一种摩擦纳米发电装置及基于波浪能的摩擦纳米发电设备的制作方法

1.本实用新型涉及能源收集领域，特别是涉及一种摩擦纳米发电装置及基于波浪能的摩擦纳米发电设备。


背景技术：

2.波浪能的收集方式主要依赖于电磁感应发电机，该发电机存在体积庞大、笨重、成本高、易被腐蚀及在海洋波浪频率下涡轮效率低的缺陷。最近，摩擦纳米发电机提供了一种将波浪能转化成电能的新途径,在低频下表现出显著的优势,具有收集海洋中大尺度蓝色能源的巨大潜力。但是现有的基于摩擦纳米发电机的能量收集器在波浪能收集时仍然存在缺点，如能量收集效率偏低，防水性差等问题。


技术实现要素：

3.基于此，有必要针对现有的摩擦纳米发电机的能量收集器在波浪能收集时存在能量收集效率低的问题，提供一种基于波浪能的摩擦纳米发电装置。
4.一种摩擦纳米发电装置，其包括壳体、摩擦球、椭圆柱体、多组柱体组件和摩擦块。壳体内部开设有圆柱形空腔；圆柱形空腔的环形内壁安装有环形块，环形块内设置有环形空腔。摩擦球滑动设置在环形空腔内；摩擦球与环形空腔的腔壁之间形成第一发电结构；第一发电结构通过摩擦球与环形空腔的腔壁相对转动而摩擦发电。椭圆柱体位于圆柱形空腔内，且与圆柱形空腔同轴；椭圆柱体内开设有椭圆空腔；椭圆柱体长轴方向的两端开设有与环形块相配合的凹槽，椭圆柱体通过凹槽与环形块滑动连接；椭圆柱体的凹槽与环形块外壁之间形成第二发电结构；第二发电结构通过椭圆柱体的凹槽与环形块外壁之间的相对转动而摩擦发电。柱体组件安装在椭圆空腔内，每组柱体组件包括两个以椭圆柱体中心为对称中心的空心柱体。摩擦块滑动安装在空心柱体的空心腔内，摩擦块与空心柱体的空心腔之间形成第三发电结构；第三发电结构通过摩擦块与空心柱体的空心腔之间的相对转动而摩擦发电。
5.上述摩擦纳米发电装置，内部共包含三组摩擦纳米发电结构，具有较高的空间利用率，在壳体转动时，三组摩擦纳米发电结构同时摩擦发电机，提高发电效果，并且装置的壳体防水效果良好。
6.在其中一个实施例中，空心柱体的空心腔内固定安装有与空心柱体延伸方向平行的弹簧，摩擦块固定安装在弹簧一端。
7.在其中一个实施例中，柱体组件有两组，其中一组柱体组件安装在椭圆空腔的短轴方向上，另外一组柱体组件安装在椭圆空腔的长轴方向上。
8.在其中一个实施例中，空心柱体为空心圆柱或空心方柱。
9.在其中一个实施例中，环形块与壳体为一体成型件，且环形块靠近椭圆柱体一侧设置为圆弧状，椭圆柱体长轴方向两端开设的凹槽与一侧呈圆弧状的环形块相配合。
10.在其中一个实施例中，壳体外壁均匀安装有若干挡板。
11.在其中一个实施例中，摩擦球的外壁与环形空腔的腔壁中的其中一个设置有摩擦介质层和电极层，另一个设置有摩擦电极，当摩擦球的外壁与环形空腔的腔壁相对转动时，摩擦介质层与摩擦电极摩擦发电；椭圆柱体的凹槽和环形块外壁中的其中一个设置有摩擦介质层和电极层，另一个设置有摩擦电极，当椭圆柱体的凹槽和环形块外壁时，摩擦介质层与摩擦电极摩擦发电；摩擦块与空心柱体的空心腔中的其中一个设置有摩擦介质层和电极层，另一个设置有摩擦电极，当摩擦块与空心柱体的空心腔壁相对转动时，摩擦介质层与摩擦电极摩擦发电。
12.本实用新型还公开了一种基于波浪能的摩擦纳米发电设备，其包括若干摩擦纳米发电装置、连接轴和两根固定桩。连接轴沿着摩擦纳米发电装置的轴心方向贯穿若干摩擦纳米发电装置；摩擦纳米发电装置能够在波浪的冲击下，绕连接轴进行转动。两根固定桩位于连接轴两端，连接轴两端转动式安装在两根固定桩内。
13.在其中一个实施例中，连接轴沿着圆柱形空腔的轴线方向贯穿壳体；壳体和椭圆柱体均与连接轴转动式连接，且连接轴与壳体连接处以及连接轴与椭圆柱体连接处的轴壁均设置有凸起限位块；壳体和椭圆柱体上设置有与凸起限位块相配合的限位凹槽；凸起限位块和限位凹槽之间形成第四发电结构。
14.在其中一个实施例中，固定桩上设置有升降轨道，升降轨道内滑动安装有升降块，连接轴转动式安装在两个升降块内；升降块还连接有驱动其在升降轨道内升降的驱动件。
15.与现有技术相比，本实用新型具有以下有益效果：
16.壳体将所有发电结构全部集中在内部，起到了很好的防水效果。
17.环形块内部中空，在空腔中放置一个摩擦球，在波浪的作用下，摩擦球在环形块的空腔中以任意方向的滑动，与环形块的内表面相摩擦，产生电荷转移并输出电能。
