发电系统的制作方法

发电系统的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种发电系统，用以解决现有技术中的发电系统不能很好的利用波浪、潮汐产生的机械能进行发电的问题。该发电系统，包括：发电装置和储能装置，其中，所述发电装置包括：至少一个具有空腔的壳体，所述空腔内设置有至少一个纳米摩擦发电机以及至少一个撞击部件，其中，每个纳米摩擦发电机通过固定部件固定在所述空腔的任一侧壁上，所述撞击部件包括能够与所述纳米摩擦发电机发生碰撞的撞击球；所述储能装置，与所述至少一个纳米摩擦发电机的输出端相连，用于对所述纳米摩擦发电机输出的电能进行存储。
【专利说明】发电系统

【技术领域】
[0001] 本发明涉及纳米【技术领域】，特别涉及一种发电系统。

【背景技术】
[0002] 随着科学技术的发展和现代化进程的加快，人类对能源的需求与日俱增，而传统 的能源通常为一次性能源，如果过度开采就会面临能源用尽的危机。因此，迫切地需要开发 新能源。现有的新能源通常包括波浪能、潮汐能、太阳能和压电能等。
[0003] 以压电能为例来说，现有的压电发电系统是利用压电材料，将周围环境的振动机 械能转换成电能，这是一种新型的发电技术。但是现有的压电发电系统一般不能很好的利 用波浪、潮汐产生的机械能进行发电，造成波浪能、潮汐能的浪费。
[0004] 而且现有的压电发电系统转化效率低，发电量较小，造成收集能量需要较长时间， 所以不能高效快捷的实现能量的收集。另外，这种压电发电系统结构复杂，成本较大。


【发明内容】

[0005] 本发明公开了一种发电系统，用以解决现有技术中的发电系统不能很好的利用波 浪和、潮汐产生的机械能进行发电的问题。
[0006] 一种发电系统，包括：发电装置和储能装置，其中，所述发电装置包括：至少一个 具有空腔的壳体，所述空腔内设置有至少一个纳米摩擦发电机以及至少一个撞击部件，其 中，每个纳米摩擦发电机通过固定部件固定在所述空腔的任一侧壁上，所述撞击部件包括 能够与所述纳米摩擦发电机发生碰撞的撞击球；所述储能装置，与所述至少一个纳米摩擦 发电机的输出端相连，用于对所述纳米摩擦发电机输出的电能进行存储。
[0007] 较佳的，所述空腔内设置有固定在所述空腔的第一侧壁上的至少一个第一纳米摩 擦发电机，以及固定在所述空腔的第二侧壁上的至少一个第二纳米摩擦发电机，所述第一 侧壁和第二侧壁相对；所述撞击部件进一步包括：设置在所述第一纳米摩擦发电机和所述 第二纳米摩擦发电机之间的导轨，所述撞击球能够沿所述导轨移动。
[0008] 较佳的，所述导轨为空心导管，所述撞击球设置于所述空心导管内部的通道内。
[0009] 较佳的，所述导轨与所述第一侧壁或第二侧壁相对。
[0010] 较佳的，所述导轨与所述第一纳米摩擦发电机和所述第二纳米摩擦发电机之间分 别具有预设的保护间隔。
[0011] 较佳的，所述撞击部件进一步包括牵引件，所述牵引件的第一端为固定在所述空 腔的顶壁上的固定端，所述牵引件的第二端为连接有所述撞击球的自由端。
[0012] 较佳的，所述牵引件的长度小于所述纳米摩擦发电机的中心部位与所述牵引件的 第一端之间的距离。
[0013] 较佳的，所述空腔的每个侧壁上都设置有纳米摩擦发电机。
[0014] 较佳的，所述纳米摩擦发电机被所述撞击部件撞击的表面上进一步设置有防护垫 片。
[0015] 较佳的，所述储能装置包括：整流电路、第一开关控制电路、第一直流/直流控制 电路以及储能电路；所述整流电路与所述至少一个纳米摩擦发电机的输出端相连，接收所 述至少一个纳米摩擦发电机输出的交流脉冲电信号并对所述交流脉冲电信号进行整流处 理得到直流电压；所述第一开关控制电路与所述整流电路、所述第一直流/直流控制电路 和所述储能电路相连，接收所述整流电路输出的直流电压和所述储能电路反馈的瞬时充电 电压，根据所述整流电路输出的直流电压和所述储能电路反馈的瞬时充电电压得到第一控 制信号，将所述第一控制信号输出给所述第一直流/直流控制电路；所述第一直流/直流控 制电路与所述整流电路、所述第一开关控制电路和所述储能电路相连，根据所述第一开关 控制电路输出的第一控制信号对所述整流电路输出的直流电压进行转换处理输出给所述 储能电路充电，得到瞬时充电电压。
[0016] 较佳的，所述发电装置还包括：太阳能板；所述储能装置还包括：第二开关控制电 路和第二直流/直流控制电路；所述第二开关控制电路与所述太阳能板的输出端、所述第 二直流/直流控制电路和所述储能电路相连，接收所述太阳能板输出的直流电压和所述储 能电路反馈的瞬时充电电压，根据所述太阳能板输出的直流电压和所述储能电路反馈的瞬 时充电电压得到第二控制信号，将所述第二控制信号输出给所述第二直流/直流控制电 路；所述第二直流/直流控制电路与所述太阳能板的输出端、所述第二开关控制电路和所 述储能电路相连，根据所述第二开关控制电路输出的第二控制信号对所述太阳能板输出的 直流电压进行转换处理输出给所述储能电路充电，得到瞬时充电电压。
[0017] 较佳的，所述发电装置还包括：太阳能板；所述储能装置包括：第一开关控制电 路、整流电路、开关电路、第二开关控制电路、直流/直流控制电路和储能电路；所述第一开 关控制电路与所述太阳能板的输出端和所述至少一个纳米摩擦发电机相连，接收所述太阳 能板输出的直流电压，根据所述太阳能板输出的直流电压向所述至少一个纳米摩擦发电机 输出用于控制纳米摩擦发电机是否工作的控制信号；所述整流电路与所述至少一个纳米摩 擦发电机的输出端相连，接收所述至少一个纳米摩擦发电机输出的交流脉冲电信号并对所 述交流脉冲信号进行整流处理得到直流电压；所述开关电路的控制端与所述太阳能板的输 出端相连，根据所述太阳能板输出的直流电压控制所述开关电路的输入/输出端与所述太 阳能板的输出端或所述整流电路连通；所述第二开关控制电路与所述开关电路的输入/输 出端、所述直流/直流控制电路和所述储能电路相连，接收所述开关电路的输入/输出端输 出的直流电压和所述储能电路反馈的瞬时充电电压，根据所述开关电路的输入/输出端输 出的直流电压和所述储能电路反馈的瞬时充电电压得到控制信号，将所述控制信号输出给 所述直流/直流控制电路；所述直流/直流控制电路与所述开关电路的输入/输出端、所述 第二开关控制电路和所述储能电路相连，根据所述第二开关控制电路输出的控制信号对所 述开关电路的输入/输出端输出的直流电压进行转换处理输出给所述储能电路充电，得到 瞬时充电电压。
[0018] 较佳的，所述储能电路为锂离子电池、镍氢电池、铅酸电池或超级电容器。
[0019] 较佳的，所述纳米摩擦发电机包括：依次层叠设置的第一电极，第一高分子聚合物 绝缘层，以及第二电极；其中，所述第一电极设置在所述第一高分子聚合物绝缘层的第一侧 表面上；且所述第一高分子聚合物绝缘层的第二侧表面朝向所述第二电极设置，所述第一 电极和第二电极构成所述纳米摩擦发电机的输出端。
[0020] 较佳的，所述第一高分子聚合物绝缘层的第二侧表面上设有微纳结构。
[0021] 较佳的，所述第一高分子聚合物绝缘层与所述第二电极之间设置有多个弹性部 件，所述弹性部件用于在外力的作用下控制所述第一高分子聚合物绝缘层与所述第二电极 接触和分离。
[0022] 较佳的，所述纳米摩擦发电机进一步包括：设置在所述第二电极和所述第一高分 子聚合物绝缘层之间的第二高分子聚合物绝缘层，所述第二电极设置在所述第二高分子聚 合物绝缘层的第一侧表面上；且所述第二高分子聚合物绝缘层的第二侧表面与所述第一高 分子聚合物绝缘层的第二侧表面相对设置。
[0023] 较佳的，所述第一高分子聚合物绝缘层和第二高分子聚合物绝缘层相对设置的两 个面中的至少一个面上设有微纳结构。
