CN103982365A - 基于压电效应的小型波浪能发电装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了基于压电效应的小型波浪能发电装置，中心轴杆固定在底座上，构成一个支架，中心轴杆的上端设有上挡板和下端设有下挡板，塑料浮壳为中心旋转体，其中心开孔，嵌套在中心轴杆上，塑料浮壳内置有压力发电装置，所述双层压电材料和中心垫片构成的夹层一端嵌入中心轴杆中，另一端嵌入轴向预负载中，所述推拉力杆一端与轴向预负载相连，另一端与塑料浮壳相连。本发明的技术效果是：通过对小型波浪能的吸收和转换，变为对压电材料的压力，再利用具有压电效应的压电材料，产生电能，可广泛用于比如野外生存、水文监测、导航浮标、沿江路灯供电等方面。

Description

基于压电效应的小型波浪能发电装置

技术领域

    本发明涉及一种将波浪能转换为压力发电的发电装置，具体涉及一种基于压电效应的小型波浪能发电装置。 

背景技术

     海洋波浪蕴藏着巨大的能量通过某种装置可将波浪的能量转换为机械的、气压的或液压的能量，然后通过传动机构、气轮机、水轮机或油压马达驱动发电机发电。由于潜力巨大，在波浪能发电方面，一度被称为发明家的乐园。波浪能发电方式数以千计，按能量中间转换环节主要分为机械式、气动式和液压式三大类。但大规模波浪能发电的成本还难与常规能源发电竞争，特殊用途的小功率波浪能发电，已在导航灯浮标、灯桩、灯塔等上获得推广应用。在边远海岛，小型波浪能发电已可与柴油发电机组发电竞争。预计随着化石能源资源的日趋枯竭， 技术的进步， 波浪能发电将在波浪能丰富的国家逐步占有一定的地位。随着技术的进一步发展和对装置的小型化要求，运用在利用波浪能的装置也具有广泛的价值。波浪能来源广泛，无污染。因而本装置可广泛用于江河湖泊及海岸，为城市基础建设、水文监测、野外活动等提供能源。 

     压电效应：某些电介质在沿一定方向上受到外力的作用而变形时，其内部会产生极化现象，同时在它的两个相对表面上出现正负相反的电荷。当外力去掉后，它又会恢复到不带电的状态，这种现象称为正压电效应。当作用力的方向改变时，电荷的极性也随之改变。相反，当在电介质的极化方向上施加电场，这些电介质也会发生变形，电场去掉后，电介质的变形随之消失，这种现象称为逆压电效应。 

发明内容

     本发明的目的在于提供一种基于压电效应的小型波浪能发电装置，其具有体积小、结构简单、易于组装和维护的优点，且对波浪能敏感、转换不规则能量、能量吸收率高、发电效率高的特点，可广泛用于江河湖泊及海岸，具有一定的市场潜力。 

     本发明是这样来实现的，基于压电效应的小型波浪能发电装置，它包括底座、塑料浮壳、压力发电装置、中心轴杆、上挡板和下挡板，所述压力发电装置由压电材料、中心垫片、轴向预负载和推拉力杆组成；其特征在于：中心轴杆固定在底座上，构成一个支架，中心轴杆的上端设有上挡板和下端设有下挡板，塑料浮壳为中心旋转体，其中心开孔，嵌套在中心轴杆上，塑料浮壳内置有压力发电装置， 

所述双层压电材料和中心垫片构成的夹层一端嵌入中心轴杆中，另一端嵌入轴向预负载中，所述推拉力杆一端与轴向预负载相连，另一端与塑料浮壳相连。

进一步的，所述底座、上下挡板、塑料浮壳和中心轴杆均同轴。 

进一步的，所述双层压电材料和中心垫片构成的夹层在塑料浮壳中共有八组，以中心轴杆的中心轴为轴线，呈辐射状态。 

进一步的，所述压力发电装置为双层夹层结构，中心垫片夹在上下压电材料之间，且与压电材料紧密依附。 

进一步的，所述塑料浮壳上有略大于中心轴杆直径的中心开孔，中心开孔分上开孔和下开孔，下孔上部有倒锥体设计，下孔下部边缘为凸起的流线型设计，塑料浮壳的下端面浮于水面上，并可以随波浪能上下浮动。 

当波浪的能量传到塑料浮壳时，塑料浮壳下边缘凸起结构能够减少自身受波浪能的冲击，而将波浪自然导入塑料浮壳下部，变成上下浮动的力，这样可以实现高吸收率的目的。塑料浮壳下开孔上部的倒锥体设计有利于减少塑料浮壳在上下浮动的过程中的水的溢进，从而延长压电装置的使用寿命。上挡板和下挡板的作用是限制压电材料及中心垫片上下弯曲的角度，从而保护压电材料及中心垫片免受较大能量的冲击。双层压电材料及八轴辐射式的设计，能提高能量的利用率，从而具有效率高的特点。轴向预负载的设计具有两方面的功能，一是用于固定压电材料及中心垫片构成的夹层结构，二是提供惯性，提高发电效率。中心垫片用于保护压电材料，避免使压电材料弯曲过度，而且可以平均压电材料的受力。压电材料是收到压力作用时会在两端面间出现电压的材料，用途广泛。推拉力杆是塑料浮壳将波浪能能量传递给压电材料的中间物质。 

本发明的技术效果是：通过对小型波浪能的吸收和转换，变为对压电材料的压力，再利用具有压电效应的压电材料，产生电能，可广泛用于比如野外生存、水文监测、导航浮标、沿江路灯供电等方面。 

