本發(fā)明涉及一種基于靜電感應－直流放電復合效應的自供能浮標裝置，屬于浮標裝置。

背景技術：

1、摩擦納米發(fā)電機(teng)是一種基于摩擦電效應和靜電感應的裝置，用于將機械能(如波浪、振動等)轉化為電能，其基本原理是當兩種不同材料(如cu和fep)接觸并分離時，因它們的電子親和性不同，會發(fā)生電荷轉移，導致一個材料表面帶正電，另一個材料表面帶負電，這些電荷在分離過程中被鎖定在材料表面，形成一個靜電場，并在外部電路中產生電勢差，進而驅動電流流動，通過周期性的接觸－分離運動，持續(xù)生成電荷分離，形成交變電流。

2、teng可以工作在不同模式下，如垂直接觸－分離模式、橫向滑動模式、單電極模式和獨立層模式，其中，垂直接觸－分離模式在波浪能收集中應用廣泛，通過外部波浪的作用，兩種材料反復接觸與分離，產生周期性的電荷轉移，電勢差的形成推動電子在外電路中流動，從而完成機械能到電能的轉化。

3、近年來，摩擦納米發(fā)電機在收集波浪能方面展現(xiàn)出獨特優(yōu)勢，但當前裝置在輸出性能和耐久性方面仍存在明顯不足，例如，基于靜電感應的裝置輸出功率較低，而基于直流放電的裝置在高穩(wěn)定性方面仍待改進，傳統(tǒng)的電磁發(fā)電裝置雖然可靠，但體積大、成本高，難以滿足廣泛分布的海洋傳感器節(jié)點供電需求，現(xiàn)有技術中隨著分布式海洋傳感器節(jié)點對自供能裝置的需求日益增加，基于靜電感應-直流放電耦合效應的發(fā)電技術逐漸成為解決方案的核心。

4、在低頻波浪能收集領域，摩擦納米發(fā)電機(teng)通過接觸分離的摩擦過程生成電荷，但單純依靠摩擦電效應難以保證足夠的能量積累和輸出。其次在現(xiàn)有技術中自供能浮標裝置利用材料間的摩擦起電和靜電感應效應來積累電荷。當浮標在波浪作用下運動時，發(fā)電單元中的兩種材料(如銅和fep)周期性接觸與分離。接觸分離過程中，摩擦起電現(xiàn)象使兩個摩擦材料產生初始的凈電荷差，隨后靜電感應使得兩個電極上開始積累電荷，使電極間形成顯著的電勢差。這一過程中，電荷在每個周期內不斷累積，并準備釋放。然而，單純的電荷積累并不能充分提高輸出，必須借助直流放電技術來優(yōu)化能量釋放為了提高效率和穩(wěn)定性，為此設計一種基于靜電感應－直流放電復合效應的自供能浮標裝置來解決上述問題。

技術實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的主要目的是為了提供基于靜電感應－直流放電復合效應的自供能浮標裝置。

2、本發(fā)明的目的可以通過采用如下技術方案達到：

3、基于靜電感應－直流放電復合效應的自供能浮標裝置，包括用于漂浮的漂浮裝置主體；

4、漂浮裝置主體內安裝有發(fā)電單元、開關裝置、能量俘獲系統(tǒng)、固定支座和壓鐵環(huán)；

5、漂浮裝置主體內環(huán)繞對稱安裝有發(fā)電單元，兩組發(fā)電單元的連接處貫穿安裝有壓鐵環(huán)，壓鐵環(huán)的軸心兩側對稱安裝有開關裝置和能量俘獲系統(tǒng)；

6、兩組發(fā)電單元之間固定安裝有固定支座。

7、優(yōu)選的、發(fā)電單元上安裝有銅摩擦電層的銅電極、fep摩擦層背后的銅電極、銅摩擦電層、fep摩擦電層、柔性連接件和球殼連接支座組成；

8、發(fā)電單元上分布有銅摩擦電層和fep摩擦電層，銅摩擦電層和fep摩擦電層的外側對接處兩側分別安裝有銅摩擦電層的銅電極和fep摩擦層背后的銅電極，銅摩擦電層的銅電極和fep摩擦層背后的銅電極的外側分別安裝有球殼連接支座和連接件。

9、優(yōu)選的、能量俘獲系統(tǒng)由連接件、擺錘、減摩軸、擺錘連接塊和t型連接塊組成；

10、能量俘獲系統(tǒng)上安裝有t型連接塊，t型連接塊一側安裝有擺錘連接塊，t型連接塊上一側安裝有減摩軸，擺錘連接塊一側擺動安裝有擺錘連接塊。

11、優(yōu)選的、開關裝置由端口一、端口二、端口三、延緩裝置、連接能量俘獲系統(tǒng)和固定開關位置支架組成；

12、開關裝置上安裝有固定開關位置支架，固定開關位置支架的一端安裝有連接能量俘獲系統(tǒng)，固定開關位置支架的另一端兩側對稱分布有端口一、端口二和端口三，端口一、端口二和端口三一側安裝有延緩裝置。