[0024] 较佳的，所述第一高分子聚合物绝缘层与所述第二高分子聚合物绝缘层之间设置 有多个弹性部件，所述弹性部件用于在外力的作用下控制所述第一高分子聚合物绝缘层与 所述第二高分子聚合物绝缘层接触和分离。
[0025] 较佳的，所述纳米摩擦发电机进一步包括：设置在所述第一高分子聚合物绝缘层 和所述第二高分子聚合物绝缘层之间的居间薄膜层，其中，所述居间薄膜层为聚合物薄膜 层，且所述第一高分子聚合物绝缘层相对所述居间薄膜层的面和居间薄膜层相对于第一高 分子聚合物绝缘层的面中的至少一个面上和/或所述第二高分子聚合物绝缘层相对所述 居间薄膜层的面和居间薄膜层相对第二高分子聚合物绝缘层的面中的至少一个面上设有 微纳结构。
[0026] 较佳的，所述第一高分子聚合物绝缘层和所述居间薄膜层之间设置有多个弹性部 件，该弹性部件用于在外力的作用下控制所述第一高分子聚合物绝缘层和所述居间薄膜层 接触和分离；和/或，所述第二高分子聚合物绝缘层和所述居间薄膜层之间设置有多个弹 性部件，该弹性部件用于在外力的作用下控制所述第二高分子聚合物绝缘层和所述居间薄 膜层接触和分离。
[0027] 较佳的，所述纳米摩擦发电机包括：依次层叠设置的第一电极，第一高分子聚合物 绝缘层，居间电极层，第二高分子聚合物绝缘层以及第二电极；其中，所述第一电极设置在 所述第一高分子聚合物绝缘层的第一侧表面上；所述第二电极设置在所述第二高分子聚合 物绝缘层的第一侧表面上，所述居间电极层设置在所述第一高分子聚合物绝缘层的第二侧 表面与所述第二高分子聚合物绝缘层的第二侧表面之间，且所述第一高分子聚合物绝缘层 相对所述居间电极层的面和居间电极层相对于第一高分子聚合物绝缘层的面中的至少一 个面上和/或所述第二高分子聚合物绝缘层相对所述居间电极层的面和居间电极层相对 第二高分子聚合物绝缘层的面中的至少一个面上设有微纳结构，所述第一电极和第二电极 相连后与所述居间电极层构成所述纳米摩擦发电机的输出端。
[0028] 较佳的，所述第一高分子聚合物绝缘层和所述居间电极层之间设置有多个弹性部 件，该弹性部件用于在外力的作用下控制所述第一高分子聚合物绝缘层和所述居间电极层 接触和分离；和/或，所述第二高分子聚合物绝缘层和所述居间电极层之间设置有多个弹 性部件，该弹性部件用于在外力的作用下控制所述第二高分子聚合物绝缘层和所述居间电 极层接触和分离。
[0029] 本发明实施例中，在发电装置的内部设置有纳米摩擦发电机和撞击部件，通过撞 击部件与纳米摩擦发电机之间的碰撞，促使纳米摩擦发电机发生机械形变从而产生电能。 本发明实施例提供的发电系统可应用于海面上，利用波浪能、潮汐能带动撞击部件运动，从 而促使纳米摩擦发电机发电。因而实现了利用波浪、潮汐产生的机械能进行发电的技术效 果。

【专利附图】

【附图说明】
[0030] 图1示出了本发明实施例提供的发电系统的整体结构示意图；
[0031] 图2a和图2b分别示出了本发明实施例一提供的发电装置的内部剖视图和立体 图；
[0032] 图2c示出了本发明实施例一提供的发电装置的内部设置有多个撞击部件的结构 示意图；
[0033] 图2d示出了本发明实施例一提供的发电装置具有多个壳体的结构示意图；
[0034] 图2e示出了本发明实施例二提供的发电装置的内部剖视图；
[0035] 图3为本发明提供的发电系统的一实施例的电路原理示意图；
[0036] 图4为本发明提供的发电系统的另一实施例的电路原理示意图；
[0037] 图5为本发明提供的发电系统的又一实施例的电路原理示意图；
[0038] 图6a和图6b分别示出了纳米摩擦发电机的第一种结构的立体结构示意图和剖面 结构示意图；
[0039] 图7a和图7b分别示出了纳米摩擦发电机的第二种结构的立体结构示意图和剖面 结构示意图；
[0040] 图7c示出了纳米摩擦发电机的第二种结构的具有弹性部件作为支撑臂的立体结 构示意图；
[0041] 图8a和图8b分别示出了纳米摩擦发电机的第三种结构的立体结构示意图和剖面 结构示意图；
[0042] 图9a和图9b分别示出了纳米摩擦发电机的第四种结构的立体结构示意图和剖面 结构示意图。

【具体实施方式】
[0043] 为充分了解本发明之目的、特征及功效，借由下述具体的实施方式，对本发明做详 细说明，但本发明并不仅仅限于此。
[0044] 本发明提供了一种发电系统，可以解决现有技术中的压电发电系统不能很好的利 用波浪和/或潮汐产生的机械能进行发电的问题。
[0045] 图1示出了本发明实施例提供的发电系统的整体结构示意图。如图1所示，该发 电系统包括：发电装置1和储能装置2。其中，发电装置1包括：至少一个具有空腔的壳体， 所述空腔内设置有至少一个纳米摩擦发电机12以及至少一个撞击部件13,其中，每个纳米 摩擦发电机12通过固定部件10固定在所述空腔的任一侧壁上，所述撞击部件13包括能够 与所述纳米摩擦发电机12发生碰撞的撞击球（图1未示出）。储能装置2与至少一个纳米 摩擦发电机12的输出端相连，用于对所述纳米摩擦发电机12输出的电能进行存储。
[0046] 该发电系统的工作原理是：当发电装置漂浮在水面上时，由于水流的运动将导致 发电装置的壳体发生摇晃，从而促使壳体空腔内的撞击部件撞击纳米摩擦发电机，使纳米 摩擦发电机产生机械形变，从而产生交流脉冲电信号，储能装置将此交流脉冲电信号进行 适当的变换后进行存储，以备外部用电设备的使用。
[0047] 本发明实施例中，通过在发电装置的内部设置纳米摩擦发电机和撞击部件，并通 过撞击部件与纳米摩擦发电机之间的碰撞，促使纳米摩擦发电机发生机械形变从而产生电 能。本发明实施例提供的发电系统可应用于海面或者海边上，利用波浪能、潮汐能带动撞击 部件运动，从而促使纳米摩擦发电机发电。因而实现了利用波浪和/或潮汐产生的机械能 进行发电的技术效果。
[0048] 由于发电装置属于本发明的发电系统内部的核心部件，因此，下面将首先通过几 个具体的实施例对本发明提供的发电装置的结构和工作原理进行详细介绍。
[0049] 实施例一、
[0050] 图2a和图2b分别示出了本发明实施例一提供的发电装置1的内部剖视图和立体 图。从图2a和图2b中可以看到，该发电装置1包括形状为长方体的壳体11，壳体11内部 具有空腔15。其中，壳体11也可以是其他形状，例如柱形体(包括圆柱形体、棱柱形体等)以 及多边形体等。空腔15的内部具有相互平行且相对的第一侧壁和第二侧壁，在第一侧壁上 通过固定部件10固定有一个纳米摩擦发电机12,在第二侧壁上通过固定部件10固定有另 一个纳米摩擦发电机12。具体地，固定部件10可以通过任何能够起到固定作用的部件来替 代，例如，固定部件10可以是固定垫片，该固定垫片的一侧固定在第一侧壁或第二侧壁上， 该固定垫片的另一侧上固定有纳米摩擦发电机12。该固定垫片通常为绝缘材质，而且，为了 进一步提高发电效果，该固定垫片还可以选用柔性材质。
[0051] 壳体11的内部还设置有撞击部件13。该撞击部件13进一步包括：设置在第一侧 壁的纳米摩擦发电机和第二侧壁的纳米摩擦发电机之间的导轨132,以及能够沿导轨132 移动进而与纳米摩擦发电机发生碰撞的撞击球131。其中，导轨132可以通过空心导管来实 现，并且，在空心导管的内部具有通道，使撞击球131能够在通道内来回滚动。除了采用空 心导管之外，还可以通过其他形式来制作导轨132,例如，可以设置一段轨道，使撞击球131 能够沿轨道移动且不会脱离轨道。导轨132与第一侧壁或第二侧壁相对，优选地，导轨132 与第一侧壁或第二侧壁相对且垂直，以便于撞击球131能够顺利撞击纳米摩擦发电机。上 述的导轨132可以通过类似固定支架的装置固定在空腔内部，并且，为了防止导轨132本身 对纳米摩擦发电机造成不必要的挤压，可以在导轨132与第一侧壁上的纳米摩擦发电机以 及与第二侧壁上的纳米摩擦发电机之间分别设置预设的保护间隔，即：导轨132的两端与 两个侧壁上的纳米摩擦发电机之间具有一定的距离，以防止相互之间的接触。该距离的大 小既要能够防止导轨132与纳米摩擦发电机之间的接触，又要保证撞击球131在滚动到导 轨边缘时不会脱离导轨。
