CN107196556A - 一种利用波浪能的曲柄滑块式压电发电装置 - Google Patents

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Abstract

本发明属于海洋波浪能收集技术领域,涉及一种利用波浪能的曲柄滑块式压电发电装置,包括发电部分和受波部分,发电部分包括支座和压电俘能筒,压电俘能筒包括筒体、旋转轴和转轮,旋转轴的一端上套有筒体,另一端固定连接有转轮,筒体、旋转轴和转轮均同心设置,筒体固定在支座上,为中空的圆柱体,旋转轴能够绕筒体的轴线旋转;受波部分包括浮漂和浮漂传动杆,转轮远离筒体的侧面上设置有偏心轴,浮漂传动杆的一端与浮漂的一端铰接,浮漂传动杆的另一端与偏心轴铰接。本发明提供一种制造成本低廉,装备简单并能充分利用海洋能发电的曲柄滑块式压电发电装置,以满足航标灯等海洋小型用电设备的用电需求,这对可再生能源的有效利用具有重要的意义。

Description

一种利用波浪能的曲柄滑块式压电发电装置
技术领域
本发明属于海洋波浪能收集技术领域,具体涉及一种利用波浪能的曲柄滑块式压电发电装置。
背景技术
海洋能是人类开始研究较早的能源之一,人们对海洋能的开发从十八世纪末就已经开始,但与其它能源相比,海洋能的开发环境恶劣,发展相对滞后。由于海洋面积占地球总面积的71%,而且海洋能又是清洁的可再生能源,取之不尽、用之不竭,所以各个国家都不断加大对海洋能的探索性投入。随着科学技术的不断发展,许多国家特别是海洋能资源丰富的国家对海洋能开发的大力支持,海洋能的开发已有了突飞猛进的发展,我国从20世纪70年代开始也对海洋能发电进行研究且取得了一定的成绩。
海洋能虽然储量极其丰富,但目前受到收集技术成本昂贵和利用效率低下的制约,波浪能的开发利用一直得不到推广。如果能够得到合理利用,将极大改善我国的能源结构,缓解我国能源短缺问题,保证能源的可持续利用,同时波浪能是清洁无污染的可再生能源,波浪能的合理利用不仅可以缓解经济快速发展受资源短缺的制约程度,也将会极大地改善我们居住的生活环境,提高人们的生活水平。
随着压电技术的发展,压电材料越来越多元化,利用压电材料的正压电效应将机械能转换为电能的转换效率越来越高,进而受到人们的青睐。海洋能作为一种用之不竭且清洁的能源,将压电技术用于海洋能发电方向,设计简单方便的利用海洋能发电的压电装置,可提高海洋能的利用率。
发明内容
本发明提供了一种制造成本低廉,装备简单并能充分利用海洋能发电的曲柄滑块式压电发电装置,以满足航标灯等海洋小型用电设备的用电需求,这对可再生能源的有效利用具有重要的意义。
为了实现上述目的,本发明采用如下技术方案:一种利用波浪能的曲柄滑块式压电发电装置,包括发电部分和受波部分,发电部分包括支座和压电俘能筒,压电俘能筒包括筒体、旋转轴和转轮,旋转轴的一端上套有筒体,另一端固定连接有转轮,筒体、旋转轴和转轮均同心设置,筒体固定在支座上,为中空的圆柱体,旋转轴能够绕筒体的轴线旋转;受波部分包括浮漂和浮漂传动杆,转轮远离筒体的侧面上设置有偏心轴,浮漂传动杆的一端与浮漂的一端铰接,浮漂传动杆的另一端与偏心轴铰接;旋转轴位于压电俘能筒中的部分的表面上设置有拨片,若干个拨片分别沿旋转轴的轴向和周向均匀设置,筒体的内侧表面上还设置有压电片,所述压电片对应拨片的位置一对一设置,旋转轴旋转时,拨片的自由端能够拨动压电片的自由端。
进一步地,所述筒体两个端面的中心处均设置有与旋转轴相适配的滚动轴承,旋转轴与滚动轴承的内圈紧密配合。
进一步地,所述筒体靠近转轮的一侧设置有网状端盖。
优选地,所述浮漂采用轻质材料制成。
进一步地,所述浮漂传动杆通过球形铰链与浮漂的一端铰接。
进一步地,所述浮漂传动杆通过关节轴承与偏心轴铰接。
优选地,所述压电片采用柔性压电材料制成。
本发明的基于压电效应的海洋波浪能发电装置与现有技术相比,具有以下有益效果:
(1)本发明的装置转化效率高,能够将波浪的涌动通过曲柄滑块式传动结构直接转化为柔性压电片的机械运动,这种设计可以减少中间的传动环节,进而提高波浪能到电能的转化率;
(2)本发明的装置利用率高,可以适应水面不规则波浪的驱动,充分采集海面的波浪能,扩大了整个发电装置的应用范围;
(3)本发明的装置结构简单,成本低廉,易于安装,能够广泛使用。
