CN106050538B - 一种海浪压电发电装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种新颖的海浪压电发电装置，包括浮体和压电发电机，所述支撑浮体外侧上方安装有支撑底板，支撑浮体内侧上方安装有支撑浮体底板，所述支撑浮体上方安装四个导向柱，四个导向柱之间安装有压电发电机，四个导向柱的顶端设有顶板，下部设有轴承支撑板；所述压电发电机包括设置于四个导向柱之间的围壁，在围壁上设置压电振子、传动轴上设置有与围壁上的压电振子相对应的压电振子，所述压电振子外侧贴有永磁体，所述传动轴与浪能采集浮体相连接，传动轴承的上方设有刹车装置，在轴承支撑板和支撑浮体底板之间安装有蓄能弹簧。本发明能够有效防止压电发电装置的压电振子损坏问题，利用旋转传动轴提高浪能利用率。

Description

一种海浪压电发电装置
技术领域
本发明属于波浪发电技术领域，具体涉及一种海浪压电发电装置。
背景技术
近几年环境的不断恶化，让更多的人开始思考环境问题，而引起环境的问题主要原因是一次能源的燃烧，同时温室效应也加剧了环境的恶化，为了解决这些问题，新能源的发展异常迅猛。
2015年哥本哈根会议后，新一轮新能源开发热潮重新涌现。比之太阳能、风能，波浪能开发要远远落后。但目前该项可再生能源的开发在世界范围内如火如荼地开展，据统计，全世界范围内有将近40个的商业波浪发电技术公司在从事该项研究，并预将其推广商业化。同时风能利用技术的不断提高也为浪能的发展提供给了技术支持。从能量密度上看，波浪能是风能的4～30倍，如果能有效地开发海洋上的波浪能，由此其所带来的效益将远高于风能和太阳能。
目前，波浪发电装置有多种类型。根据波能吸收方式的不同可分为点吸收装置，终结型装置和减缓型装置。根据能量传递方式不同，波浪发电装置可以分为机械式、液压式、空气式、电磁式和压电式。
电磁式和压电式能够直接将波能通过电枢的相对运动和压电材料的张拉应变转换为电能，比之其余三种方式更为简单可靠。
由于压电的各种优点，近年来压电技术得到了快速的发展，压电发电机是一种非常绿色的发电机，可以为各种用电设备提供电力，未来有很好的发展前景。
目前应用于海浪发电的装置类型很多，但这些装置都有很多缺点，前期投入成本太大，装置发电效率低下，机械故障率高等缺点阻碍了其大规模应用，如振荡水柱式装置，其先期成本投资大，发电转化效率仅为10％-20％，不能很好的开发浪能，不具有商业价值。且对于传统压电发电机类型的浪能发电装置机械磨损较为严重，接触面积小，浪能利用率低。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：提供一种海浪压电发电装置，丰富浪能发电的装置类型，同时减小压电发电装置的压电振子损坏问题，利用旋转传动轴提高浪能利用率。
本发明要解决的技术问题的技术方案是：
一种海浪压电发电装置，包括浮体和压电发电机，所述浮体包括支撑浮体、浪能采集浮体，所述支撑浮体外侧上方安装有支撑底板，支撑浮体内侧上方安装有支撑浮体底板，所述支撑浮体底板外周上方安装有穿越支撑底板的四个导向柱，在支撑底板上方的四个导向柱之间安装有压电发电机，四个导向柱的顶端设有顶板，用于实现四个导向柱的固定，所述支撑浮体底板上方和支撑底板之间的四个导向柱之间设有轴承支撑板；所述压电发电机包括设置于四个导向柱之间的围壁，在围壁上设置压电振子、在围壁上下端盖之间设有传动轴，传动轴上设置有与围壁上的压电振子相对应的压电振子，所述压电振子外侧贴有永磁体，所述传动轴向上贯穿围壁上端板设有上端轴承，所述传动轴向下贯穿围壁下端板、支撑底板、轴承支撑板、支撑浮体底板与浪能采集浮体相连接，在轴承支撑板的上方处设有传动轴的下部传动轴承，传动轴承的上方设有刹车装置，在轴承支撑板和支撑浮体底板之间安装有蓄能弹簧。
优选的，在所述导向柱和传动轴之间设有位置检测装置，用于采集传动轴到达极限位置的次数，如果超过了一定的次数，说明此时风浪太大，启动刹车装置，保护整个发电设备。