[0052] 通过上面的方式，就可以在发电装置1随着波浪、潮汐晃动时实现撞击部件对纳 米摩擦发电机的撞击，进而促使纳米摩擦发电机将机械能转化为电能。可选地，为了防止纳 米摩擦发电机因过度摩擦而损坏，还可以在纳米摩擦发电机被撞击部件撞击的表面上进一 步设置防护垫片14。
[0053] 另外，为了进一步提高发电效果，还可以在壳体11内部的第一侧壁和第二侧壁上 分别设置多个纳米摩擦发电机，相应地，沿与第一侧壁和第二侧壁垂直的方向，对应纳米摩 擦发电机设置有多个撞击部件13,每个撞击部件13内进一步包括导轨132和撞击球131。 其中，撞击部件13的个数可以与第一侧壁或第二侧壁上的纳米摩擦发电机的个数相同， 艮P :第一侧壁和第二侧壁上每相对的两个纳米摩擦发电机之间设置有一个撞击部件，如图 2c所示。或者，撞击部件13的个数也可多于第一侧壁或第二侧壁上的纳米摩擦发电机的个 数，即：第一侧壁和第二侧壁上每相对的两个纳米摩擦发电机之间设置有多个撞击部件，以 实现更为强烈的撞击效果。
[0054] 进一步地，本实施例中的壳体11的数量也可以为多个，如图2d所示，可以将多个 壳体按照一定的顺序进行排列，多个壳体11之间通过导线1617串联或并联，以进一步提高 发电效果。多个壳体内部的纳米摩擦发电机通过线缆17连接。
[0055] 当上述的发电装置中具有多个纳米摩擦发电机时，这多个纳米摩擦发电机之间可 以串联，也可以并联，其中，当纳米摩擦发电机并联时可提高电流的输出强度，而纳米摩擦 发电机串联时可提高电压的输出大小，从而能够解决单个纳米摩擦发电机输出的电流或电 压大小不能满足需求的问题。为了同时获得上述优势，也可以考虑将一部分纳米摩擦发电 机并联，将另一部分纳米摩擦发电机串联。
[0056] 通过上面的描述可以看出，在图2a至图2d所示的结构中，只在空腔的第一侧壁和 第二侧壁上设置有纳米摩擦发电机，并且仅在第一侧壁和第二侧壁的垂直方向上设置有导 轨，因此，撞击球的运动方向仅限于第一侧壁和第二侧壁的垂直方向。这种方式对于发电装 置的晃动方向为固定方向的情况时，发电效果较为突出。
[0057] 当本实施例中的发电装置的晃动方向为非固定方向时，为了提高发电效率，可以 进一步地在空腔的其余两个侧壁（即垂直于第一侧壁和第二侧壁的两个侧壁）上分别设置 纳米摩擦发电机，相应地，沿平行于第一侧壁和第二侧壁上的方向再设置一个或多个导轨 和撞击球，其中，平行于第一侧壁和第二侧壁的导轨与垂直于第一侧壁和第二侧壁的导轨 位于不同的平面且相互垂直，即为异面垂直的关系。这样，就可以在发电装置沿不同方向晃 动时都能产生电能。
[0058] 实施例二、
[0059] 图2e示出了本发明实施例二提供的发电装置的内部剖视图。从图2e中可以看到， 该发电装置包括形状为长方体的壳体21，壳体21内部具有空腔。其中，壳体21也可以是其 他形状，例如柱形体(包括圆柱形体、棱柱形体等)以及多边形体等。空腔的内部具有相互平 行且相对的第一侧壁和第二侧壁，在第一侧壁上通过固定部件20固定有一个纳米摩擦发 电机22,在第二侧壁上通过固定部件20固定有另一个纳米摩擦发电机22。具体地，固定部 件20可以通过任何能够起到固定作用的部件来实现，例如，固定部件20可以是固定垫片， 该固定垫片的一侧固定在第一侧壁或第二侧壁上，该固定垫片的另一侧上固定有纳米摩擦 发电机22。该固定垫片通常为绝缘材质，而且，为了进一步提高发电效果，该固定垫片还可 以选用柔性材质。
[0060] 壳体21的内部还设置有撞击部件。该撞击部件进一步包括牵引件231和撞击球 232。其中，牵引件231的第一端为固定在空腔的顶壁上的固定端，牵引件231的第二端为 连接有撞击球232的自由端。其中，牵引件231可以通过牵引线来实现，也可以通过其他能 够起到牵引作用的部件实现。当发电装置静止不动时，撞击球232垂直悬挂在牵引件231 的底部，当发电装置随着波浪或潮汐而发生运动时，撞击球232将在空腔内部随机摆动，进 而撞击到位于第一侧壁和第二侧壁上的纳米摩擦发电机。
[0061] 通过上面的方式，就可以在发电装置随着波浪、潮汐晃动时实现撞击部件对纳米 摩擦发电机的撞击，进而促使纳米摩擦发电机将机械能转化为电能。可选地，为了防止纳米 摩擦发电机因过度摩擦而损坏，还可以在纳米摩擦发电机被撞击部件撞击的表面上进一步 设置防护垫片24。
[0062] 优选地，为了确保撞击球能够顺利地撞到纳米摩擦发电机，上述的牵引件231的 长度大于纳米摩擦发电机的顶端与牵引件231的第一端之间的距离，小于纳米摩擦发电机 的低端与牵引件231的第一端之间的距离。在图2e所示的情况中，由于空腔内部设有两个 纳米摩擦发电机，且牵引部件只有一个，为了使得牵引部件中的撞击球能够顺利地撞到每 个纳米摩擦发电机，上述的牵引件的长度大于纳米摩擦发电机的顶端与牵引件的第一端之 间的距离，小于纳米摩擦发电机的低端与牵引件的第一端之间的距离。，因此，可以将牵引 件的第一端固定在空腔顶壁的中心部位，以确保对每个纳米摩擦发电机的有效撞击。
[0063] 除了图2e所示的情况之外，也可以只在空腔的第一侧壁上或者只在第二侧壁上 设置纳米摩擦发电机，或者也可以在空腔的其余两个侧壁（即与第一侧壁和第二侧壁垂直 的两个侧壁）上设置纳米摩擦发电机，总之，纳米摩擦发电机可以设置在空腔的四个侧壁中 的任意一个或多个侧壁上，本发明对此不作限定。
[0064] 优选地，由于撞击球可以沿各个方向运动，因此为了提高发电效率，可以在空腔的 每一个侧壁上都设置纳米摩擦发电机。另外，还可以进一步地在空腔的每个侧壁上设置多 个纳米摩擦发电机。而且，也可以在空腔内部设置多个撞击部件，当撞击部件为多个时，可 以将每个撞击部件中的牵引件的第一端按照一定的规律固定在空腔的顶壁上，例如，当撞 击部件为三个时，可以使各个撞击部件中的牵引件的第一端之间构成一个正三角形，并通 过调整该正三角形的每个顶点与侧壁上的纳米摩擦发电机之间的距离来实现最佳的撞击 效果。
[0065] 进一步地，本实施例中的壳体21的数量也可以为多个，将多个壳体按照一定的顺 序进行排列，以进一步提高发电效果。
[0066] 当纳米摩擦发电机为多个时，多个纳米摩擦发电机之间可以串联，也可以并联，其 中，当纳米摩擦发电机并联时可提高电流的输出强度，而纳米摩擦发电机串联时可提高电 压的输出大小，从而能够解决单个纳米摩擦发电机输出的电流或电压大小不能满足需求的 问题。为了同时获得上述优势，也可以考虑将一部分纳米摩擦发电机并联，将另一部分纳米 摩擦发电机串联。
[0067] 在本实施例中，由于撞击部件的运动方向是随机的，因此，该发电装置尤其适用于 晃动方向为非固定方向的情况。
[0068] 通过上述两个实施例介绍完发电装置的具体结构之后，基于上述发电装置的具体 结构，下面将进一步介绍整个发电系统的结构和工作原理。
[0069] 图3为本发明提供的发电系统的一实施例的电路原理示意图。如图3所示，储能 装置包括：整流电路30、第一开关控制电路31、第一直流/直流控制电路32以及储能电路 33。其中，整流电路30与纳米摩擦发电机10的输出端相连，整流电路30接收纳米摩擦发 电机10输出的交流脉冲电信号，对该交流脉冲电信号进行整流处理得到直流电压U1 ;第一 开关控制电路31与整流电路30、第一直流/直流控制电路32和储能电路33相连，第一开 关控制电路31接收整流电路30输出的直流电压U1和储能电路33反馈的瞬时充电电压 U2,根据该直流电压U1和瞬时充电电压U2得到第一控制信号S1，将第一控制信号S1输出 给第一直流/直流控制电路32 ;第一直流/直流控制电路32与整流电路30、第一开关控制 电路31和储能电路33相连，第一直流/直流控制电路32根据第一开关控制电路31输出 的第一控制信号S1对整流电路30输出的直流电压U1进行转换处理输出给储能电路33充 电，得到瞬时充电电压U2。
