一种摩擦纳米与电磁发电复合波能转换装置
阅读说明：本技术 一种摩擦纳米与电磁发电复合波能转换装置 (Friction nanometer and electromagnetic power generation composite wave energy conversion device ) 是由 刘伟奇 尹松岩 王玲玲 孔凡凯 郑雄波 陈海龙 刘恒序 于 2021-01-04 设计创作，主要内容包括：本发明提供一种摩擦纳米与电磁发电复合波能转换装置,包括中心管、永磁体组件、线圈组、振荡体。永磁体组件设置在中心管两端,发电磁感应线圈组分别设置在中心管两个基板的环槽处,中心管内壁面设有金属板一和金属板二,振荡体外边面沉积有机膜,因受磁排斥力而悬浮在中心管内部。本发明巧妙的利用装置中金属板和有机材料间的摩擦运动和线圈切割磁感线运动,将波浪中的低频能量转化为电能。本发明能够在海洋全天候气候环境中有效工作,有效利用复杂频率的波浪能量,具有结构简单,维修成本低和高可靠性。(The invention provides a friction nanometer and electromagnetic power generation composite wave energy conversion device which comprises a central pipe, a permanent magnet assembly, a coil group and an oscillating body. The permanent magnet assemblies are arranged at two ends of the central tube, the power generation magnetic induction coil assemblies are respectively arranged at annular grooves of two base plates of the central tube, a metal plate I and a metal plate II are arranged on the inner wall surface of the central tube, and an organic film is deposited on the outer side surface of the oscillating body and is suspended in the central tube due to magnetic repulsion force. The invention skillfully utilizes the friction motion between the metal plate and the organic material and the motion of cutting magnetic induction lines by the coil in the device to convert the low-frequency energy in the waves into electric energy. The invention can effectively work in the ocean all-weather climate environment, effectively utilizes the wave energy with complex frequency, and has simple structure, low maintenance cost and high reliability.)
技术领域
本发明涉及一种摩擦纳米与电磁发电复合波能转换装置，属于海洋波浪能量采集技术领域。
背景技术
能源和环境问题是当今世界各国最为关注的共同焦点，更是实现可持续发展的关键。覆盖地球表面71％面积的海洋，拥有巨大的能量，然而对海洋能的开发和能量收集技术一直远远落后。化石能源是目前全球消耗的最主要能源，但随着人类的不断开采，化石能源的枯竭是不可避免的，同时化石能源消耗所带来的环境问题愈演愈烈，已成为制约和危害人类发展的重要问题。因此，开发更为清洁的可再生能源是今后发展的重中之重，具有重大战略意义。
海上无线传感网络的节点分布面积大范围广，如何为这些低功耗小型电子器件长期有效供能是海上无线传感网络的瓶颈问题之一。因此，收集海洋环境中丰富的波浪能，转化为电能，为低能耗传感器器件供电，是保障无线传感器使用寿命的一种具有良好前景的方案。然而，海洋气候环境多变，波浪激励频率低，目前单纯依靠电磁发电机的小型海洋波能转换装置输出功率低、可靠性低、环境适应性差，特别是在低频波浪下无法正常工作，无法满足可持续自供能的要求。
发明内容
本发明的目的是针对上述现有技术存在的不足，提出一种摩擦纳米与电磁发电复合的波能转换装置，目的是满足能够在海洋全天候气候环境中高效工作的要求，有效提高海洋低频波能的转换效率，解决现在海洋波能转换装置可靠性低、输出功率低的问题。
本发明的目的是这样实现的：包括中心管、永磁体组件、线圈组和振荡体，所述中心管是带有基板一和基板二结构的空心圆柱体，基板一和基板二均设有环形槽，中心管内壁面设有金属板一和金属板二，所述永磁体组件设置在中心管两端，在中心管的基板一和基板二的环形槽处设置有发电磁感应线圈组，振荡体设置在中心管内，所述振荡体是因受双向磁排斥力而悬浮在中心管内部。
本发明还包括这样一些结构特征：
1.金属板一和金属板二上分别设有一个用于与外部电路连接的孔，所述金属板一金属板二的材料选用金、银、铜或铝。
2.所述振荡体选用圆柱体磁铁，且表面填充一层增加接触面积的聚二甲基硅氧烷多孔海绵层，外面再通过化学反应沉积一层聚四氟乙烯膜。
