[发明专利]一种基于折纸结构的摩擦电-电磁复合能量收集装置

说明书

本发明公开一种基于折纸结构的摩擦电‑电磁复合能量收集装置，包括外壳、支撑板、圆柱滚动体、折纸结构、摩擦感应电极、线圈和柱形磁铁，设有两套独立的自发电系统，分别为摩擦纳米发电系统和电磁发电系统。摩擦纳米发电系统设置于底盘和端盖榫接后形成的内部空腔内，电磁发电系统设置于两个端盖处。以上两种发电系统单独作用、互不干涉，两种发电系统产生的电流通过整流后连接蓄电池而将电能储存在蓄电池中，为海洋设备部组件供电，具有高的能量收集效率，能够利用电磁感应效应和材料之间的摩擦电原理将海洋中的机械能转化为电能。

技术领域

本发明涉及纳米新能源技术领域，尤指一种基于折纸结构的摩擦电-电磁复合能量收集装置，用于收集海洋环境中海浪的能量。

背景技术

化石燃料的持续燃烧使得全球的能源危机进一步加剧，如何开发清洁可再生能源成为新的研究热点。海洋能、风能、太阳能、热能等可再生能源，具有分布广泛、环境污染小、可循环再生等优点。其中，海洋能作为一种清洁可再生能源，具有分布广泛、储量丰富等优点，如何收集和利用这些能量得到了广泛的关注与开发。然而，由于海洋能量的频率较低，传统发电机不具有高效的低频能量收集能力。

摩擦纳米发电机是一个具有高效能量转化能力的新型能量收集装置，工作原理是基于两种具有不同电负性的摩擦材料周期性接触和分离实现的，可以将两个电极的机械运动转换成电位差从而驱动电子在外电路中来回流动。其最独特的特性是能否将环境中产生的低频机械能转化为电能，转化效率高。为了提高摩擦纳米发电机的输出功率，人们在加工接触面纹理、材质等方面做了大量研究，因此高额的材料成本和复杂的加工方式阻碍了摩擦纳米发电机的应用。基于此，如何收集海洋波浪的低频能量，如何设计一种绿色、低成本、高输出功率密度的基于电磁及摩擦发电原理的能量收集装置是本领域技术人员亟待解决的技术问题。

发明内容

为了解决技术背景中存在的问题，本发明的目的在于提出一种基于折纸结构的摩擦电-电磁复合能量收集装置，可用于收集海洋波浪的低频能量，实现高输出功率密度。所述能量收集装置采用基于熔融沉积建模方法直接3D打印柔性热塑性材料制成，可以降低制作成本，同时其抗拉伸性能、防水性能突出，可以很好地适应海洋环境。折纸结构采用激光切割技术对硬纸卡片进行划痕，可以降低制作成本，同时其制作简单、环境友好。

本发明采用的技术方案如下：

一种基于折纸结构的摩擦电-电磁复合能量收集装置，包括外壳、支撑板、圆柱滚动体、折纸结构、摩擦感应电极、线圈和柱形磁铁形成的两套独立的自发电系统，分别为摩擦纳米发电系统和电磁发电系统，所述两套独立的自发电系统产生的电流通过整流后连接蓄电池而将电能储存在蓄电池中，为海洋设备部组件供电；所述圆柱滚动体为中空圆柱外壳，包括上下两个半圆外壳，上下外壳间采用榫接的方式连接，内设有空腔可用于装载柱形磁铁，当受到海浪激励时，圆柱滚动体会沿着端盖上预设轨迹移动，圆柱滚动体内空腔中的柱形磁铁会随之移动，产生变化的磁场，端盖内侧的固定线圈会切割磁感线，在导线内部产生电流；当外壳受到外界机械作用产生运动时，圆柱滚动体会在外壳内部按照预定轨迹做往复运动，从不同位置挤压折纸结构，引起折纸结构的形态变化，在挤压处折纸结构会呈现一种全压缩状态，上下两个表面的感应电极会发生接触，当圆柱滚动体移动到其他位置，此处的折纸结构由于回弹性能优异会恢复到不完全压缩状态，上下两个表面的感应电极分离，完成运动的机械能转化为电能。

优选地,所述外壳包括底盘和端盖两部分，所述底盘和端盖之间采用榫接的方式连接，所述端盖内侧设有滑槽和六个圆柱形孔，圆柱摆固定在滑槽内，按照滑槽预定轨迹滑动，六个圆柱形孔沿曲线均匀分布，柱形磁铁和线圈固定在圆柱孔内；所述底盘上设有圆柱槽与支撑板链接。

优选地,所述支撑板上设有三个平行长方形区域用于固定折纸结构支撑板下方设有圆柱轴铰接在外壳上，可沿圆周发生相互滑动。