[0070] 图3所示的发电系统的工作原理是：当波浪、潮汐作用于发电装置，导致发电装置 内部的撞击部件撞击纳米摩擦发电机10时，会使纳米摩擦发电机10发生机械形变，从而产 生交流脉冲电信号。整流电路30接收到该交流脉冲电信号后，对其进行整流处理，得到单 向脉动的直流电压U1。第一开关控制电路31接收整流电路30输出的直流电压U1和储能 电路33反馈的瞬时充电电压U2后，将直流电压U1和瞬时充电电压U2分别与储能电路33 的充满电压U0进行比较，如果直流电压U1高于充满电压U0且瞬时充电电压U2低于充满 电压U0,此时第一开关控制电路31输出第一控制信号S1，控制第一直流/直流控制电路32 将整流电路30输出的直流电压U1进行降压处理，输出给储能电路33进行充电，得到瞬时 充电电压U2 ;如果直流电压U1低于等于充满电压U0且瞬时充电电压U2低于充满电压U0， 此时第一开关控制电路31输出第一控制信号S1，控制第一直流/直流控制电路32将整流 电路30输出的直流电压U1进行升压处理，输出给储能电路33进行充电，得到瞬时充电电 压U2 ;又如果瞬时充电电压U2等于或短时高于充满电压U0,不管直流电压U1高于或低于 充满电压U0,此时第一开关控制电路31输出第一控制信号S1，控制第一直流/直流控制电 路32使其停止为储能电路33充电。上述控制方式仅为一个具体的例子，本发明对此不做 限制，也可采用其他的控制方式为储能电路充电。
[0071] 可选地，储能电路33可以为锂离子电池、镍氢电池、铅酸电池或超级电容器等储 能元件。
[0072] 在上述实施例提供的发电系统中，纳米摩擦发电机作为利用波浪能、潮汐能发电 的发电装置的核心部件能够将波浪能、潮汐能转化为电能，储能装置对该电能进行储存，实 现了利用波浪能、潮汐能发电。而且，由于纳米摩擦发电机本身的发电效率很高，使整个波 浪能、潮汐能发电系统有很高的发电效率，再加上高效的设计结构，实现了一个最佳的发电 效率。同时，该发电系统的核心部件生产便捷，而且形状、尺寸不仅可以加工至微小化，实现 波浪能、潮汐能发电系统的微型化；也可以加工至较大尺寸，实现高功率发电。另外，由于纳 米摩擦发电机微型化、薄膜化，进而使得整个发电系统重量减小，同时成本得到了极大的降 低。
[0073] 进一步的，本发明所提供的上述发电系统的发电装置还可以包括太阳能板，将波 浪能、潮汐能发电系统和太阳能发电系统组合起来使用，实现波浪能、潮汐能和太阳能的多 重收集利用。
[0074] 图4为本发明提供的发电系统的另一实施例的电路原理示意图。图4所示的发电 系统与图3所示发电系统的区别之处在于增加了太阳能板40,储能装置进一步包括第二开 关控制电路41和第二直流/直流控制电路42。上述的太阳能板40可以设置在发电装置壳 体外侧的顶面上，如图2a和图2b所示。
[0075] 其中第二开关控制电路41与太阳能板40的输出端、第二直流/直流控制电路42 和储能电路33相连，第二开关控制电路41接收太阳能板40输出的直流电压U3和储能电 路33反馈的瞬时充电电压U2,根据直流电压U3和瞬时充电电压U2得到第二控制信号S2， 将第二控制信号S2输出给第二直流/直流控制电路42。第二直流/直流控制电路42与太 阳能板40的输出端、第二开关控制电路41和储能电路33相连，第二直流/直流控制电路 42根据第二开关控制电路41输出的第二控制信号S2对太阳能板40输出的直流电压U3进 行转换处理输出给储能电路33充电，得到瞬时充电电压U2。
[0076] 上述电路的工作原理是：当太阳光照射到太阳能板40上时，太阳能板40会将光能 转换为直流电能，输出直流电压U3。第二开关控制电路41接收太阳能板40输出的直流电 压U3和储能电路33反馈的瞬时充电电压U2后，将直流电压U3和瞬时充电电压U2分别与 储能电路33的充满电压U0进行比较，如果直流电压U3高于充满电压U0且瞬时充电电压 U2低于充满电压U0,此时第二开关控制电路41输出第二控制信号S2,控制第二直流/直流 控制电路42将太阳能板40输出的直流电压U3进行降压处理，输出给储能电路33进行充 电，得到瞬时充电电压U2 ;如果直流电压U3低于等于充满电压U0且瞬时充电电压U2低于 充满电压U0,此时第二开关控制电路41输出第二控制信号S2,控制第二直流/直流控制电 路42将太阳能板40输出的直流电压U3进行升压处理，输出给储能电路33进行充电，得到 瞬时充电电压U2 ;又如果瞬时充电电压U2等于或短时高于充满电压U0,不管直流电压U3 高于或低于充满电压U0,此时第二开关控制电路41输出第二控制信号S2,控制第二直流/ 直流控制电路42使其停止为储能电路33充电。上述控制方式仅为一个具体的例子，本发 明对此不做限制，也可采用其他的控制方式为储能电路充电。
[0077] 图4所示的发电系统的特点是采用太阳能板和纳米摩擦发电机同时为储能电路 进行充电，其中纳米摩擦发电机收集波浪能、潮汐能，太阳能板收集太阳能，这两个高效率 的系统叠加在一起，使整个系统的效率得以大幅度的提升。
[0078] 图5为本发明提供的发电系统的又一实施例的电路原理示意图。如图5所示，该发 电系统的发电装置除了包括上述纳米摩擦发电机及其相关部件以外，还包括太阳能板50 ; 进一步的，储能装置包括：第一开关控制电路51、整流电路52、开关电路53、第二开关控制 电路54、直流/直流控制电路55和储能电路56。
[0079] 其中第一开关控制电路51与太阳能板50的输出端、纳米摩擦发电机10相连，第 一开关控制电路51接收太阳能板50输出的直流电压U4,根据直流电压U4向纳米摩擦发电 机10输出用于控制纳米摩擦发电机是否工作的控制信号S3。整流电路52与纳米摩擦发电 机10的输出端相连，整流电路52接收纳米摩擦发电机10输出的交流脉冲电信号，对该交 流脉冲电信号进行整流处理得到直流电压U5。开关电路53的控制端与太阳能板50的输出 端相连，根据太阳能板50输出的直流电压U4控制开关电路53的输入/输出端与太阳能板 50的输出端或整流电路52连通。如果开关电路53的输入/输出端与太阳能板50的输出 端连通，那么开关电路53的输入/输出端输出的直流电压U6等于U4 ;如果开关电路53的 输入/输出端与整流电路52连通，那么开关电路53的输入/输出端输出的直流电压U6等 于U5。第二开关控制电路54与开关电路53的输入/输出端、直流/直流控制电路55和 储能电路56相连，第二开关控制电路54接收开关电路53的输入/输出端输出的直流电压 U6和储能电路56反馈的瞬时充电电压U7,根据直流电压U6和瞬时充电电压U7得到控制 信号S4,将控制信号S4输出给直流/直流控制电路55。直流/直流控制电路55与开关电 路53的输入/输出端、第二开关控制电路54和储能电路56相连，根据第二开关控制电路 54输出的控制信号S4对开关电路53的输入/输出端输出的直流电压U6进行转换处理输 出给储能电路56充电，得到瞬时充电电压U7。