18.在环形块内部存在摩擦球发电结构，在椭圆柱体内部存在摩擦块发电结构。环形块作为椭圆柱体的旋转轨道，二者在旋转时相摩擦并发出电能，包含三种摩擦纳米发电结构，大大提高发电效率。
19.空心柱体在随着椭圆柱体旋转时，其内部弹簧压缩一侧偏轻，弹簧伸长一侧偏重，加强椭圆柱体的旋转。
20.弹簧由压缩或伸长的状态恢复时，弹性势能转化为动能，弹簧前端的摩擦块加速滑动，与环形块内侧加速摩擦，提高发电性能。
21.椭圆柱体长轴两侧的凹槽与环形块咬合，在进行摩擦发电的同时，环形块也可以起到限位的作用。
附图说明
22.图1为摩擦纳米发电装置的外观示意图。
23.图2为摩擦纳米发电装置的内部结构示意图。
24.图3为摩擦纳米发电装置的剖面图。
25.图4为摩擦纳米发电装置沿椭圆柱体短轴方向的剖视图。
26.图5为摩擦纳米发电装置沿椭圆柱体长轴方向的剖视图。
27.图6为摩擦纳米发电设备中连接轴和凸起限位块的结构示意图。
28.图7为摩擦纳米发电设备中限位凹槽的结构示意图。
29.图8为摩擦纳米发电设备中连接轴与摩擦纳米发电装置的连接示意图。
30.图中：1-壳体、2-环形块、3-椭圆柱体、4-空心柱体、5-摩擦球、6-弹簧、7-摩擦块、8-连接轴、9-凸起限位块、10-挡板、11-限位凹槽、12-环形空腔。
具体实施方式
31.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，所描述的实施例仅仅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做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。
32.需要说明的是，当组件被称为“安装于”另一个组件，它可以直接在另一个组件上或者也可以存在居中的组件。当一个组件被认为是“设置于”另一个组件，它可以是直接设置在另一个组件上或者可能同时存在居中组件。当一个组件被认为是“固定于”另一个组件，它可以是直接固定在另一个组件上或者可能同时存在居中组件。
33.除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本实用新型的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本实用新型的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本实用新型。本文所使用的术语“或/及”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
34.实施例1
35.请参阅图1、图2和图3，本实施例公开了一种摩擦纳米发电装置，包括壳体1、摩擦球5、椭圆柱体3、多组柱体组件、摩擦块7和储电模组等。可以通过利用风能或者波浪能进行发电。
36.请结合图4和图5，壳体1内部开设有圆柱形空腔。本实施例中，壳体1为圆柱体，且壳体1外壁均匀安装有若干挡板10，通过设置挡板10可以使壳体1更易因外力进行转动，提供受力点和受力面。圆柱形空腔的环形内壁安装有环形块2，环形块2内设置有环形空腔12。摩擦球5滑动设置在环形空腔12内；摩擦球5与环形空腔12的腔壁之间形成第一发电结构；第一发电结构通过摩擦球5与环形空腔12的腔壁相对转动而摩擦产生电荷转移并输出电能。当波浪或者风带动壳体1转动时，摩擦球5在重力作用下始终与环形空腔12腔壁摩擦，从而发电。本实施例中，摩擦球5的外壁与环形空腔12的腔壁中的其中一个设置有摩擦介质层和电极层，另一个设置有摩擦电极，当摩擦球5的外壁与环形空腔12的腔壁相对转动时，摩擦介质层与摩擦电极摩擦发电；摩擦介质层的材料与摩擦电极的材料的带电极性相反，或者，摩擦介质层的材料与摩擦电极的材料的带电极性相同且存在强弱差别。
37.椭圆柱体3位于圆柱形空腔内，且与圆柱形空腔同轴；椭圆柱体3内开设有椭圆空腔；椭圆柱体3长轴方向的两端开设有与环形块2相配合的凹槽，椭圆柱体3通过凹槽与环形块2滑动连接；椭圆柱体3的凹槽与环形块2外壁之间形成第二发电结构；第二发电结构通过椭圆柱体3的凹槽与环形块2外壁之间的相对转动而摩擦发电。当波浪或者风带动壳体1转动时，环形块2跟随转动，从而与椭圆柱体3长轴两端之间相对转动，通过摩擦发电，且只要环形块2与椭圆柱体3的转速不相同，即可持续发电。当然，椭圆柱体3的凹槽和环形块2外壁中的其中一个设置有摩擦介质层和电极层，另一个设置有摩擦电极，当椭圆柱体3的凹槽和环形块2外壁时，摩擦介质层与摩擦电极摩擦发电，原理与第一发电结构相同。