优选的，所述位置检测装置为接近开关、碰触开关、红外开关之一。
优选的，所述导向柱采用筒状钢管，用于减轻装置重量。
优选的，所述支撑浮体为一个马蹄形的非封闭结构。
优选的，所述传动轴下端为螺纹型，与其匹配的传动轴承为螺纹型。
优选的，所述传动轴螺旋的高度与常态下蓄能弹簧的高度一致。
本发明的优异效果：
1.浮体功能独立。浮体采用两用分开方式，将发电机本体与浪能采集浮体分开，支撑发电机的浮体选用刚性好的材料，能有效的减轻作用于波能采集浮体上荷载,为压电发电机提供了一个平稳良好的环境。
2.反射聚波。当采用整体的浮体设计是一个马蹄形的外形时，将波能有效的围圈在里面，对波进行有效的反射，为浪能采集浮体提供最大的动能。
3.非接触式磁力作用方式。不同于一般的压电发电方式，本设计采用的压电振子外侧贴有永磁体，利用磁铁的同极互斥作用实现非接触式传压发电。这种非接触式的压电发电单元设计，减少摩擦耗能和传动轴上压电振子对围壁压电振子直接的刮、划损耗。
4.压电振子布局方式。本设计主要考虑当浮体动能不足，弹簧蓄能不够时会发生反弹作用，提高发电效率，本发明的压电振子采用传动轴上升和下降都可以发电的双重作用发电方式，大大提高发电效率。
5.在轴承上设置有刹车装置，当波浪非常大时，为防止损坏设备，转动轴处于制动状态，整个装置将不工作。
本装置采用压电发电机，结构简单，故障率低，一次成本投入低，维护成本小，与传统浪能发电装置相比投资小。同时本装置采用支撑浮体和浪能采集浮体分开的方法，不仅稳固了装置还有效的积蓄了浪能，提高发电效率；在传动轴方面，本发明采用带螺纹的传动轴和带螺纹的轴承，传动轴旋转上升，增加传动轴上压电振子与围壁上压电振子的接触机会，提高发电效率。在压电振子端部镶嵌有永磁体，传动轴上压电振子也设有永磁体，这样在挤压的过程中避免机械间直接接触，减少了机械磨损，提高了系统运行安全性。
附图说明
此处所说明的附图用以提供对本发明的进一步理解，构成本发明申请的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
图1是本发明一种实施例的结构示意图；
图2是图1的俯视图。
图中；
1、顶板，2、围壁，3、导向柱，4、传动轴承，5、轴承支撑板，6、支撑底板，7、蓄能弹簧，8、支撑底板，9、浪能采集浮体，10、支撑浮体，11、压电振子，12、刹车装置，13、传动轴。
具体实施方式
以下通过特定的具体实施例说明本发明的技术内容，本领域的技术人员可由本说明书揭示的内容轻易地了解本发明的其它优点和功效。本发明亦可通过其它不同的具体实施例加以施行或应用，本说明书中的各项细节亦可基于不同的观点和应用，在不违背本发明的精神下进行各种修饰和变更。
以下结合附图1、2对本发明作进一步详细的说明。
一种海浪压电发电装置，包括浮体和压电发电机，所述浮体包括支撑浮体10、浪能采集浮体9，支撑浮体10主要支撑整个发电装置，浪能采集浮体9主要是采集海浪中的动能。
所述支撑浮体10外侧上方安装有支撑底板6，支撑浮体10内侧上方安装有支撑浮体底板8，所述支撑浮体底板8外周上方安装有穿越支撑底板6的四个导向柱3，在支撑底板6上方的四个导向柱3之间安装有压电发电机，四个导向柱3的顶端设有顶板1，用于实现四个导向柱3的固定，所述支撑浮体底板8上方和支撑底板6之间的四个导向柱3之间设有轴承支撑板5。所述导向柱3采用筒状钢管，用于减轻装置重量。
所述压电发电机包括设置于四个导向柱3之间的围壁2，在围壁2上设置压电振子11、在围壁2上下端盖之间设有传动轴13，传动轴13上设置有与围壁2上的压电振子11相对应的压电振子11，所述压电振子11外侧贴有永磁体。
为保证波能采集浮体9与压电发电机的传动轴13一直处于垂直的状态，避免传动轴13相对的扭曲和摆动产生机械损坏，将四根导向柱分布于浮体和发电机四周，传动轴13的底部固定在波能采集浮体9上。
所述传动轴13向上贯穿围壁2上端板设有上端轴承，所述传动轴13向下贯穿围壁2下端板、支撑底板6、轴承支撑板5、支撑浮体底板8与浪能采集浮体9相连接，在轴承支撑板5的上方处设有传动轴13的下部传动轴承4，传动轴承4的上方设有刹车装置12，在轴承支撑板5和支撑浮体底板8之间安装有蓄能弹簧7。
