一种柔性海洋能采集装置的制作方法

本实用新型涉及海工装备智能发电领域，尤其涉及一种用于海工机器人和海洋智能传感网络的柔性海洋能采集装置。

背景技术：

为了获取海洋的各项环境参数，人们通常采用海洋智能传感网络、海工机器人等智能检测装置来对海洋环境进行自动监测，为人们认识海洋、开发海洋提供了大量有用的信息。但目前海洋智能传感网络以及海工机器人的能源都是采用外加电源供电，例如蓄电池供电以及其他形式的外加电源供电等。由于能源受到限制，所以海洋智能传感网络、海工机器人的工作稳定性以及续航能力受到很大的影响。

技术实现要素：

鉴于已有技术存在的缺陷，本实用新型的目的是要提供一种自身具有发电能力的柔性海洋能采集装置。

为了实现上述目的，本实用新型的技术方案是：

一种柔性海洋能采集装置，包括柔性发电模块、电路管理模块、电能储存模块和柔性硅胶鱼尾结构；所述的柔性发电模块封装在柔性硅胶鱼尾结构内部；所述的电路管理模块和电能储存模块安装在柔性硅胶鱼尾结构外部；

所述柔性发电模块由多层摩擦纳米发电单元叠加组成；所述的摩擦纳米发电单元由两层摩擦纳米发电机对称叠加组成；所述的摩擦纳米发电机包括上层电极、上压电层、上摩擦层、中间电极、下摩擦层、下压电层、下层电极和铜导线；所述的上层电极、上摩擦层、上压电层、中间电极、下摩擦层、下压电层和下层电极依次顺序叠加在一起；所述的摩擦纳米发电机为上下对称结构；所述的上层电极通过铜导线经电路管理模块、电能储存模块与中间电极连接，所述的下层电极通过铜导线经电路管理模块、电能储存模块与中间电极连接；

所述的摩柔性发电模块的平面形状为鱼尾形状或长带形状。

进一步地，所述的上压电层和下压电层中的压电材料为钛酸钡BT或锆钛酸铅PZT。

进一步地，所述的上层电极和下层电极为平面柔性电极，中间电极为波浪面柔性电极。

进一步地，所述的电能储存模块给用电设备供电，所述用电设备包括海工机器人及海洋智能传感网络。

进一步地，所述的多层摩擦纳米发电单元并联连接。

进一步地，所述的电路管理模块包括整流器、开关、变压器和二极管；所述整流器的两个输入端与柔性发电模块并联，所述整流器的两个输出端与变压器的两个输入端并联；所述变压器的一个输出端经过二极管与电能储存模块相连，所述变压器的另一个输出端直接与电能储存模块相连；所述的开关设置在整流器与变压器之间；

所述的电能储存模块包括电容器C1、电容器C2、电阻R1、电阻R2、电阻R3、电感RL、二极管、结型场效应管和蓄电池；所述的电阻R1和电阻R2串联后与电容器C1并联；所述的结型场效应管的两个输出端分别与电容器C1的一端和电阻R1的一端连接，所述的结型场效应管的输入端连接在电阻R1和电阻R2之间；所述的二极管、电阻R3和蓄电池串联后分别与电容器C2和电感RL并联；所述的电感RL的一端同时连接电阻R1和结型场效应管，电感RL的另一端同时连接电阻R2以及电容器C1；

所述电能储存模块的输入端与电路管理模块的输出端相连。

进一步地，所述的摩擦纳米发电机的平面形状为长带形状时，整个装置包括多个并联的柔性发电模块。

进一步地，所述的上层电极、中间电极和下层电极的材料为金属导电材料，包括铜、铝或金。

进一步地，所述的上摩擦层和下摩擦层的材料为聚四氟乙烯或聚二甲基硅氧烷。

与现有技术相比，本实用新型具有以下有益效果：

本实用新型通过将多层摩擦纳米发电单元做成鱼尾结构或者带状结构，并封装于柔性硅胶内部，多层摩擦纳米发电单元可以实现海洋能量的采集以及海工机器人机械能采集并发电，是一种高转化率的电能采集方式，输出电能可以实现海洋智能传感网络的供电以及海工机器人供电，为海洋中的海洋智能传感网络以及海工机器人的长期持续工作提供了关键的能源解决方案。

附图说明

图1为本实用新型的柔性发电模块结构示意图。

图2为本实用新型的柔性发电模块工作原理示意图。

图3为本实用新型的柔性发电模块弯曲发电示意图。

图4为本实用新型的柔性发电模块为柔性鱼尾形状时的外观示意图。

图5为本实用新型的柔性发电模块为柔性长带形状时的外观示意图。

图6为本实用新型的发电原理图。

图7为本实用新型的管理电路及储存电路示意图。

图中：1、上层电极，2、上压电层，3、上摩擦层，4、中间电极，5、电路管理模块，6、电能储存模块。

具体实施方式

为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

如图1所示，一种柔性海洋能采集装置，包括柔性发电模块、电路管理模块5、电能储存模块6和柔性硅胶鱼尾结构；所述的柔性发电模块封装在柔性硅胶鱼尾结构内部；所述的电路管理模块5和电能储存模块6安装在柔性硅胶鱼尾结构外部；

