选地，所述电路舱由不锈钢刷涂料构成，里面存放电路板。
13.本实用新型提供的技术方案带来的有益效果是：
14.1、本实用新型基于杠杆原理、摩擦起电效应和静电感应耦合的新型智能浮标发电机网络，包含多个浮球和杠杆，可以从各个方向获取能量，充分利用海浪能量。
15.2、基于摩擦纳米发电机特性，有良好的低频特性，与海洋波低频且无规则运动特性相适应，在不同波浪频率和幅值下，提供稳定输出。
16.3、采用堆叠结构制作，通过这种结构来实现同等面积上的输出功率的多重叠加，大大提高了能量转化率，提高了智能浮标发电机的输出性能。
17.4、可以串联多个发电机阵列构成发电机网络，成倍增加输出，在未来实现大规模应用显示出巨大潜力。
附图说明
18.图1为本实用新型用于收集低频蓝色能源智能浮标发电机的三维示意图；
19.图2为本实用新型用于收集低频蓝色能源智能浮标发电机的主视图的剖面图和部分放大图；
20.图3为本实用新型用于收集低频蓝色能源智能浮标发电机的俯视图；
21.上述附图中，1-亚克力防水舱，2-杠杆机构，3-浮球，4-不锈钢底舱，5-堆叠结构的摩擦纳米发电机，6-半球状弹片，7-电路舱，8-亚克力板，9-摩擦层和电极层，10-弹性防水封堵，11-弹簧。
具体实施方式
22.为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本实用新型实施方式作进一步地描述。
23.参考图1、图2、图3，本实施例中，一种用于收集低频蓝色能源的智能浮标发电机网络，包括：亚克力防水舱1、杠杆机构2、浮球3、不锈钢底舱4、堆叠结构的摩擦纳米发电机5、半球状弹片6和电路舱7；
24.所述亚克力防水舱1为圆柱体结构，侧面开4个圆周分部的孔，所述杠杆机构2嵌入孔中，用所述弹性防水封堵10密封，四个所述浮球3处于所述杠杆机构2末端、呈圆周对称分布在所述亚克力放水舱1周围，所述杠杆机构2另一端安装所述半球状弹片6，所述半球状弹片6处于上下两个所述堆叠结构的摩擦纳米发电机5中间；两个所述堆叠结构的摩擦纳米发电机5分别与所述亚克力防水舱1顶部和底部通过粘合剂相连；所述不锈钢底舱4为圆柱体结构，位于所述亚克力防水舱1的正下方，所述电路舱7位于所述不锈钢底舱4内部。
25.参考图2和图3，所述堆叠结构的摩擦纳米发电机5包括：亚克力板8、摩擦层和电极层9；
26.所述堆叠结构的摩擦纳米发电机5由开普顿膜和尼龙膜作为摩擦层，单侧表面镀铜膜作为电极层，以所述亚克力8作为基板，基板的上下两侧通过粘合剂与电极层相连，所述堆叠结构的摩擦纳米发电机5从上向下依次为从上向下依次为亚克力板-铜膜-尼龙膜、开普顿(kapton)膜-铜膜-亚克力板-铜膜-尼龙、开普顿(kapton)膜-铜膜-亚克力板。
27.参考图3，在本实施例中，所述堆叠结构的摩擦纳米发电机5的三层所述亚克力板8通过弹簧11相连。
28.所述亚克力板8由4块相同的扇形组成，呈圆周分布，所述摩擦层和电极层9与所述亚克力板8形状相同，面积比亚克力板8小，所述摩擦层和电极层9边缘与所述弹簧11不相交。
29.在本实施例中，所述半球状弹片6的投影位置与所述摩擦层和电极层9重心重合。
30.在本实施例中，所述智能浮标发电机网络还包括导线，所述导线一端连接所述摩擦层和电极层9中的铜膜，另一端接入所述电路舱7。
31.在本实施例中，所述摩擦层和电极层9中的开普顿膜表面刻蚀一层纳米线结构来增加接触面积。
32.在本实施例中，所述电路舱7由不锈钢刷涂料构成，里面存放电路板。
33.本实用新型一种用于收集低频蓝色能源的智能浮标发电机网络，具体工作原理为：
34.该智能浮标发电机网络的工作机制可归因于接触器点和静电感应的耦合。由于装置较轻，当波浪相继通过浮球3、亚克力防水舱1和电路舱7构成的浮标本体时，会使浮球3与浮标本体之间产生高度差，带动杠杆机构2末端的半球状弹片6敲击堆叠结构的摩擦纳米发电机5，从而实现水波能-机械能-电能的转换。以1/4圆周的堆叠结构的摩擦纳米发电机5为例，参考图2，铜膜作为上下电极层，尼龙膜和开普顿(kapton)膜作为摩擦层。当杠杆2带动半球状弹片6上下敲击堆叠结构的摩擦纳米发电机5时，半球状弹片6的上下摆动使得尼龙膜和开普顿(kapton)膜处于“接触-分离-再接触”状态。当处于接触状态时，由于尼龙和开普顿(kapton)两种材料对电子的亲和性不同，两种材料的接触部分会发生电荷转移，使得尼龙表面带正电荷，开普顿(kapton)表面带等量负电荷，由于高分子良好的绝缘性能，导致两种材料表面的电荷可以保持很长时间。当两接触面由于弹簧作用开始分离时，上下铜电极间形成电势差，驱动电子从下电极流向上电极，即产生一个瞬时电流，然后达到静电平衡状态。当弹片再次压下，使得摩擦层尼龙和开普顿(kapton)之间距离减小时，两层铜电极之间的电势差驱使电子从上电极流向下电极，产生一个瞬时逆向电流，然后达到静电平衡状态。
35.产生的交流电通过导线电缆进入电流舱7中整流，然后供给电容或电池，为负载持续供电。
36.把与亚克力防水舱1相连的亚克力基板8，摩擦层和电极层9看做一层浮动板的话，本实用新型的堆叠结构的摩擦纳米发电机5采用了两层浮动板，理论上增加浮动板个数能有效提升能量转化率，大大提高输出特性。在实际运用中，可根据使用环境和条件来调节浮动板个数。在海洋环境下，可以串联多个智能浮标发电机来构成用于收集低频蓝色能源高性能智能浮标发电机网络，在未来实现大规模应用显示出巨大潜力。
37.本实用新型实施后的有益效果是：该发电机网路结构简单，易于制作，具有轻量
化、低成本、高效能的优点，而且使用不受季节、昼夜和天气影响，理论上也不会造成环境污染，能够持续的将海洋波浪能转化为电能，可以通过串联多个发电机阵列来构成发电机网络，在未来实现大规模应用显示出巨大潜力。
38.在本文中，所涉及的前、后、上、下等方位词是以附图中零部件位于图中以及零部件相互之间的位置来定义的，只是为了表达技术方案的清楚及方便。应当理解，所述方位词的使用不应限制本技术请求保护的范围。
39.在不冲突的情况下，本文中上述实施例及实施例中的特征可以相互结合。
40.以上所述仅为本实用新型的较佳实施例，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。