3.所述永磁体一、永磁体二与振荡体分别有磁排斥力，并且永磁体一，永磁体二中部设置有用于避免空气阻力带来影响的孔。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明采用电磁发电和摩擦纳米发电相结合，更充分的利用波浪运动带来的低频能量，提高转换效率，能够适应多气候，低频率的海洋环境。本发明设计的复合型波能转换装置可以实现自供能，替代或部分代替以往的蓄电池供电，并且一经使用，无需更换，更具有实用性。本发明设计的复合型波能转换装置可以与海洋传感器件相结合，通过发电装置产生的电能实现自供能，使海洋浮标完成照明及通讯等任务。本发明的永磁体采用合理距离对称布置，增加了振荡体的运动幅度，显著提升了电磁机电转换效率。本设计的波能转换装置易于通过阵列化排列，使多个发电装置同时进行工作，大幅提高波浪能的转换效率。装置结构模块化，建造流程简单，建造及维修成本低，提高了整个装置的可维修性，延长使用寿命，降低维修成本。
附图说明
图1是本发明的总体结构示意图；
图2是图1中A处的局部放大图；
图3是本发明中的永磁体布置示意图；
图4是本发明中的振荡体工作示意图；
图5是本发明中的感应线圈安装示意图；
图6是外部电路示意图；
图中：1永磁体一，2基板一，3线圈组一，4中心管，5振荡体，6基板二，7线圈组二，8永磁体二，9金属板一，10金属板二，11环形槽一，12环形槽二，13环形槽三，14磁棒，15有机膜，16线圈一，17线圈二，18线圈三。
具体实施方式
下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步详细描述。
如附图1所示，本发明提供了一种摩擦纳米与电磁发电复合的波能转换装置，包括永磁体一1、线圈组一3、中心管4、振荡体5、线圈组二7、永磁体二8。所述中心管是带有基板一2和基板二6结构的空心圆柱体，基板一2和基板二6都设有环形槽，中心管4内壁面设有金属板一9和金属板二10，所述永磁体组件设置在中心管4两端，所述发电磁感应线圈组一3和线圈组二7分别设置在中心管基板一2和基板二6的环形槽处，所述振荡体5是因受双向磁排斥力而悬浮在中心管内部。
所述中心管4是整体发电装置的主要载体，带有环形槽的基板一2和基板二6，基板用于固定数匝大小、材料相同的数匝线圈，增加了系统的稳定性和能量转换率。中心管内壁面设有金属板一9和金属板二10。金属板分别设有一个孔，用于与外部电路的连接。
如附图4所示，所述振荡体5选用圆柱体磁铁，表面填充一层增加接触面积的聚二甲基硅氧烷多孔海绵层，外面再通过化学反应沉积一层聚四氟乙烯膜，在摩擦过程中产生电能。线圈不断切割产生变化的磁感线，驱动电磁发电组件发电，所述金属板一9和金属板二10的材料选用金、银、铜或铝。
所述永磁体一1，永磁体二7与振荡体5分别有磁排斥力，增加了振荡体5的运动幅度，提高了往复运动的稳定性。并且永磁体一1，永磁体二7中部有孔，用于避免空气阻力带来的影响。
所述基板一2，基板二6的设计是稳固线圈和扩大线圈组3和线圈组7的宽度，以形成更合适的磁场，圆柱体形状的选用是为了方便阵列化。
本发明中，一种摩擦纳米与电磁发电复合的波能转换装置可以应用于海洋传感器件。在随着波浪起伏运动的过程中，复合发电装置将波浪能转化为电能，电能储存在储电装置中，实现自供电且提高使用寿命。
本发明提供了一种结构简单、发电效率高、稳定性好、寿命长的摩擦纳米与电磁发电复合的波能转换装置，通过线圈切割磁感线和纳米摩擦作用进行波能与电能的转换，将波能尤其低频的波能高效转为电能。摩擦纳米与电磁发电复合的波能转换装置，使得海洋设备实现自供电成为可能。
如附图6所示为外部电路图。图中有摩擦纳米发电组件，电磁发电组件，二极管，可充电电源和负载。所述外接电路包括二极管、可充电电源和负载，所述可充电电源与负载并联连接，所述可充电电源的正极与二极管的阴极连接，所述二极管的阳极分别与电磁发电机和摩擦纳米发电机连接，所述可充电电源的负极分别与电磁发电机和摩擦纳米发电组件连接。结合附图对本发明的工作原理进一步详细描述：
本发明的电磁发电组件中的振荡体5不断运动，导致管内的磁通量不断变化。变化的磁场与电磁发电组件的线圈组一3和线圈组二7产生相对运动，切割磁感线从而产生电流。当振荡体5向上运动时，线圈组一3的电流顺时针流动，线圈组二7的电流逆时针流动，反之亦然。摩擦纳米发电组件在振荡过程中，振荡体外表面的PTFE膜通过与金属板一和金属板二之间的摩擦引起摩擦起电，通过静电感应产生感应电流，不断的将波能尤其低频的波能高效转为电能。
本发明的摩擦纳米发电组件随着波浪的起伏引起振荡，振荡过程中，振荡体5外表面的PTFE膜通过与金属板一9和金属板二10之间的反复滑动摩擦，引起摩擦起电，进而产生电荷转移，从而引起纳米摩擦部件的静电感应，继而产生感应电流。当振荡体5位于中心管4的顶部时，电荷在上电极累积。当振荡体5被磁力推到底部时，电荷就会流向下电极。所以在振荡体5的重复振荡过程中，摩擦纳米发电组件会产生连续的交流电。
本发明提供了一种结构简单、发电效率高、稳定性好、寿命长的摩擦纳米与电磁发电复合的波能转换装置。摩擦纳米与电磁发电复合的波能转换装置，使得海洋设备实现自供电成为可能。
本发明并不受上述实施方式的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。
综上，本发明公开了一种摩擦纳米与电磁发电复合的波能转换装置，包括中心管、永磁体组件、线圈组、振荡体。永磁体组件设置在中心管两端，发电磁感应线圈组分别设置在中心管两个基板的环槽处，中心管内壁面设有金属板一和金属板二，振荡体外边面沉积有机膜，因受磁排斥力而悬浮在中心管内部。本发明巧妙的利用装置中金属板和有机材料间的摩擦运动和线圈切割磁感线运动，将波浪中的低频能量转化为电能。本发明能够在海洋全天候气候环境中有效工作，有效利用复杂频率的波浪能量，具有结构简单，维修成本低和高可靠性。