附图说明

图1 为本发明的结构示意图。 

 图2 为本发明压力发电装置的结构示意图。 

图3 为本发明压力发电装置的俯视图。 

 图4 为本发明塑料浮壳的剖面图。 

在图中，1、中心轴杆，2、压力发电装置，3、塑料浮壳，4、上挡板，5、下挡板，6、压电材料，7、中心垫片，8、轴向预负载，9、推拉力杆，10、上开孔，11、下开孔，12、倒锥体，13、下边缘凸起结构，14、底座。 

具体实施方式

以下结合附图说明对本发明的实施例作进一步详细描述，但本实施例并不用于限制本发明，凡是采用本发明的相似结构及其相似变化，均应列入本发明的保护范围。 

如图1、图2、图3和图4所示，本发明是这样实现的，基于压电效应的小型波浪能发电装置，它包括底座14、塑料浮壳3、压力发电装置2、中心轴杆1、上挡板4和下挡板5，所述压力发电装置2由压电材料6、中心垫片7、轴向预负载8和推拉力杆9组成；其特征在于：中心轴杆1固定在底座上14，构成一个支架，中心轴杆1的上端设有上挡板4和下端设有下挡板5，塑料浮壳3为中心旋转体，其中心开孔，嵌套在中心轴杆1上，塑料浮壳2内置有压力发电装置2，所述双层压电材料6和中心垫片7构成的夹层一端嵌入中心轴杆1中，另一端嵌入轴向预负载8中，所述推拉力杆1一端与轴向预负载8相连，另一端与塑料浮壳3相连；所述塑料浮壳3上有略大于中心轴杆1直径的中心开孔，中心开孔分上开孔10和下开孔11，下开孔11上部有倒锥体12设计，下开孔11下部有下边缘凸起结构13，塑料浮壳3的下端面浮于水面上，并可以随波浪能上下浮动。 

    本发明的工作原理是这样的，中心轴杆1固定在底座14上，构成一个支架，具有固定装置的作用。上挡板4和下挡板5的作用是限制压电材料6及中心垫片7上下弯曲的角度，塑料浮壳3为旋转体，能感知水平面各个方向微小能量，其下边缘凸起结构13能够减少自身受波浪能的冲击，而将波浪自然导入塑料浮壳3下部 ，变成上下浮动的力。塑料浮壳3下开孔11上部的倒锥体12设计有利于减少塑料浮壳在上下浮动的过程中的水的溢进。双层压电材料及八轴辐射式的设计。轴向预负载8的设计具有两方面的功能，一是用于固定压电材料及中心垫片构成的夹层结构，二是提供惯性。中心垫片7用于保护压电材料6，避免使压电材料6弯曲过度，而且可以平均压电材料6的受力。压电材料6是收到压力作用时会在两端面间出现电压的材料。推拉力杆9是塑料浮壳3将波浪能能量传递给压电材料6的中间物质。本发明通过塑料浮壳对小型波浪能的吸收和转换，变为对压电材料的压力，再利用具有压电效应的压电材料，产生电能。 

    如图2所示，压力发电装置2呈夹层结构，且端口嵌入轴向预负载8中。如图3所示，压力发电装置2有八组，呈辐射状态。如图4所示，塑料浮壳3为中心旋转体，主要包括上开孔10、下开孔11、倒锥体12、下边缘凸起结构13，能够敏锐的感知水平面上各个方向的波浪能。如图1所示，塑料浮壳3嵌套在中心轴杆1上，且能上下浮动，压力发电装置2分别与塑料浮壳3和中心轴杆1相连。当波浪能传递到塑料浮壳3时，下边缘凸起机构13能够减小对塑料浮壳3的冲击力，并且能将能将导入塑料浮壳3下方，致使塑料浮壳3上下浮动，带动推拉力杆9和轴向预负载8上下运动。由于轴向预负载8与压电材料2和中心垫片7构成的夹层结构相连，从而带动夹层结构上下运动并弯曲，达到施加压力的目的，基于压电效应，因而产生电能。当波浪能的能量较弱时，塑料浮壳3上下运动的幅度小于上、下挡板5设定的运动范围，压力发电装置2的器件处于安全状态；当波浪能的能量较强时，上、下挡板限制塑料浮壳3上下运动的幅度，也能确保压力发电装置器件的安全。 

Claims (5)

1.基于压电效应的小型波浪能发电装置，它包括底座、塑料浮壳、压力发电装置、中心轴杆、上挡板和下挡板，所述压力发电装置由压电材料、中心垫片、轴向预负载和推拉力杆组成；其特征在于：中心轴杆固定在底座上，构成一个支架，中心轴杆的上端设有上挡板和下端设有下挡板，塑料浮壳为中心旋转体，其中心开孔，嵌套在中心轴杆上，塑料浮壳内置有压力发电装置，所述双层压电材料和中心垫片构成的夹层一端嵌入中心轴杆中，另一端嵌入轴向预负载中，所述推拉力杆一端与轴向预负载相连，另一端与塑料浮壳相连。

2.根据权利要求所述的基于压电效应的小型波浪能发电装置，其特征在于：所述底座、上下挡板、塑料浮壳和中心轴杆均同轴。

3.根据权利要求所述的基于压电效应的小型波浪能发电装置，其特征在于：所述双层压电材料和中心垫片构成的夹层在塑料浮壳中共有八组，以中心轴杆的中心轴为轴线，呈辐射状态。

4.根据权利要求所述的基于压电效应的小型波浪能发电装置，其特征在于：所述压力发电装置为双层夹层结构，中心垫片夹在上下压电材料之间，且与压电材料紧密依附。

5.根据权利要求所述的基于压电效应的小型波浪能发电装置，其特征在于：所述塑料浮壳上有略大于中心轴杆直径的中心开孔，中心开孔分上开孔和下开孔，下孔上部有倒锥体设计，下孔下部设有边缘凸起结构，塑料浮壳的下端面浮于水面上。