基于机械整流结构的超高瞬时输出钟摆式海洋能收集装置的制作方法

本发明涉及海洋能收集，特别是涉及基于机械整流结构的超高瞬时输出钟摆式海洋能收集装置。

背景技术：

1、海洋波浪中含有庞大的能量，是自然界中重要的清洁可再生能源，因此如何利用海洋波浪能一直是能源领域研究的重点。然而传统的电磁发电机体积庞大、设备笨重、制造成本高、并且只适用于高频的水流或水波发电，对常见海水表面的波浪能量转化效率较低甚至在近海等风浪较小的地方几乎不能发电。摩擦纳米发电机作为新兴的将机械能转化为电能的采集技术，具有体积小、重量轻、结构多样等特点，使其具有广泛的应用场景。

2、通常海浪的频率较低，正常海浪频率低于1hz，并且频率随机波动。常规的摩擦纳米发电机的电流与海浪频率成正比，因此在海浪频率很低时，发电的平均功率和峰值功率较低。并且传统的摩擦纳米发电机产生的是交流电，而储能设备和海上用电设备需要的都是直流电。

技术实现思路

1、基于此，有必要针对现有摩擦纳米发电机收集超低频波浪能的瞬时功率和平均功率较低的问题，提供一种基于机械整流结构的超高瞬时输出钟摆式海洋能收集装置。

2、一种基于机械整流结构的超高瞬时输出钟摆式海洋能收集装置，包括：

3、外壳，其包括一个密闭的腔室；

4、摩擦纳米发电单元，其设置在所述腔室内，所述摩擦纳米发电单元包括同轴设置的定子圆盘和转子圆盘；所述定子圆盘靠近转子圆盘的一侧设置有介电薄膜；所述转子圆盘靠近定子圆盘的一侧设置有金属电极膜，另一侧设置有与金属电极膜连接的电极条；所述定子圆盘与外壳固定连接，所述转子圆盘与定子圆盘相对旋转设置，其用于使得介电薄膜和金属电极膜之间摩擦，介电薄膜聚集负电荷，并在金属电极膜上产生电势差；

5、驱动单元，其包括中心轴和摆锤；所述中心轴贯穿定子圆盘和转子圆盘的圆心，且中心轴与定子圆盘转动连接，中心轴与转子圆盘固定连接；所述摆锤与中心轴的端部固定连接；

6、导电单元，其设置在所述腔室内，且所述导电单元位于电极条的旋转路径上；随着转子圆盘的旋转，所述导电单元与电极条导通或断开；所述导电单元用于通过电极条将产生电势差的金属电极膜上的电荷进行转移，由此产生直流电。

7、作为优选实例，所述定子圆盘以圆心为轴环形等分形成多个扇形区域，所述介电薄膜单独设置在其中一个扇形区域上，或间隔设置在多个扇形区域上。

8、作为优选实例，所述转子圆盘上设置有与定子圆盘上同样形状和数量的扇形区域，所述金属电极膜设置在扇形区域上的数量为介电薄膜的两倍，且相邻金属电极膜之间设置有间隙。

9、作为优选实例，所有的所述金属电极膜分为两组，两组金属电极膜依次间隔设置；所述电极条设置有两个，其中一个电极条与其中一组金属电极膜连接，另一个电极条与另一组金属电极膜连接。

10、作为优选实例，两个所述电极条的一端或多端均沿转子圆盘的径向设置，相邻电极条端部为两个不同的电极条，且相邻电极条端部的夹角与单个所述扇形区域的夹角相同。

11、作为优选实例，沿转子圆盘径向设置的所述电极条端部与转子圆盘上其中一个扇形区域的对称线平行。

12、作为优选实例，所述摩擦纳米发电单元至少设置有两个。

13、作为优选实例，多个所述摩擦纳米发电单元沿直线阵列设置，且相邻摩擦纳米发电单元上的电极条通过导线连接。

14、作为优选实例，所述摆锤包括第一支架和质量块；所述第一支架的一端与中心轴固定连接，另一端与质量块固定连接。

15、作为优选实例，所述导电单元包括两个用于导通电流的电刷，两个所述电刷与定子圆盘圆心之间的夹角与所述扇形区域的夹角相同，且所述电刷的方向与定子圆盘上其中一个扇形区域的对称线平行。