[0080] 该发电系统的工作原理是：当太阳光照射到太阳能板50上时，太阳能板50会将光 能转换为直流电能，输出直流电压U4。开关电路53的控制端和第一开关控制电路51会同 时接收到该直流电压U4,将直流电压U4与预先配置在开关电路53和第一开关控制电路51 中的工作电压U'进行比较，如果U4大于或等于U'，开关电路53控制其输入/输出端与太 阳能板50的输出端连通，与此同时第一开关控制电路51向纳米摩擦发电机10输出用于控 制纳米摩擦发电机10停止工作的控制信号S3 ;如果U4小于U'，第一开关控制电路51向纳 米摩擦发电机10输出用于控制纳米摩擦发电机10继续工作的控制信号S3,与此同时开关 电路53控制其输入/输出端与整流电路52连通。第二开关控制电路54接收开关电路53 的输入/输出端输出的直流电压U6和储能电路56反馈的瞬时充电电压U7后，将直流电压 U6和瞬时充电电压U7分别与储能电路56的充满电压U0进行比较，如果直流电压U6高于 充满电压U0且瞬时充电电压U7低于充满电压U0,此时第二开关控制电路54输出控制信号 S4,控制直流/直流控制电路55将开关电路53的输入/输出端输出的直流电压U6进行降 压处理，输出给储能电路56进行充电，得到瞬时充电电压U7 ;如果直流电压U6低于等于充 满电压U0且瞬时充电电压U7低于充满电压U0,此时第二开关控制电路54输出控制信号 S4,控制直流/直流控制电路55将直流电压U6进行升压处理，输出给储能电路56进行充 电，得到瞬时充电电压U7 ;又如果瞬时充电电压U7等于或短时高于充满电压U0,不管直流 电压U6高于或低于充满电压U0,此时第二开关控制电路54输出控制信号S4,控制直流/ 直流控制电路55使其停止为储能电路56充电。上述控制方式仅为一个具体的例子，本发 明对此不做限制，也可采用其他的控制方式为储能电路充电。
[0081] 可选地，储能电路56可以为锂离子电池、镍氢电池、铅酸电池或超级电容器等储 能元件。
[0082] 图5所示的发电系统的特点是采用太阳能板和纳米摩擦发电机交替为储能电路 进行充电，其中纳米摩擦发电机收集波浪能、潮汐能，太阳能板收集太阳能。这种电路设计 灵活，能够根据实际情况自动切换，在太阳能充足的情况下，采用太阳能板为储能电路进行 充电，并且使纳米摩擦发电机停止工作，延长了纳米摩擦发电机及整流电路的使用寿命；在 太阳能不足的情况下，采用纳米摩擦发电机为储能电路进行充电，大大提高了整个系统的 发电效率。
[0083] 下面将详细介绍发电系统中的纳米摩擦发电机的结构和工作原理。
[0084] 纳米摩擦发电机的第一种结构如图6a和图6b所示。图6a和图6b分别示出了纳 米摩擦发电机的第一种结构的立体结构示意图和剖面结构示意图。该纳米摩擦发电机包 括：依次层叠设置的第一电极61，第一高分子聚合物绝缘层62,以及第二电极63。具体地， 第一电极61设置在第一高分子聚合物绝缘层62的第一侧表面上；且第一高分子聚合物绝 缘层62的第二侧表面与第二电极63的表面接触摩擦并在第二电极63和第一电极61处感 应出电荷。因此，上述的第一电极61和第二电极63构成纳米摩擦发电机的两个输出端。
[0085] 为了提高纳米摩擦发电机的发电能力，在第一高分子聚合物绝缘层62的第二侧 表面（即相对第二电极63的面上）进一步设有微纳结构64。因此，当纳米摩擦发电机受到 挤压时，第一高分子聚合物绝缘层62与第二电极63的相对表面能够更好地接触摩擦，并在 第一电极61和第二电极63处感应出较多的电荷。由于上述的第二电极63主要用于与第 一高分子聚合物绝缘层62摩擦，因此，第二电极63也可以称之为摩擦电极。
[0086] 上述的微纳结构64具体可以采取如下两种可能的实现方式：第一种方式为，该 微纳结构是微米级或纳米级的非常小的凹凸结构。该凹凸结构能够增加摩擦阻力，提高 发电效率。所述凹凸结构能够在薄膜制备时直接形成，也能够用打磨的方法使第一高分 子聚合物绝缘层的表面形成不规则的凹凸结构。具体地，该凹凸结构可以是半圆形、条纹 状、立方体型、四棱锥型、或圆柱形等形状的凹凸结构。第二种方式为，该微纳结构是纳米 级孔状结构，此时第一高分子聚合物绝缘层所用材料优选为聚偏氟乙烯（PVDF)，其厚度 为0.5-1. 2mm (优选1.0mm)，且其相对第二电极的面上设有多个纳米孔。其中，每个纳米 孔的尺寸，即宽度和深度，可以根据应用的需要进行选择，优选的纳米孔的尺寸为：宽度为 10-100nm以及深度为4-50 μ m。纳米孔的数量可以根据需要的输出电流值和电压值进行调 整，优选的这些纳米孔是孔间距为2-30 μ m的均匀分布，更优选的平均孔间距为9 μ m的均 匀分布。
[0087] 下面具体介绍一下图6a和图6b所示的纳米摩擦发电机的工作原理。当该纳米摩 擦发电机的各层受到挤压时，纳米摩擦发电机中的第二电极63与第一高分子聚合物绝缘 层62表面相互摩擦产生静电荷，静电荷的产生会使第一电极61和第二电极63之间的电容 发生改变，从而导致第一电极61和第二电极63之间出现电势差。由于第一电极61和第二 电极63作为纳米摩擦发电机的输出端与储能装置连接，储能装置构成纳米摩擦发电机的 外电路，纳米摩擦发电机的两个输出端之间相当于被外电路连通。当该纳米摩擦发电机的 各层恢复到原来状态时，这时形成在第一电极和第二电极之间的内电势消失，此时已平衡 的第一电极和第二电极之间将再次产生反向的电势差。通过反复摩擦和恢复，就可以在外 电路中形成周期性的交流脉冲电信号。
[0088] 根据发明人的研究发现，金属与高分子聚合物摩擦，金属更易失去电子，因此采用 金属电极与高分子聚合物摩擦能够提高能量输出。因此，相应地，在图6a和图6b所示的 纳米摩擦发电机中，第二电极由于需要作为摩擦电极（即金属）与第一高分子聚合物进行摩 擦，因此其材料可以选自金属或合金，其中金属可以是金、银、钼、钯、铝、镍、铜、钛、铬、硒、 铁、猛、钥、鹤或钥;；合金可以是错合金、钛合金、镁合金、铍合金、铜合金、锌合金、猛合金、镍 合金、铅合金、锡合金、镉合金、秘合金、铟合金、镓合金、鹤合金、钥合金、银合金或钽合金。 第一电极由于不需要进行摩擦，因此，除了可以选用上述罗列的第二电极的材料之外，其他 能够制作电极的材料也可以应用，也就是说，第一电极除了可以选自金属或合金，其中金属 可以是金、银、钼、钯、铝、镍、铜、钛、铬、硒、铁、锰、钥、钨或钒；合金可以是铝合金、钛合金、 镁合金、铍合金、铜合金、锌合金、猛合金、镍合金、铅合金、锡合金、镉合金、秘合金、铟合金、 镓合金、钨合金、钥合金、铌合金或钽合金之外，还可以选自铟锡氧化物、石墨烯、银纳米线 膜等非金属材料。
[0089] 在图6a所示的结构中，第一高分子聚合物绝缘层与第二电极是正对贴合，并通过 外侧边缘的胶布粘贴在一起的，但本发明不仅限于此。第一高分子聚合物绝缘层与第二电 极之间可以设置有多个弹性部件，例如弹簧，这些弹簧分布在第一高分子聚合物绝缘层与 第二电极的外侧边缘，用于形成第一高分子聚合物绝缘层与第二电极之间的弹性支撑臂。 当外力作用于纳米摩擦发电机时，纳米摩擦发电机受到挤压，弹簧被压缩，使得第一高分子 聚合物绝缘层与第二电极接触形成摩擦界面；当外力消失时，弹簧弹起，使得第一高分子聚 合物绝缘层与第二电极分离，纳米摩擦发电机恢复到原来的状态。
[0090] 纳米摩擦发电机的第二种结构如图7a和图7b所示。图7a和图7b分别示出了纳 米摩擦发电机的第二种结构的立体结构示意图和剖面结构示意图。该纳米摩擦发电机包 括：依次层叠设置的第一电极71，第一高分子聚合物绝缘层72,第二高分子聚合物绝缘层 74以及第二电极73。具体地，第一电极71设置在第一高分子聚合物绝缘层72的第一侧表 面上；第二电极73设置在第二高分子聚合物绝缘层74的第一侧表面上；其中，第一高分子 聚合物绝缘层72的第二侧表面与第二高分子聚合物绝缘层74的第二侧表面接触摩擦并在 第一电极71和第二电极73处感应出电荷。其中，第一电极71和第二电极73构成纳米摩 擦发电机的两个输出端。
