CN105071695B - 仿生柔性胸鳍波动式波浪能转换装置 - Google Patents

Abstract

仿生柔性胸鳍波动式波浪能转换装置，它涉及一种能量转换装置，以解决现有波浪发电装置存在结构复杂、能量转换效率低、不易维护和成本较高的问题，它包括柔性顶板、底板、敞口盒体、M组激振器总成、多个悬臂梁压电俘能器、多个激振永磁体片和多个受激永磁体片，每组激振器总成包括多个激振器；M组激振器总成布置在底板上；每个激振器包括圆筒、激振杆、连接板、上弹簧和下弹簧；上弹簧和下弹簧位于竖向设置的圆筒内，圆筒的下端固装在底板上，底板盖装在敞口盒体上，每个悬臂梁压电俘能器的压电片水平布置，每个悬臂梁压电俘能器的压电片的上表面固装有一个受激永磁体片，激振永磁体片与受激永磁体片的极性相同。本发明用于水力发电。

Description

仿生柔性胸鳍波动式波浪能转换装置

技术领域

本发明涉及一种能量转换装置，具体涉及一种仿生柔性胸鳍波动式波浪能转换装置，属于水力发电新能源领域。

背景技术

随着自然资源的逐步减少，不消耗自然资源和能反复多次使用的能源正在不断研发，而利用自然界水力进行发电，为各种设施进行供电的系统符合当今节能、环保、低碳的发展趋势。目前有各种各样的波浪能发电装置，其原因均是依靠波浪运动过程中产生的压差做功，通过能量转换装置将波浪能转换成电能。

公开日为2010年5月19日、公开号为CN101709683A、发明名称为“水母式波浪能利用装置”的专利申请，它首次提出了一种采用囊结构随波浪运动而带动能量转换装置发电的波浪发电装置，成功地避免了传统水力发电体积大、无法大规模应用的问题；但是，其结构复杂、能量转换效率低、不易维护、成本较高。

发明内容

本发明为解决现有波浪发电装置存在结构复杂、能量转换效率低、不易维护和成本较高的问题，进而提供一种仿生柔性胸鳍波动式波浪能转换装置。

本发明为解决上述问题采取的技术方案是：本发明的仿生柔性胸鳍波动式波浪能转换装置包括柔性顶板、底板、敞口盒体、M组激振器总成、多个悬臂梁压电俘能器、多个激振永磁体片和多个受激永磁体片，每组激振器总成包括多个激振器；其中M为正整数，且M≥2，M组激振器总成布置在底板上；

每个激振器包括套筒、激振杆、连接板、上弹簧和下弹簧；上弹簧和下弹簧位于竖向设置的套筒内，套筒的下端固装在底板上，底板盖装在敞口盒体上，激振杆下端依次穿过套筒和底板并伸入敞口盒体内，上弹簧和下弹簧由上至下依次套装在激振杆上，上弹簧和下弹簧之间的激振杆上套装有与激振杆连接的连接板，连接板能在套筒内壁面上滑动，上弹簧的下端顶靠在连接板上，上弹簧的上端连接在套筒的上端，下弹簧的上端顶靠在连接板上，下弹簧的下端连接在套筒的下端，激振杆的下端面上固装有激振永磁体片，激振杆的上端与柔性顶板的下表面转动连接；

敞口盒体内固装有多个悬臂梁压电俘能器，每个悬臂梁压电俘能器的压电片水平布置，每个悬臂梁压电俘能器的压电片的上表面固装有一个受激永磁体片，每个激振永磁体片的下方至少对应有一个受激永磁体片，激振永磁体片与受激永磁体片的极性相同。

本发明的有益效果是：本发明的仿生柔性胸鳍波动式波浪能转换装置主要通过柔性顶板带动敞口盒体内多个悬臂梁压电俘能器的竖直摆动来发电。当柔性顶板在水中时，会随着波浪的起伏而运动，从而带动固连在其下方的多个激振杆做竖直方向上的往复振动。由于激振杆在竖直方向上的振动会改变其底部激振永磁体与悬臂梁压电俘能器上的受激永磁体之间的距离，因此由于磁力的变化会使得悬臂梁压电俘能器激振发电。

本发明的仿生柔性胸鳍波动式波浪能转换装置采用使悬臂梁压电俘能器激振的方式发电，加工装配十分简便，结构简单；此外，可以通过改变柔性顶板的面积和刚度来使其在激振过程中拥有较为理想的激振频率，提高发电效率。发电效率提高了55％-70％。

本发明的仿生柔性胸鳍波动式波浪能转换装置具有结构简单、能量转换效率高、易于维护、成本较低的优点。

附图说明

图1是本发明的仿生柔性胸鳍波动式波浪能转换装置的整体结构示意图，图2是本发明的仿生柔性胸鳍波动式波浪能转换装置的主剖面图，图3是本发明的柔性顶板的立体结构示意图，图4是激振器的整体结构示意图，图5是激振杆与连接板连接的结构示意图，图6是敞口盒体的整体结构示意图，图7是图6中敞口盒体与悬臂梁压电俘能器的结构示意图，图8是柔性顶板在流体中变形示意图，图9是受激永磁体运动带动悬臂梁压电俘能器变形而发电的原理图。