38.柱体组件安装在椭圆空腔内，每组柱体组件包括两个以椭圆柱体3中心为对称中心的空心柱体4。本实施例中，空心柱体4可以为空心圆柱或空心方柱。摩擦块7滑动安装在空心柱体4的空心腔内，摩擦块7与空心柱体4的空心腔之间形成第三发电结构。本实施例中，空心柱体4的空心腔内还可以安装有与空心柱体4延伸方向平行的弹簧6，摩擦块7固定安装在弹簧6一端。第三发电结构通过摩擦块7与空心柱体4的空心腔之间的相对转动而摩擦发电。摩擦块7与空心柱体4的空心腔中的其中一个设置有摩擦介质层和电极层，另一个设置有摩擦电极，当摩擦块7与空心柱体4的空心腔壁相对转动时，摩擦介质层与摩擦电极摩擦发电，原理与第一发电结构相同。在本实施例中，柱体组件的组数不加以限制，以两组柱体组件为例，其中一组柱体组件安装在椭圆空腔的短轴方向上，另外一组柱体组件安装在椭圆空腔的长轴方向上。在外力的作用下，椭圆柱体3旋转，其内部的四个空心柱体4也一同旋转，空心柱体4内的弹簧6会相应地压缩和伸长，以一个旋转周期中长轴方向空心柱体4内的两个弹簧6为例：当椭圆柱体3处于水平状态时，两个弹簧6长度相同；当椭圆柱体3沿顺时针方向旋转时，左侧弹簧6逐渐压缩，右侧弹簧6逐渐伸长；当椭圆柱体3旋转到垂直状态时，左侧弹簧6压缩到最大，右侧弹簧6伸长到最大；当椭圆柱体3继续旋转时，左侧弹簧6逐渐伸长，右侧弹簧6逐渐压缩。随着弹簧6的压缩和伸长，椭圆柱体3的重心不断发生变化，加快椭圆柱体3的旋转速度，同时弹簧6的压缩和伸长将动能以弹性势能的形式储存，弹性势能的释放提高摩擦块7与空心柱体4内表面的摩擦频率，提高发电效率。
39.储电模组用于收集第一发电结构、第二发电结构和第三发电结构产生的电能。
40.在其他实施例中，环形块2与壳体1可以为一体成型件，且环形块2靠近椭圆柱体3一侧设置为圆弧状，椭圆柱体3长轴方向两端开设的凹槽与一侧呈圆弧状的环形块2相配合，椭圆柱体3与圆环相咬合，将圆环作为其旋转轨道。
41.本实施例的摩擦纳米发电装置内部共包含三组摩擦纳米发电结构，具有较高的空间利用率，在壳体1转动时，三组摩擦纳米发电结构同时摩擦发电机，提高发电效果。在应用于波浪能的收集时，弹簧6的引入提高装置在低频波浪下的发电性能，能够显著提高波浪能的收集效率，并且装置的壳体1防水效果良好。
42.实施例2
43.请结合图6、图7和图8，本实施例公开了一种基于波浪能的摩擦纳米发电设备，包括若干摩擦纳米发电装置、连接轴8和两根固定桩。连接轴8沿着摩擦纳米发电装置的轴心方向贯穿若干摩擦纳米发电装置；摩擦纳米发电装置能够在波浪的冲击下，绕连接轴8进行转动。两根固定桩位于连接轴8两端，连接轴8两端转动式安装在两根固定桩内，固定桩用于将装置固定在水里。
44.在本实施例中，连接轴8沿着圆柱形空腔的轴线方向贯穿壳体1；壳体1和椭圆柱体3均与连接轴8转动式连接，且连接轴8与壳体1连接处以及连接轴8与椭圆柱体3连接处的轴壁均设置有凸起限位块9；壳体1和椭圆柱体3上设置有与凸起限位块9相配合的限位凹槽11；凸起限位块9和限位凹槽11之间形成第四发电结构，当波浪带动摩擦纳米发电装置绕着连接轴8转动时，凸起限位块9和限位凹槽11相配合，可以将摩擦纳米发电装置固定在轴上，使其无法在轴上进行左右移动；同时凸起限位块9和限位凹槽11相对转动发生摩擦，产生的电荷转移并输出电能，进一步提高电能收集效率。
45.在本实施例中，固定桩上设置有升降轨道，升降轨道内滑动安装有升降块，连接轴
8转动式安装在两个升降块内；升降块还连接有驱动其在升降轨道内升降的驱动件。驱动件可以为电机丝杆驱动结构，也可以是气缸驱动结构，都为现有技术，本实施例不加以具体描述。
46.以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
47.以上所述实施例仅表达了本实用新型的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对实用新型申请范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本实用新型的保护范围。因此，本实用新型申请的保护范围应以所附权利要求为准。