[0091] 为了提高纳米摩擦发电机的发电能力，第一高分子聚合物绝缘层72和第二高分 子聚合物绝缘层74相对设置的两个面中的至少一个面上设有微纳结构。在图7b中，第一 高分子聚合物绝缘层72的面上设有微纳结构75。因此，当纳米摩擦发电机受到挤压时，第 一高分子聚合物绝缘层72与第二高分子聚合物绝缘层74的相对表面能够更好地接触摩 擦，并在第一电极71和第二电极73处感应出较多的电荷。上述的微纳结构可参照上文的 描述，此处不再赘述。
[0092] 图7a和图7b所示的纳米摩擦发电机的工作原理与图6a和图6b所示的纳米摩擦 发电机的工作原理类似。区别仅在于，当图7a和图7b所示的纳米摩擦发电机的各层受到 挤压时，是由第一高分子聚合物绝缘层72与第二高分子聚合物绝缘层74的表面相互摩擦 来产生静电荷的。因此，关于图7a和图7b所示的纳米摩擦发电机的工作原理此处不再赘 述。
[0093] 图7a和图7b所示的纳米摩擦发电机主要通过聚合物(第一高分子聚合物绝缘层） 与聚合物(第二高分子聚合物绝缘层）之间的摩擦来产生电信号。
[0094] 在这种结构中，第一电极和第二电极所用材料可以是铟锡氧化物、石墨烯、银纳米 线膜、金属或合金，其中金属可以是金、银、钼、钯、铝、镍、铜、钛、铬、硒、铁、锰、钥、钨或钒； 合金可以是错合金、钛合金、镁合金、铍合金、铜合金、锌合金、猛合金、镍合金、铅合金、锡合 金、镉合金、秘合金、铟合金、镓合金、鹤合金、钥合金、银合金或钽合金。上述两种结构中，第 一高分子聚合物绝缘层和第二高分子聚合物绝缘层分别选自聚酰亚胺薄膜、苯胺甲醛树脂 薄膜、聚甲醛薄膜、乙基纤维素薄膜、聚酰胺薄膜、三聚氰胺甲醛薄膜、聚乙二醇丁二酸酯薄 膜、纤维素薄膜、纤维素乙酸酯薄膜、聚己二酸乙二醇酯薄膜、聚邻苯二甲酸二烯丙酯薄膜、 纤维(再生）海绵薄膜、聚氨酯弹性体薄膜、苯乙烯丙烯共聚物薄膜、苯乙烯丁二烯共聚物薄 膜、人造纤维薄膜、聚甲基薄膜，甲基丙烯酸酯薄膜、聚乙烯醇薄膜、聚乙烯醇薄膜、聚酯薄 膜、聚异丁烯薄膜、聚氨酯柔性海绵薄膜、聚对苯二甲酸乙二醇酯薄膜、聚乙烯醇缩丁醛薄 膜、甲醛苯酚薄膜、氯丁橡胶薄膜、丁二烯丙烯共聚物薄膜、天然橡胶薄膜、聚丙烯腈薄膜、 丙烯腈氯乙烯薄膜和聚乙烯丙二酚碳酸盐薄膜中的一种。其中，在第二种结构中，原则上第 一高分子聚合物绝缘层和第二高分子聚合物绝缘层的材质可以相同，也可以不同。但是，如 果两层高分子聚合物绝缘层的材质都相同，会导致摩擦起电的电荷量很小。因此优选地，第 一高分子聚合物绝缘层与第二高分子聚合物绝缘层的材质不同。
[0095] 在图7a所示的结构中，第一高分子聚合物绝缘层72与第二高分子聚合物绝缘层 74是正对贴合，并通过外侧边缘的胶布粘贴在一起的，但本发明不仅限于此。第一高分子 聚合物绝缘层72与第二高分子聚合物绝缘层74之间可以设置有多个弹性部件，图7c示 出了纳米摩擦发电机的第二种结构的具有弹性部件作为支撑臂的立体结构示意图，如图7c 所示，弹性部件可选为弹簧70,这些弹簧70分布在第一高分子聚合物绝缘层72与第二高分 子聚合物绝缘层74的外侧边缘，用于形成第一高分子聚合物绝缘层72与第二高分子聚合 物绝缘层74之间的弹性支撑臂。当外力作用于纳米摩擦发电机时，纳米摩擦发电机受到挤 压，弹簧70被压缩，使得第一高分子聚合物绝缘层72与第二高分子聚合物绝缘层74接触 形成摩擦界面；当外力消失时，弹簧70弹起，使得第一高分子聚合物绝缘层72与第二高分 子聚合物绝缘层74分离，纳米摩擦发电机恢复到原来的状态。
[0096] 除了上述两种结构外，纳米摩擦发电机还可以采用第三种结构实现，如图8a和图 8b所示。图8a和图8b分别示出了纳米摩擦发电机的第三种结构的立体结构示意图和剖面 结构示意图。从图中可以看出，第三种结构在第二种结构的基础上增加了一个居间薄膜层， 艮P :第三种结构的纳米摩擦发电机包括依次层叠设置的第一电极81、第一高分子聚合物绝 缘层82、居间薄膜层80、第二高分子聚合物绝缘层84以及第二电极83。具体地，第一电极 81设置在第一高分子聚合物绝缘层82的第一侧表面上；第二电极83设置在第二高分子聚 合物绝缘层84的第一侧表面上，且居间薄膜层80设置在第一高分子聚合物绝缘层82的第 二侧表面和第二高分子聚合物绝缘层84的第二侧表面之间。其中，所述居间薄膜层80和 第一高分子聚合物绝缘层82相对设置的两个面中的至少一个面上设有微纳结构85,和/或 所述居间薄膜层80和第二高分子聚合物绝缘层84相对设置的两个面中的至少一个面上设 有微纳结构85,关于微纳结构85的具体设置方式可参照上文描述，此处不再赘述。
[0097] 图8a和图8b所示的纳米摩擦发电机的材质可以参照前述的第二种结构的纳米 摩擦发电机的材质进行选择。其中，居间薄膜层也可以选自透明高聚物聚对苯二甲酸乙二 醇酯（PET)、聚二甲基硅氧烷（PDMS)、聚苯乙烯（PS)、聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA)、聚碳酸酯 (PC)和液晶高分子聚合物（LCP)中的任意一种。其中，所述第一高分子聚合物绝缘层与第 二高分子聚合物绝缘层的材料优选透明高聚物聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET);其中，所述居 间薄膜层的材料优选聚二甲基硅氧烷（PDMS)。上述的第一高分子聚合物绝缘层、第二高分 子聚合物绝缘层、居间薄膜层的材质可以相同，也可以不同。但是，如果三层高分子聚合物 绝缘层的材质都相同，会导致摩擦起电的电荷量很小，因此，为了提高摩擦效果，居间薄膜 层的材质不同于第一高分子聚合物绝缘层和第二高分子聚合物绝缘层，而第一高分子聚合 物绝缘层与第二高分子聚合物绝缘层的材质则优选相同，这样，能减少材料种类，使本发明 的制作更加方便。
[0098] 在图8a和图8b所示的实现方式中，居间薄膜层80是一层聚合物膜，因此实质上 与图7a和图7b所示的实现方式类似，仍然是通过聚合物(居间薄膜层)和聚合物(第二高分 子聚合物绝缘层）之间的摩擦来发电的。其中，居间薄膜层容易制备且性能稳定。
[0099] 如果在居间薄膜层和第一高分子聚合物绝缘层相对设置的两个面中的至少一个 面上设有微纳结构，在图8a所示的结构中，第一高分子聚合物绝缘层与居间薄膜层是正对 贴合，并通过外侧边缘的胶布粘贴在一起的，但本发明不仅限于此。第一高分子聚合物绝缘 层与居间薄膜层之间可以设置有多个弹性部件，例如弹簧，这些弹簧分布在第一高分子聚 合物绝缘层与居间薄膜层的外侧边缘，用于形成第一高分子聚合物绝缘层与居间薄膜层之 间的弹性支撑臂。当外力作用于纳米摩擦发电机时，纳米摩擦发电机受到挤压，弹簧被压 缩，使得第一高分子聚合物绝缘层与居间薄膜层接触形成摩擦界面；当外力消失时，弹簧弹 起，使得第一高分子聚合物绝缘层与居间薄膜层分离，纳米摩擦发电机恢复到原来的状态。 [0100] 如果在居间薄膜层和第二高分子聚合物绝缘层相对设置的两个面中的至少一个 面上设有微纳结构，在图8a所示的结构中，第二高分子聚合物绝缘层与居间薄膜层是正对 贴合，并通过外侧边缘的胶布粘贴在一起的，但本发明不仅限于此。第二高分子聚合物绝缘 层与居间薄膜层之间可以设置有多个弹性部件，例如弹簧，这些弹簧分布在第二高分子聚 合物绝缘层与居间薄膜层的外侧边缘，用于形成第二高分子聚合物绝缘层与居间薄膜层之 间的弹性支撑臂。当外力作用于纳米摩擦发电机时，纳米摩擦发电机受到挤压，弹簧被压 缩，使得第二高分子聚合物绝缘层与居间薄膜层接触形成摩擦界面；当外力消失时，弹簧弹 起，使得第二高分子聚合物绝缘层与居间薄膜层分离，纳米摩擦发电机恢复到原来的状态。 [0101] 可选地，弹性部件可以同时设置在居间薄膜层与第一高分子聚合物绝缘层、居间 薄膜层与第二高分子聚合物绝缘层之间。