具体实施方式

具体实施方式一：结合图1-图7说明，本实施方式的仿生柔性胸鳍波动式波浪能转换装置包括柔性顶板1、底板9、敞口盒体3、M组激振器总成、多个悬臂梁压电俘能器8、多个激振永磁体片6和多个受激永磁体片7，每组激振器总成包括多个激振器2；其中M为正整数，且M≥2，M组激振器总成布置在底板9上；

每个激振器2包括套筒2-1、激振杆2-2、连接板2-3、上弹簧2-4和下弹簧2-5；上弹簧2-4和下弹簧2-5位于竖向设置的套筒2-1内，套筒2-1的下端固装在底板9上，底板9盖装在敞口盒体3上，激振杆2-2下端依次穿过套筒2-1和底板9并伸入敞口盒体3内，上弹簧2-4和下弹簧2-5由上至下依次套装在激振杆2-2上，上弹簧2-4和下弹簧2-5之间的激振杆2-2上套装有与激振杆2-2连接的连接板2-3，连接板2-3能在套筒2-1内壁面上滑动，上弹簧2-4的下端顶靠在连接板2-3上，上弹簧2-4的上端连接在套筒2-1的上端，下弹簧2-5的上端顶靠在连接板2-3上，下弹簧2-5的下端连接在套筒2-1的下端，激振杆2-2的下端面上固装有激振永磁体片6，激振杆2-2的上端与柔性顶板1的下表面转动连接；

敞口盒体3内固装有多个悬臂梁压电俘能器8，每个悬臂梁压电俘能器8的压电片水平布置，每个悬臂梁压电俘能器8的压电片的上表面固装有一个受激永磁体片7，每个激振永磁体片6的下方至少对应有一个受激永磁体片7，激振永磁体片6与受激永磁体片7的极性相同。

本实施方式的激振杆2-2的上端与固定在柔性顶板1的下表面上铰座4转动连接，激振杆2-2穿设在套筒2-1内，套筒2-1的上端盖装有上端盖2-6，套筒2-7的下端带有底座，上弹簧2-4的上端顶靠在上端盖2-6上，下弹簧2-5的下端顶靠在套筒2-7的底座上，敞口盒体3内底面上安装有并列布置的两根固定杆3-3，每个固定杆3-3的两侧沿其长度方向布置有多个悬臂梁压电俘能器8，每个悬臂量压电俘能器8的夹紧端布置在固定杆3-3上的凹槽3-6内，压板3-4及旋拧在压板上的螺钉3-5将悬臂梁压电俘能器8压紧在固定杆3-3上。

具体实施方式二：结合图1说明，本实施方式的柔性顶板1为硅胶顶板。如此设置，在水中时，柔性顶板会随着波浪的起伏而运动，从而带动固连在其下方的激振杆做竖直方向上的往复振动，进而激振永磁体带动受激永磁体上下运动变形实现发电。而且硅胶化学性质稳定，有较高的机械强度和耐腐蚀性，满足设计要求和实际需要。

具体实施方式三：结合图2和图5说明，本实施方式的套筒2-1为圆形套筒，连接板2-3为圆环形连接板，连接板2-3的外周侧面与套筒2-1的内壁面滑动接触。如此设置，结构简单，设计合理，运行稳定可靠。其它与具体实施方式一或二相同。

具体实施方式四：结合图1说明，本实施方式的多个激振器2呈矩形阵列布置在底板9上。如此设置，柔性壳体在流体水中随着波浪的起伏运动，多个激振器2有规律的运动，悬臂梁压电俘能器也能有规律的运行，稳定发电。本实施方式的每组激振器总成中的多个激振器5也可以呈环形阵列布置在底板9上，M组激振器总成构成同心的内外多环结构，此时，激振器总成的组数为3组，第一组激振器总成的激振器5的数量为4个，第二组激振器总成的激振器5的数量为6个，第三组激振器总成的激振器5的数量为8个。其它与具体实施方式三相同。

具体实施方式五：结合图1说明，本实施方式的激振器总成的组数为三组，每组激振器总成的激振器2的数量为三个。如此设置，数量设计适中，满足实际需要。其它与具体实施方式四相同。

具体实施方式六：结合图1、图6和图7说明，本实施方式的敞口盒体3为长方体形敞口盒体。如此设置，制造容易，使用方便。其它与具体实施方式五相同。

具体实施方式七：结合图1、图2和图7说明，本实施方式的三组激振器总成沿敞口盒体3的长度方向并列布置，中间组激振器总成的每个激振永磁体片6的下方对应有两个受激永磁体片7，剩余组激振器总成的每个激振永磁体片6的下方对应有一个受激永磁体片7。如此布置，节约了激振永磁体的数量，也减少了激振器布置空间，同时，悬臂梁压电俘能器的发电效率较高。其它与具体实施方式六相同。