附图说明
图1为本发明整体结构示意图;
图2为本发明的部分剖视图;
图3为旋转轴与拨片排列的结构示意图;
上述图中:1-支座;2-压电俘能筒;21-筒体;22-旋转轴;23-转轮;24-偏心轴;25-拨片;26-压电片;27-滚动轴承;28-网状端盖;3-浮漂;4-浮漂传动杆。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白,以下结合附图和实施例,对本发明进行进一步详细说明。应当理解,此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明,并不用于限定本发明。
如图1所示,一种利用波浪能的曲柄滑块式压电发电装置,包括发电部分和受波部分,发电部分包括支座1和压电俘能筒2,支座1整体为长方体状,其上表面的中部设置有长方体状凹槽用于固定筒体21,凹槽的长度稍大于筒体21的高,宽度稍大于筒体21的直径,深度小于筒体21的半径,这样的设置能够满足对于筒体21的固定,同时避免支座1的深度太大对旋转轴22的转动产生干涉。
如图2所示,压电俘能筒2包括筒体21、旋转轴22和转轮23,旋转轴22的一端上套有筒体21,另一端固定连接有转轮23,筒体21、旋转轴22和转轮23均同心设置,筒体21两个端面的中心处均设置有与旋转轴22相适配的滚动轴承27,旋转轴22与滚动轴承27的内圈紧密配合。旋转轴22在做圆周运动时,它与压电俘能筒之间的滚动摩擦较小,减少了能量的损耗,提高了波浪能到电能的转化率。筒体21固定在支座1上,为中空的圆柱体,旋转轴22能够绕筒体21的轴线旋转。筒体21靠近转轮23的一侧设置有网状端盖28,网状端盖的设计可有效阻止杂物和其它不明物体的影响,而且易于观察,便于维修者后续对装置的安装使用及维护。
受波部分包括浮漂3和浮漂传动杆4,浮漂3除铰接部分外的主体由泡沫材料填充制成,自身重量轻,能够有效随波浪起伏。转轮23远离筒体21的侧面上设置有偏心轴24,浮漂传动杆4的一端通过球形铰链与浮漂3的一端铰接,浮漂传动杆4的另一端通过关节轴承与偏心轴24铰接。旋转轴22位于压电俘能筒2中的部分的表面上设置有拨片25,在本实施例中,设置一组包括6个拨片25,共设置6组,每组内的拨片25沿旋转轴22的周向均匀设置,每组拨片25沿旋转轴22的轴向均匀设置。筒体21的内侧表面上还设置有柔性压电材料制成的压电片26,压电片26对应拨片25的位置一对一设置,旋转轴22旋转时,拨片25的自由端能够拨动压电片26的自由端。
发电装置的工作原理为:该装置主要应用于距离陆地和岛屿比较近的浅海或内河流域,安装在水中结构物(如海洋工程结构的桩柱,内河流域中的桥墩)上。该装置支座1的底面和浮漂3的非铰接端的端面可通过一个L型的结构固定在水中结构物上,整体安装高度要适宜,以便能够使浮漂3漂浮在水面上,浮漂3随着波浪的起伏作上下运动,通过球形铰链、浮漂传动杆4,以及关节轴承的传动,使得转轮23做圆周运动,并带动着分布在旋转轴22表面上的拨片25不断地拨动压电片26产生振动,进而利用压电片26最终实现波浪能到电能的转化。压电片26在振动过程中利用压电效应将机械应变转化成电荷并输出,通过导线接入调理电路进行电能的转化与储存,最终为功耗为瓦量级的海洋设备如航标灯供电。本发明整体结构简单,成本低廉,易于安装,能广泛使用。
本发明采用的传动机构是通过浮漂3、球形铰链、浮漂传动杆4、关节轴承和转轮23构成的曲柄滑块机构,在本实施例中设置传动机构为不锈钢材质以避免生锈,该传动机构结构简单,成本低廉,传递动力大,传递效率高,能够有效地把波浪的冲击转化为旋转轴22的转动,进而产生更多的电能。另外,拨片25和压电片26可以设置多组,以最大限度地提高波浪能到电能的转化量。此外,还可以根据需要设置拨片25和压电片26的数量,设置时要避免周围任意两组间的运动受到干涉。而且浮漂3和浮漂传动杆4是通过球形铰链相连接,具有万向性的特点,可以适应水面不规则波浪的驱动,充分采集海面的波浪能,扩大了整个发电装置的应用范围。
应当理解的是,对本领域普通技术人员来说,可以根据上述说明加以改进或变换,而所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。