[0102] 另外，纳米摩擦发电机还可以采用第四种结构来实现，如图9a和图9b所示，包括： 依次层叠设置的第一电极91，第一高分子聚合物绝缘层92,居间电极层90,第二高分子聚 合物绝缘层94和第二电极93 ;其中，第一电极91设置在第一高分子聚合物绝缘层92的第 一侧表面上；第二电极93设置在第二高分子聚合物绝缘层94的第一侧表面上，居间电极层 90设置在第一高分子聚合物绝缘层92的第二侧表面与第二高分子聚合物绝缘层94的第 二侧表面之间。其中，第一高分子聚合物绝缘层92相对居间电极层90的面和居间电极层 90相对第一高分子聚合物绝缘层92的面中的至少一个面上设置有微纳结构（图未示);和/ 或，第二高分子聚合物绝缘层94相对居间电极层90的面和居间电极层90相对第二高分子 聚合物绝缘层94的面中的至少一个面上设置有微纳结构（图未示)。在这种方式中，通过居 间电极层90与第一高分子聚合物绝缘层92和第二高分子聚合物绝缘层94之间摩擦产生 静电荷，由此将在居间电极层90与第一电极91和第二电极93之间产生电势差，此时，第一 电极91和第二电极93串联为纳米摩擦发电机的一个输出端；居间电极层90为纳米摩擦发 电机的另一个输出端。
[0103] 在图9a和图9b所示的结构中，第一高分子聚合物绝缘层、第二高分子聚合物绝缘 层、第一电极和第二电极的材质可以参照前述的第二种结构的纳米摩擦发电机的材质进行 选择。居间电极层可以选择导电薄膜、导电高分子、金属材料，金属材料包括纯金属和合金， 纯金属选自金、银、钼、钯、铝、镍、铜、钛、铬、硒、铁、锰、钥、钨、钒等，合金可以选自轻合金 (错合金、钛合金、镁合金、铍合金等)、重有色合金(铜合金、锌合金、猛合金、镍合金等)、低烙 点合金(铅、锡、镉、铋、铟、镓及其合金)、难熔合金(钨合金、钥合金、铌合金、钽合金等)。居 间电极层的厚度优选100 μ m-500 μ m，更优选200 μ m。
[0104] 如果第一高分子聚合物绝缘层相对居间电极层的面和居间电极层相对第一高分 子聚合物绝缘层的面中的至少一个面上设置有微纳结构，在图9a所示的结构中，第一高分 子聚合物绝缘层与居间电极层是正对贴合，并通过外侧边缘的胶布粘贴在一起的，但本发 明不仅限于此。第一高分子聚合物绝缘层与居间电极层之间可以设置有多个弹性部件，例 如弹簧，这些弹簧分布在第一高分子聚合物绝缘层与居间电极层的外侧边缘，用于形成第 一高分子聚合物绝缘层与居间电极层之间的弹性支撑臂。当外力作用于纳米摩擦发电机 时，纳米摩擦发电机受到挤压，弹簧被压缩，使得第一高分子聚合物绝缘层与居间电极层接 触形成摩擦界面；当外力消失时，弹簧弹起，使得第一高分子聚合物绝缘层与居间电极层分 离，纳米摩擦发电机恢复到原来的状态。
[0105] 如果第二高分子聚合物绝缘层相对居间电极层的面和居间电极层相对第二高分 子聚合物绝缘层的面中的至少一个面上设置有微纳结构，在图9a所示的结构中，第二高分 子聚合物绝缘层与居间电极层是正对贴合，并通过外侧边缘的胶布粘贴在一起的，但本发 明不仅限于此。第二高分子聚合物绝缘层与居间电极层之间可以设置有多个弹性部件，例 如弹簧，这些弹簧分布在第二高分子聚合物绝缘层与居间电极层的外侧边缘，用于形成第 二高分子聚合物绝缘层与居间电极层之间的弹性支撑臂。当外力作用于纳米摩擦发电机 时，纳米摩擦发电机受到挤压，弹簧被压缩，使得第二高分子聚合物绝缘层与居间电极层接 触形成摩擦界面；当外力消失时，弹簧弹起，使得第二高分子聚合物绝缘层与居间电极层分 离，纳米摩擦发电机恢复到原来的状态。
[0106] 可选地，弹性部件可以同时设置在居间电极层与第一高分子聚合物绝缘层、居间 电极层与第二高分子聚合物绝缘层之间。
[0107] 本发明提供的采用纳米摩擦发电机的波浪能、潮汐能发电系统及其与太阳能组合 的发电系统实现了波浪能、潮汐能和太阳能的多重收集利用，这不仅节约了能源，而且清洁 环保，保护了环境。对于采用纳米摩擦发电机的波浪能、潮汐能发电系统，由于纳米摩擦发 电机本身的发电效率很高，而使整个波浪能、潮汐能发电系统有很高的发电效率，再加上高 效的设计结构，实现了一个最佳的发电效率。
[0108] 本发明采用纳米摩擦发电机的波浪能、潮汐能发电系统的结构可以设计成多种形 式，可以根据应用场所的不同选择不同的结构设计，扩大了波浪能、潮汐能发电系统的应用 范围。
[0109] 本发明提供的发电系统实现了纳米摩擦发电机收集波浪能发电、潮汐能发电与太 阳能发电的结合，多个高效率的子系统的叠加，使整个系统的效率得到大幅度的提高。另外 还提供了一种储能装置，该储能装置设计灵活，能自动进行切换，不仅可以同时储存纳米摩 擦发电机收集波浪能、潮汐能所发的电与太阳能发的电，还可以交替储存纳米摩擦发电机 收集波浪能、潮汐能所发的电与太阳能发的电，操作简单。
[0110] 本发明提供的发电系统中将纳米摩擦发电机设置于壳体中，壳体是一个封闭的结 构，可以防止海水腐蚀纳米摩擦发电机和电路等内部部件，使得发电系统实现长寿命发电。
[0111] 本领域技术人员可以理解，虽然上述说明中，为便于理解，对方法的步骤采用了顺 序性描述，但是应当指出，对于上述步骤的顺序并不作严格限制。
[0112] 本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分步骤是可以 通过程序来指令相关的硬件来完成，该程序可以存储于一计算机可读取存储介质中，如： R0M/RAM、磁碟、光盘等。
[0113] 还可以理解的是，附图或实施例中所示的装置结构仅仅是示意性的，表示逻辑结 构。其中作为分离部件显示的模块可能是或者可能不是物理上分开的，作为模块显示的部 件可能是或者可能不是物理模块。
[0114] 显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精 神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围 之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。
【权利要求】
1. 一种发电系统，其特征在于，包括：发电装置和储能装置，其中， 所述发电装置包括：至少一个具有空腔的壳体，所述空腔内设置有至少一个纳米摩擦 发电机以及至少一个撞击部件，其中，每个纳米摩擦发电机通过固定部件固定在所述空腔 的任一侧壁上，所述撞击部件包括能够与所述纳米摩擦发电机发生碰撞的撞击球； 所述储能装置，与所述至少一个纳米摩擦发电机的输出端相连，用于对所述纳米摩擦 发电机输出的电能进行存储。
2. 如权利要求1所述的发电系统，其特征在于，所述空腔内设置有固定在所述空腔的 第一侧壁上的至少一个第一纳米摩擦发电机，以及固定在所述空腔的第二侧壁上的至少一 个第二纳米摩擦发电机，所述第一侧壁和第二侧壁相对；所述撞击部件进一步包括：设置 在所述第一纳米摩擦发电机和所述第二纳米摩擦发电机之间的导轨，所述撞击球能够沿所 述导轨移动。
3. 如权利要求2所述的发电系统，其特征在于，所述导轨为空心导管，所述撞击球设置 于所述空心导管内部的通道内。
4. 如权利要求2所述的发电系统，其特征在于，所述导轨与所述第一侧壁或第二侧壁 相对。
5. 如权利要求2、3或4任一所述的发电系统，其特征在于，所述导轨与所述第一纳米摩 擦发电机和所述第二纳米摩擦发电机之间分别具有预设的保护间隔。
6. 如权利要求1所述的发电系统，其特征在于，所述撞击部件进一步包括牵引件，所述 牵引件的第一端为固定在所述空腔的顶壁上的固定端，所述牵引件的第二端为连接有所述 撞击球的自由端。
7. 如权利要求6所述的发电系统，其特征在于，所述牵引件的长度小于所述纳米摩擦 发电机的中心部位与所述牵引件的第一端之间的距离。