工作过程

本发明的仿生柔性胸鳍波动式波浪能转换装置在制造的时候，悬臂梁压电俘能器8的基板选用磷青铜，用砂纸把其表面的氧化膜除去，并且压电片和受激永磁体粘接之前需用丙酮清洗。粘接完成后用细导线在每一块悬臂梁压电俘能器的上下两表面连接，分别引出两个电极。

本实施方式的激振永磁体和受激永磁体的极性相同，结构紧凑，设计灵活，避免了激振杆与悬臂梁压电俘能器之间的刚性冲击，同时保持了优越的发电效果。

结合图8-图9说明，图9中竖向的双箭头方向表示激振永磁体上下运动方向，而弯曲的双箭头方向表示悬臂梁压电俘能器8偏摆运动方向。图8为本发明的仿生柔性胸鳍波动式波浪能转换装置的柔性顶板1置于流体水10中，会随着波浪的起伏而运动，图9为柔性顶板1在水中随着波浪的起伏而运动，带动激振杆2-2下端面的激振永磁体片6上下运动，激振永磁体片6与位于其下方的同磁极性的受激永磁体片7排斥，进而使悬臂梁压电俘能器8竖直往复偏摆激振产生电能。

Claims (7)

1.仿生柔性胸鳍波动式波浪能转换装置，其特征在于：它包括柔性顶板(1)、底板(9)、敞口盒体(3)、M组激振器总成、多个悬臂梁压电俘能器(8)、多个激振永磁体片(6)和多个受激永磁体片(7)，每组激振器总成包括多个激振器(2)；其中M为正整数，且M≥2，M组激振器总成布置在底板(9)上；每个激振器(2)包括套筒(2-1)、激振杆(2-2)、连接板(2-3)、上弹簧(2-4)和下弹簧(2-5)；上弹簧(2-4)和下弹簧(2-5)位于竖向设置的套筒(2-1)内，套筒(2-1)的下端固装在底板(9)上，底板(9)盖装在敞口盒体(3)上，激振杆(2-2)下端依次穿过套筒(2-1)和底板(9)并伸入敞口盒体(3)内，上弹簧(2-4)和下弹簧(2-5)由上至下依次套装在激振杆(2-2)上，上弹簧(2-4)和下弹簧(2-5)之间的激振杆(2-2)上套装有与激振杆(2-2)连接的连接板(2-3)，连接板(2-3)能在套筒(2-1)内壁面上滑动，上弹簧(2-4)的下端顶靠在连接板(2-3)上，上弹簧(2-4)的上端连接在套筒(2-1)的上端，下弹簧(2-5)的上端顶靠在连接板(2-3)上，下弹簧(2-5)的下端连接在套筒(2-1)的下端，激振杆(2-2)的下端面上固装有激振永磁体片(6)，激振杆(2-2)的上端与柔性顶板(1)的下表面转动连接；敞口盒体(3)内固装有多个悬臂梁压电浮能器(8)，每个悬臂梁压电俘能器(8)的压电片水平布置，每个悬臂梁压电俘能器(8)的压电片的上表面固装有一个受激永磁体片(7)，每个激振永磁体片(6)的下方至少对应有一个受激永磁体片(7)，激振永磁体片(6)与受激永磁体片(7)的极性相同。

2.根据权利要求1所述的仿生柔性胸鳍波动式波浪能转换装置，其特征在于：柔性顶板(1)为硅胶顶板。

3.根据权利要求1或2所述的仿生柔性胸鳍波动式波浪能转换装置，其特征在于：套筒(2-1)为圆形套筒，连接板(2-3)为圆环形连接板，连接板(2-3)的外周侧面与套筒(2-1)的内壁面滑动接触。

4.根据权利要求3所述的仿生柔性胸鳍波动式波浪能转换装置，其特征在于：多个激振器(2)呈矩形阵列布置在底板(9)上。

5.根据权利要求4所述的仿生柔性胸鳍波动式波浪能转换装置，其特征在于：激振器总成的组数为三组，每组激振器总成的激振器(2)的数量为三个。

6.根据权利要求5所述的仿生柔性胸鳍波动式波浪能转换装置，其特征在于：敞口盒体(3)为长方体形敞口盒体。

7.根据权利要求6所述的仿生柔性胸鳍波动式波浪能转换装置，其特征在于：三组激振器总成沿敞口盒体(3)的长度方向并列布置，中间组激振器总成的每个激振永磁体片(6)的下方对应有两个受激永磁体片(7)，剩余组激振器总成的每个激振永磁体片(6)的下方对应有一个受激永磁体片(7)。