16、本发明的有益效果在于：本发明通过摩擦纳米发电机技术，利用内部摆动式结构在外界机械激励时金属电极与介电材料摩擦产生电荷。利用静电感应在两个弧形电极间产生电势差，并通过机械整流结构的设计，利用电刷和背部电极条随着摆动的自动接通和断开产生瞬时的电荷转移和电学输出，从而能够将低频的海浪机械能转化为脉冲的超高直流瞬时输出，并提高平均输出功率，并且峰值功率不依赖于海浪频率，提高发电机的海洋能收集能力。

技术特征：

1.一种基于机械整流结构的超高瞬时输出钟摆式海洋能收集装置，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的超高瞬时输出钟摆式海洋能收集装置，其特征在于，所述定子圆盘(2)以圆心为轴环形等分形成多个扇形区域，所述介电薄膜(3)单独设置在其中一个扇形区域上，或间隔设置在多个扇形区域上。

3.根据权利要求2所述的超高瞬时输出钟摆式海洋能收集装置，其特征在于，所述转子圆盘(6)上设置有与定子圆盘(2)上同样形状和数量的扇形区域，所述金属电极膜(5)设置在扇形区域上的数量为介电薄膜(3)的两倍，且相邻金属电极膜(5)之间设置有间隙。

4.根据权利要求3所述的超高瞬时输出钟摆式海洋能收集装置，其特征在于，所有的所述金属电极膜(5)分为两组，两组金属电极膜(5)依次间隔设置；所述电极条(11)设置有两个，其中一个电极条(11)与其中一组金属电极膜(5)连接，另一个电极条(11)与另一组金属电极膜(5)连接。

5.根据权利要求4所述的超高瞬时输出钟摆式海洋能收集装置，其特征在于，两个所述电极条(11)的一端或多端均沿转子圆盘(6)的径向设置，相邻电极条(11)端部为两个不同的电极条(11)，且相邻电极条(11)端部的夹角与单个所述扇形区域的夹角相同。

6.根据权利要求5所述的超高瞬时输出钟摆式海洋能收集装置，其特征在于，沿转子圆盘(6)径向设置的所述电极条(11)端部与转子圆盘(6)上其中一个扇形区域的对称线平行。

7.根据权利要求1所述的超高瞬时输出钟摆式海洋能收集装置，其特征在于，所述摩擦纳米发电单元至少设置有两个。

8.根据权利要求7所述的超高瞬时输出钟摆式海洋能收集装置，其特征在于，多个所述摩擦纳米发电单元沿直线阵列设置，且相邻摩擦纳米发电单元上的电极条(11)通过导线连接。

9.根据权利要求1所述的超高瞬时输出钟摆式海洋能收集装置，其特征在于，所述摆锤包括第一支架(7)和质量块(8)；所述第一支架(7)的一端与中心轴(1)固定连接，另一端与质量块(8)固定连接。

10.根据权利要求2所述的超高瞬时输出钟摆式海洋能收集装置，其特征在于，所述导电单元包括两个用于导通电流的电刷(10)，两个所述电刷(10)与定子圆盘(2)圆心之间的夹角与所述扇形区域的夹角相同，且所述电刷(10)的方向与定子圆盘(2)上其中一个扇形区域的对称线平行。

技术总结
本发明涉及一种基于机械整流结构的超高瞬时输出钟摆式海洋能收集装置。其包括外壳、摩擦纳米发电单元、驱动单元和导电单元；摩擦纳米发电单元包括同轴设置的定子圆盘和转子圆盘；所述定子圆盘靠近转子圆盘的一侧设置有介电薄膜；所述转子圆盘靠近定子圆盘的一侧设置有金属电极膜，另一侧设置有与金属电极膜连接的电极条。本发明通过摩擦纳米发电机技术，利用内部摆动式结构在外界机械激励时金属电极与介电材料摩擦产生电荷。利用静电感应在两个弧形电极间产生电势差，并通过机械整流结构的设计，利用电刷和背部电极条随着摆动的自动接通和断开产生瞬时的电荷转移和电学输出，从而能够将低频的海浪机械能转化为脉冲的超高直流瞬时输出。

技术研发人员：王中林,孙威,蒋涛
受保护的技术使用者：广州蓝色能源研究院
技术研发日：
技术公布日：2024/11/14