Claims (7)

1.一种利用波浪能的曲柄滑块式压电发电装置,包括发电部分和受波部分,其特征在于,发电部分包括支座(1)和压电俘能筒(2),压电俘能筒(2)包括筒体(21)、旋转轴(22)和转轮(23),旋转轴(22)的一端上套有筒体(21),另一端固定连接有转轮(23),筒体(21)、旋转轴(22)和转轮(23)均同心设置,筒体(21)固定在支座(1)上,为中空的圆柱体,旋转轴(22)能够绕筒体(21)的轴线旋转;受波部分包括浮漂(3)和浮漂传动杆(4),转轮(23)远离筒体(21)的侧面上设置有偏心轴(24),浮漂传动杆(4)的一端与浮漂(3)的一端铰接,浮漂传动杆(4)的另一端与偏心轴(24)铰接;旋转轴(22)位于压电俘能筒(2)中的部分的表面上设置有拨片(25),若干个拨片(25)分别沿旋转轴(22)的轴向和周向均匀设置,筒体(21)的内侧表面上还设置有压电片(26),所述压电片(26)对应拨片(25)的位置一对一设置,旋转轴(22)旋转时,拨片(25)的自由端能够拨动压电片(26)的自由端。
2.根据权利要求1所述的利用波浪能的曲柄滑块式压电发电装置,其特征在于,所述筒体(21)两个端面的中心处均设置有与旋转轴(22)相适配的滚动轴承(27),旋转轴(22)与滚动轴承(27)的内圈紧密配合。
3.根据权利要求1所述的利用波浪能的曲柄滑块式压电发电装置,其特征在于,所述筒体(21)靠近转轮(23)的一侧设置有网状端盖(28)。
4.根据权利要求1所述的利用波浪能的曲柄滑块式压电发电装置,其特征在于,所述浮漂(3)采用轻质材料制成。
5.根据权利要求1所述的利用波浪能的曲柄滑块式压电发电装置,其特征在于,所述浮漂传动杆(4)通过球形铰链与浮漂(3)的一端铰接。
6.根据权利要求1所述的利用波浪能的曲柄滑块式压电发电装置,其特征在于,所述浮漂传动杆(4)通过关节轴承与偏心轴(24)铰接。
7.根据权利要求1所述的利用波浪能的曲柄滑块式压电发电装置,其特征在于,所述压电片(26)中至少包含一层压电薄膜材料。
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