缠绕在传动轴底部的蓄能弹簧7在波浪力做功时储存能量，当浪能采集浮体9下落时释放推动压电发电机发电。
浪能采集浮体9主要是采集海浪中的动能，该浪能采集浮体9在波浪作用下上下振荡，固定在上面的传动轴13也随之上下运动，进而固定在传动轴13上面的压电振子11上的永磁体相互作用发电，从而将波浪的动能转换为电能输出。
优选的，在所述导向柱3和传动轴13之间设有位置检测装置，用于采集传动轴到达极限位置的次数，如果超过了一定的次数，说明此时风浪太大，启动刹车装置12，保护整个发电设备。所述位置检测装置可以为接近开关、碰触开关、红外开关之一，由安装于导向柱3的感测部件和传动轴13上的传感器相互作用来检测极限位置，该装置由单片机组成的控制系统控制，根据程序的设定，决定极限位置的高度，启动刹车装置的作用次数等。
优选的，所述支撑浮体10为一个马蹄形的非封闭结构。当采用整体的浮体设计是一个马蹄形的外形时，将波能有效的围圈在里面，对波进行有效的反射，为浪能采集浮体提供最大的动能。
优选的，所述传动轴13下端为螺纹型，与其匹配的传动轴承4为螺纹型。且所述传动轴螺旋的高度与常态下蓄能弹簧7的高度一致。在传动轴13方面，本发明采用带螺纹的传动轴13和带螺纹的传动轴承4，传动轴13旋转上升，增加传动轴13上压电振子与围壁2上压电振子11的接触机会，提高发电效率。
虽然本专利已参照较佳的实施例及附图予以说明，然而上述的说明应视为举例性而非限制性，熟悉此项技术者根据本发明的精神所做的变化及修改，均应属于本专利的保护范围。

Claims (6)

1.一种海浪压电发电装置，其特征在于：
包括浮体和压电发电机，所述浮体包括支撑浮体(10)、浪能采集浮体(9)，
所述支撑浮体(10)外侧上方安装有支撑底板(6)，支撑浮体(10)内侧上方安装有支撑浮体底板(8)，所述支撑浮体底板(8)外周上方安装有穿越支撑底板(6)的四个导向柱(3)，在支撑底板(6)上方的四个导向柱(3)之间安装有压电发电机，四个导向柱(3)的顶端设有顶板(1)，用于实现四个导向柱(3)的固定，所述支撑浮体底板(8)上方和支撑底板(6)之间的四个导向柱(3)之间设有轴承支撑板(5)；
所述压电发电机包括设置于四个导向柱(3)之间的围壁(2)，在围壁(2)上设置压电振子(11)、在围壁(2)上下端盖之间设有传动轴(13)，传动轴(13)上设置有与围壁(2)上的压电振子(11)相对应的压电振子(11)，所述压电振子(11)外侧贴有永磁体，所述传动轴(13)下端为螺纹型，与其匹配的传动轴承(4)为螺纹型；
所述传动轴(13)向上贯穿围壁(2)上端板设有上端轴承，所述传动轴(13)向下贯穿围壁(2)下端板、支撑底板(6)、轴承支撑板(5)、支撑浮体底板(8)与浪能采集浮体(9)相连接，在轴承支撑板(5)的上方处设有传动轴(13)的下部传动轴承(4)，传动轴承(4)的上方设有刹车装置(12)，
在轴承支撑板(5)和支撑浮体底板(8)之间安装有蓄能弹簧(7)。
2.根据权利要求1所述的一种海浪压电发电装置，其特征在于：
在所述导向柱(3)和传动轴(13)之间设有位置检测装置，用于采集传动轴到达极限位置的次数，如果超过了一定的次数，启动刹车装置(12)，保护整个发电设备。
3.根据权利要求2所述的一种海浪压电发电装置，其特征在于：
所述位置检测装置为接近开关、碰触开关、红外开关之一。
4.根据权利要求书1中所述的一种海浪压电发电装置，其特征在于：
所述导向柱(3)采用筒状钢管，用于减轻装置重量。
5.根据权利要求书1中所述的一种海浪压电发电装置，其特征在于：
所述支撑浮体(10)为一个马蹄形的非封闭结构。
6.根据权利要求书1中所述的一种海浪压电发电装置，其特征在于：
所述传动轴螺旋的高度与常态下蓄能弹簧(7)的高度一致。
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