所述柔性发电模块由多层摩擦纳米发电单元叠加组成；所述的摩擦纳米发电单元由两层摩擦纳米发电机对称叠加组成；所述的摩擦纳米发电机包括上层电极1、上压电层2、上摩擦层3、中间电极4、下摩擦层、下压电层、下层电极和铜导线；所述的上层电极1、上摩擦层3、上压电层2、中间电极4、下摩擦层、下压电层和下层电极依次顺序叠加在一起；所述的摩擦纳米发电机为上下对称结构；所述的上层电极1通过铜导线经电路管理模块5、电能储存模块6与中间电极4连接，所述的下层电极通过铜导线经电路管理模块5、电能储存模块6与中间电极4连接；

所述的柔性发电模块的平面形状为鱼尾形状或长带形状。

进一步地，所述的上压电层2和下压电层中的压电材料为钛酸钡BT或锆钛酸铅PZT。

进一步地，所述的上层电极1和下层电极为平面柔性电极，中间电极4为波浪面柔性电极。

进一步地，所述的电能储存模块6给用电设备供电，所述用电设备包括海工机器人及海洋智能传感网络。

进一步地，所述的多层摩擦纳米发电单元并联连接。

如图6所示，所述的电路管理模块5包括整流器、开关、变压器和二极管；所述整流器的两个输入端与柔性发电模块并联，所述整流器的两个输出端与变压器的两个输入端并联；所述变压器的一个输出端经过二极管与电能储存模块6相连，所述变压器的另一个输出端直接与电能储存模块6相连；所述的开关设置在整流器与变压器之间；所述的电能储存模块6包括电容器C1、电容器C2、电阻R1、电阻R2、电阻R3、电感RL、二极管、结型场效应管和蓄电池；所述的电阻R1和电阻R2串联后与电容器C1并联；所述的结型场效应管的两个输出端分别与电容器C1的一端和电阻R1的一端连接，所述的结型场效应管的输入端连接在电阻R1和电阻R2之间；所述的二极管、电阻R3和蓄电池串联后分别与电容器C2和电感RL并联；所述的电感RL的一端同时连接电阻R1和结型场效应管，电感RL的另一端同时连接电阻R2以及电容器C1；所述电能储存模块6的输入端与电路管理模块5的输出端相连。

进一步地，所述的摩擦纳米发电机的平面形状为长带形状时，整个装置包括多个并联的柔性发电模块。

进一步地，所述的上层电极1、中间电极4和下层电极的材料为金属导电材料，包括铜、铝或金。

进一步地，所述的上摩擦层3和下摩擦层的材料为聚四氟乙烯或聚二甲基硅氧烷。

如图2所示，本实用新型的工作原理如下：

本实用新型的核心技术是流-固-电耦合技术。本实用新型的柔性发电模块在洋流以及机械能的作用下会发生摆动，导致封装于柔性硅胶内部的摩擦纳米发电机发生弯曲变形，摩擦纳米发电机内部的中间电极4与上摩擦层3和下摩擦层产生接触分离；由于上摩擦层3和下摩擦层为聚四氟乙烯层或者聚二甲基硅氧烷，与中间电极4接触时，其两者表面带上符号相反的静电荷，在摩擦层与电极分离过程中，两个电极会产生感应电势差，这个电势差会驱动两个电极之间的电子在外部电路转移，进而形成电流。

图3所示为柔性发电模块弯曲发电示意图，在状态A或C时，其中间电极4与上摩擦层3和下摩擦层为分离状态；在海洋能以及海工机器人外力的驱动下，柔性发电模块发生两侧弯曲，呈状态B或D，该状态下，其中间电极4与上摩擦层3和下摩擦层为接触状态。中间电极4与上摩擦层3和下摩擦层的接触分离导致了内部摩擦纳米发电机的发电以及电能输出。

图4所示为柔性鱼尾结构图，柔性鱼尾内部为柔性发电模块，外部为柔性硅胶。用于收集海洋机器鱼的鱼尾运动能量。本实用新型与机器鱼鱼体内部舵机相连，由舵机驱动柔性鱼尾摆动，进而产生柔性弯曲变形。

图5所示为柔性长带形状结构，内部为柔性发电模块，外部为柔性硅胶，可以利用海底洋流的驱动进行发电。洋流经过柔性长带形状结构，会形成卡门涡，在带状柔性发电模块两侧形成压力差，进而产生变形。

图6所示为柔性发电系统工作原理图，机器鱼舵机机械能和海洋能为原驱动力。

图7所示为管理电路及储存电路示意图。柔性发电模块产生的电能经过电路管理模块5后在电能储存模块6中储存。

本实用新型不局限于本实施例，任何在本实用新型披露的技术范围内的等同构思或者改变，均列为本实用新型的保护范围。