8. 如权利要求6或7所述的发电系统，其特征在于，所述空腔的每个侧壁上都设置有纳 米摩擦发电机。
9. 如权利要求1所述的发电系统，其特征在于，所述纳米摩擦发电机被所述撞击部件 撞击的表面上进一步设置有防护垫片。
10. 根据权利要求1所述的发电系统，其特征在于，所述储能装置包括：整流电路、第一 开关控制电路、第一直流/直流控制电路以及储能电路； 所述整流电路与所述至少一个纳米摩擦发电机的输出端相连，接收所述至少一个纳 米摩擦发电机输出的交流脉冲电信号并对所述交流脉冲电信号进行整流处理得到直流电 压； 所述第一开关控制电路与所述整流电路、所述第一直流/直流控制电路和所述储能电 路相连，接收所述整流电路输出的直流电压和所述储能电路反馈的瞬时充电电压，根据所 述整流电路输出的直流电压和所述储能电路反馈的瞬时充电电压得到第一控制信号，将所 述第一控制信号输出给所述第一直流/直流控制电路； 所述第一直流/直流控制电路与所述整流电路、所述第一开关控制电路和所述储能电 路相连，根据所述第一开关控制电路输出的第一控制信号对所述整流电路输出的直流电压 进行转换处理输出给所述储能电路充电，得到瞬时充电电压。
11. 根据权利要求10所述的发电系统，其特征在于，所述发电装置还包括：太阳能板； 所述储能装置还包括：第二开关控制电路和第二直流/直流控制电路； 所述第二开关控制电路与所述太阳能板的输出端、所述第二直流/直流控制电路和 所述储能电路相连，接收所述太阳能板输出的直流电压和所述储能电路反馈的瞬时充电电 压，根据所述太阳能板输出的直流电压和所述储能电路反馈的瞬时充电电压得到第二控制 信号，将所述第二控制信号输出给所述第二直流/直流控制电路； 所述第二直流/直流控制电路与所述太阳能板的输出端、所述第二开关控制电路和所 述储能电路相连，根据所述第二开关控制电路输出的第二控制信号对所述太阳能板输出的 直流电压进行转换处理输出给所述储能电路充电，得到瞬时充电电压。
12. 根据权利要求1所述的发电系统，其特征在于，所述发电装置还包括：太阳能板；所 述储能装置包括：第一开关控制电路、整流电路、开关电路、第二开关控制电路、直流/直流 控制电路和储能电路； 所述第一开关控制电路与所述太阳能板的输出端和所述至少一个纳米摩擦发电机相 连，接收所述太阳能板输出的直流电压，根据所述太阳能板输出的直流电压向所述至少一 个纳米摩擦发电机输出用于控制纳米摩擦发电机是否工作的控制信号； 所述整流电路与所述至少一个纳米摩擦发电机的输出端相连，接收所述至少一个纳米 摩擦发电机输出的交流脉冲电信号并对所述交流脉冲信号进行整流处理得到直流电压； 所述开关电路的控制端与所述太阳能板的输出端相连，根据所述太阳能板输出的直流 电压控制所述开关电路的输入/输出端与所述太阳能板的输出端或所述整流电路连通； 所述第二开关控制电路与所述开关电路的输入/输出端、所述直流/直流控制电路和 所述储能电路相连，接收所述开关电路的输入/输出端输出的直流电压和所述储能电路反 馈的瞬时充电电压，根据所述开关电路的输入/输出端输出的直流电压和所述储能电路反 馈的瞬时充电电压得到控制信号，将所述控制信号输出给所述直流/直流控制电路； 所述直流/直流控制电路与所述开关电路的输入/输出端、所述第二开关控制电路和 所述储能电路相连，根据所述第二开关控制电路输出的控制信号对所述开关电路的输入/ 输出端输出的直流电压进行转换处理输出给所述储能电路充电，得到瞬时充电电压。
13. 根据权利要求10或11或12所述的发电系统，其特征在于，所述储能电路为锂离子 电池、镍氢电池、铅酸电池或超级电容器。
14. 根据权利要求1所述的发电系统，其特征在于，所述纳米摩擦发电机包括：依次层 叠设置的第一电极，第一高分子聚合物绝缘层，以及第二电极；其中，所述第一电极设置在 所述第一高分子聚合物绝缘层的第一侧表面上；且所述第一高分子聚合物绝缘层的第二 侧表面朝向所述第二电极设置，所述第一电极和第二电极构成所述纳米摩擦发电机的输出 端。
15. 根据权利要求14所述的发电系统，其特征在于，所述第一高分子聚合物绝缘层的 第二侧表面上设有微纳结构。
16. 根据权利要求15所述的发电系统，其特征在于，所述第一高分子聚合物绝缘层与 所述第二电极之间设置有多个弹性部件，所述弹性部件用于在外力的作用下控制所述第一 高分子聚合物绝缘层与所述第二电极接触和分离。
17. 根据权利要求16所述的发电系统，其特征在于，所述纳米摩擦发电机进一步包括： 设置在所述第二电极和所述第一高分子聚合物绝缘层之间的第二高分子聚合物绝缘层，所 述第二电极设置在所述第二高分子聚合物绝缘层的第一侧表面上；且所述第二高分子聚合 物绝缘层的第二侧表面与所述第一高分子聚合物绝缘层的第二侧表面相对设置。
18. 根据权利要求17所述的发电系统，其特征在于，所述第一高分子聚合物绝缘层和 第二高分子聚合物绝缘层相对设置的两个面中的至少一个面上设有微纳结构。
19. 根据权利要求18所述的发电系统，其特征在于，所述第一高分子聚合物绝缘层与 所述第二高分子聚合物绝缘层之间设置有多个弹性部件，所述弹性部件用于在外力的作用 下控制所述第一高分子聚合物绝缘层与所述第二高分子聚合物绝缘层接触和分离。
20. 根据权利要求17所述的发电系统，其特征在于，所述纳米摩擦发电机进一步包括： 设置在所述第一高分子聚合物绝缘层和所述第二高分子聚合物绝缘层之间的居间薄膜层， 其中，所述居间薄膜层为聚合物薄膜层，且所述第一高分子聚合物绝缘层相对所述居间薄 膜层的面和居间薄膜层相对于第一高分子聚合物绝缘层的面中的至少一个面上和/或所 述第二高分子聚合物绝缘层相对所述居间薄膜层的面和居间薄膜层相对第二高分子聚合 物绝缘层的面中的至少一个面上设有微纳结构。
21. 根据权利要求20所述的发电系统，其特征在于，所述第一高分子聚合物绝缘层和 所述居间薄膜层之间设置有多个弹性部件，该弹性部件用于在外力的作用下控制所述第一 高分子聚合物绝缘层和所述居间薄膜层接触和分离； 和/或，所述第二高分子聚合物绝缘层和所述居间薄膜层之间设置有多个弹性部件， 该弹性部件用于在外力的作用下控制所述第二高分子聚合物绝缘层和所述居间薄膜层接 触和分离。
22. 根据权利要求1所述的发电系统，其特征在于，所述纳米摩擦发电机包括：依次层 叠设置的第一电极，第一高分子聚合物绝缘层，居间电极层，第二高分子聚合物绝缘层以及 第二电极；其中，所述第一电极设置在所述第一高分子聚合物绝缘层的第一侧表面上；所 述第二电极设置在所述第二高分子聚合物绝缘层的第一侧表面上，所述居间电极层设置在 所述第一高分子聚合物绝缘层的第二侧表面与所述第二高分子聚合物绝缘层的第二侧表 面之间，且所述第一高分子聚合物绝缘层相对所述居间电极层的面和居间电极层相对于第 一高分子聚合物绝缘层的面中的至少一个面上和/或所述第二高分子聚合物绝缘层相对 所述居间电极层的面和居间电极层相对第二高分子聚合物绝缘层的面中的至少一个面上 设有微纳结构，所述第一电极和第二电极相连后与所述居间电极层构成所述纳米摩擦发电 机的输出端。
23. 根据权利要求22所述的发电系统，其特征在于，所述第一高分子聚合物绝缘层和 所述居间电极层之间设置有多个弹性部件，该弹性部件用于在外力的作用下控制所述第一 高分子聚合物绝缘层和所述居间电极层接触和分离； 和/或，所述第二高分子聚合物绝缘层和所述居间电极层之间设置有多个弹性部件， 该弹性部件用于在外力的作用下控制所述第二高分子聚合物绝缘层和所述居间电极层接 触和分离。
【文档编号】H02J7/00GK104104261SQ201310127234
【公开日】2014年10月15日 申请日期:2013年4月12日 优先权日:2013年4月12日
【发明者】徐传毅, 张勇平, 吴宝荣, 郝立星 申请人:纳米新能源（唐山）有限责任公司