13、優(yōu)選的、固定支座固定在漂浮裝置主體內。

14、優(yōu)選的、發(fā)電單元上的銅摩擦電層和fep摩擦電層為交錯安裝結構。

15、優(yōu)選的、在微動開關上鐵片未受外力下壓時，開關內端口一與端口三端口導通、端口二斷開，在鐵片下壓后，開關內端口一與端口二導通、端口三斷開。

16、優(yōu)選的、發(fā)電單元波浪頻率為1.5hz，波幅為40mm時，最大短路電流為210μa，最大開路電壓為2000v，峰值功率密度達7.25w/m3。

17、本發(fā)明的有益技術效果：

18、本發(fā)明提供的基于靜電感應－直流放電復合效應的自供能浮標裝置，本發(fā)明設計了一種能夠利用摩擦納米發(fā)電機原理并結合直流放電效應的自供能浮標裝置，旨在高效地收集海洋波浪能，穩(wěn)定供電并提高功率輸出，進而解決小型電子設備的能源供應問題，通過實驗室臺架試驗、造波水槽實驗和真實海況實驗，驗證了本裝置在多種工作環(huán)境下的優(yōu)異性能；

19、實驗數(shù)據(jù)顯示，該裝置在波浪頻率為1.5hz，波幅為40mm時，最大短路電流為210μa，最大開路電壓為2000v，峰值功率密度達7.25w/m3，裝置能夠成功點亮7200個led燈珠，且為商用溫濕度傳感器提供穩(wěn)定供電，通過一系列實驗驗證，本裝置具備高效、穩(wěn)定的波浪能捕獲能力，適用于智慧海洋監(jiān)測系統(tǒng)中的分布式傳感器節(jié)點供電。

技術特征：

1.基于靜電感應－直流放電復合效應的自供能浮標裝置，其特征在于：包括用于漂浮的漂浮裝置主體(23)；

2.根據(jù)權利要求1所述的基于靜電感應－直流放電復合效應的自供能浮標裝置，其特征在于：發(fā)電單元(1)上安裝有銅摩擦電層的銅電極(6)、fep摩擦層背后的銅電極(7)、銅摩擦電層(8)、fep摩擦電層(9)、柔性連接件(10)和球殼連接支座(11)組成；

3.根據(jù)權利要求2所述的基于靜電感應－直流放電復合效應的自供能浮標裝置，其特征在于：能量俘獲系統(tǒng)(3)由連接件(12)、擺錘(13)、減摩軸(14)、擺錘連接塊(15)和t型連接塊(16)組成；

4.根據(jù)權利要求3所述的基于靜電感應－直流放電復合效應的自供能浮標裝置，其特征在于：開關裝置(2)由端口一(17)、端口二(18)、端口三(19)、延緩裝置(20)、連接能量俘獲系統(tǒng)(21)和固定開關位置支架(22)組成；

5.根據(jù)權利要求4所述的基于靜電感應－直流放電復合效應的自供能浮標裝置，其特征在于：固定支座(4)固定在漂浮裝置主體(23)內。

6.根據(jù)權利要求5所述的基于靜電感應－直流放電復合效應的自供能浮標裝置，其特征在于：發(fā)電單元(1)上的銅摩擦電層(8)和fep摩擦電層(9)為交錯安裝結構。

7.根據(jù)權利要求6所述的基于靜電感應－直流放電復合效應的自供能浮標裝置，其特征在于：在微動開關上鐵片未受外力下壓時，開關內端口一(17)與端口三(19)端口導通、端口二(18)斷開，在鐵片下壓后，開關內端口一(17)與端口二(18)導通、端口三(19)斷開。

8.根據(jù)權利要求7所述的基于靜電感應－直流放電復合效應的自供能浮標裝置，其特征在于：發(fā)電單元(1)波浪頻率為1.5hz，波幅為40mm時，最大短路電流為210μa，最大開路電壓為2000v，峰值功率密度達7.25w/m3。

技術總結
本發(fā)明公開了基于靜電感應－直流放電復合效應的自供能浮標裝置，屬于浮標裝置技術領域，兩組發(fā)電單元的連接處貫穿安裝有壓鐵環(huán)，旨在高效地收集海洋波浪能，穩(wěn)定供電并提高功率輸出，進而解決小型電子設備的能源供應問題，通過實驗室臺架試驗、造波水槽實驗和真實海況實驗，驗證了本裝置在多種工作環(huán)境下的優(yōu)異性能，實驗數(shù)據(jù)顯示，該裝置在波浪頻率為1.5Hz，波幅為40mm時，最大短路電流為210μA，最大開路電壓為2000V，峰值功率密度達7.25W/m<supgt;3</supgt;，裝置能夠成功點亮7200個LED燈珠，且為商用溫濕度傳感器提供穩(wěn)定供電，通過一系列實驗驗證，本裝置具備高效、穩(wěn)定的波浪能捕獲能力，適用于智慧海洋監(jiān)測系統(tǒng)中的分布式傳感器節(jié)點供電。

技術研發(fā)人員：趙波,王懿民,田太莉,李整林,肖鵬,徐靈基
受保護的技術使用者：中山大學
技術研發(fā)日：
技術公布日：2025/4/28