CN107605653A - 一种潮流能发电装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及发电技术领域，具体而言，涉及一种潮流能发电装置，包括：浮体，具有一密封的空腔；压电发电机构，设于浮体的空腔内；以及振子机构，包括设于浮体底部的振子架体和设有振子架体内的柱状振子；柱状振子相对于浮体的顶端面连接有一连杆，该连杆的活动端伸入浮体的空腔中与压电发电机构相连；柱状振子的铅锤方向下端侧轴支有一支撑杆，该支撑杆与流体的流动方向平行；振子架体的内腔壁设有一组分别适于支撑杆的两端部滑动的导轨，即柱状振子适于自激振动沿着导轨方向往复运动。本发明的潮流发电装置能利用潮流能发电，节能环保。

Description

一种潮流能发电装置

技术领域

本发明涉及发电技术领域，具体而言，涉及一种潮流能发电装置。

背景技术

潮汐是海水在月球、太阳等引力作用下形成的周期性海水涨落现象，海水潮汐伴随两种运动形态：一是涨潮和退潮引起的海水垂直升降，即通常所指的潮汐；二是海水的水平运动，即海流。前者(海水垂直升降)所携带的能量(潮汐能)为势能；而后者所携带的能量(潮流能)为动能。与其他发电方式相比，利用潮流能发电有以下特点：潮流能使一种可再生的清洁能源；潮流能的能量密度远大于风能和太阳能，且总储量巨大；潮流能是一种可随时间、空间而变化的能源，但其变化有规律可循，并可提前预测预报；潮流能发电无需拦海建坝，对海洋环境影响小。因此，开发设计能利用潮流能发电的装置不仅对于能源领域具有非常重要的意义，对于环境保护领域也同样意义重大。

发明内容

本发明的目的是提供一种潮流能发电装置，以解决利用潮流能发电的技术问题。

为了实现上述目的，本发明实施例采用的技术方案如下：

本发明实施例提供了一种潮流能发电装置，包括：

浮体，具有一密封的空腔；

压电发电机构，设于所述浮体的空腔内；以及

振子机构，包括设于浮体底部的振子架体和设有所述振子架体内的柱状振子；所述柱状振子相对于所述浮体的顶端面连接有一连杆，该连杆的活动端伸入所述浮体的空腔中与所述压电发电机构相连；所述柱状振子的铅垂方向下端侧轴支有一支撑杆，该支撑杆与流体的流动方向平行；所述振子架体的内腔壁设有一组分别适于所述支撑杆的两端部滑动的导轨，即所述柱状振子适于自激振动沿着导轨方向往复运动。

进一步的，所述振子架体的内腔上部设置有一横梁，所述连杆通过导套穿设在所述横梁上。

进一步的，所述压电发电机构包括连接板和若干压电发电组件；

所述压电发电组件包括弹性梁和若干设于所述弹性梁的上、下端面上的压电陶瓷片；

所述弹性梁的一端和所述连接板固定连接，另一端与所述浮体的空腔壁相连；

各个所述压电发电组件的弹性梁位于同一平面；

所述连杆伸入所述浮体的空腔中与所述连接板固定相连。

进一步的，若干压电发电组件的个数为4个，且各个压电发电组件的弹性梁之间的夹角均相等。

进一步的，所述压电陶瓷片均沿着厚度方向极化。

进一步的，所述压电陶瓷片包括：多层压电陶瓷叠堆、至少一层增韧陶瓷层，以及多个内电极和一对外电极；其中

至少一层增韧陶瓷层，集成于所述多层压电陶瓷叠堆上；

多个内电极，适于发现压电特性；多个所述内电极设于每相邻两层所述压电陶瓷之间且隔着压电陶瓷彼此相向分布；

一对外电极，对称地沿着所述多层压电陶瓷叠堆的高度方向设置于所述多层压电陶瓷叠堆的两侧；以及

每间隔相邻的两个所述内电极通过所述外电极连接。

进一步可选的，至少一层所述增韧陶瓷层包括一层所述增韧陶瓷层；以及

一层所述增韧陶瓷层设于所述多层压电陶瓷叠堆的顶端面或底端面或中部。

进一步可选的，至少一层所述增韧陶瓷层包括两层所述增韧陶瓷层；以及

两层所述增韧陶瓷层分别设于所述多层压电陶瓷叠堆的顶端面和底端面。

进一步的，所述连杆与所述浮体的空腔壁相接处设有用于防水的密封件。

进一步的，所述浮体与振子架体之间通过连接把相连，所述连接把包括一基部和分别设于基部两端的翼部，所述翼部适于贴合于浮体和/或振子架体的外表面；

所述翼部设有螺孔，即通过螺栓实现翼部与浮体和/或振子架体的装配。

本发明具有以下有益效果：通过设计在浮体的空腔中的压电发电机构，可充分利用潮流涌动的巨大动能使振子机构自激振动，进而驱动压电发电机构发电，从而实现潮流能的开发和利用。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

图1示出了本发明所提供的一种潮流能发电装置的整体结构示意图；

图2示出了本发明所提供的一种潮流能发电装置的压电发电机构的示意图；

图3示出了本发明所提供的一种潮流能发电装置的压电发电机构的压电陶瓷片的示意图。

图中：浮体100、空腔110、密封件114、连接把116、翼部118、压电发电机构200、连接板202、压电发电组件204、弹性梁2041、压电陶瓷片2042、通孔2021、球体206、振子机构300、振子架体303、柱状振子305、连杆306、支撑杆308、导轨310、螺栓313、分力翅315、横梁318、导套320、压电陶瓷叠堆501、内电极503、外电极505、增韧陶瓷层510。

具体实施方式

现在结合附图对本发明作进一步详细的说明。这些附图均为简化的示意图，仅以示意方式说明本发明的基本结构，因此其仅显示与本发明有关的构成。

请参阅图1，本发明提供了一种潮流能发电装置，包括：浮体100、压电发电机构200和振子机构300。

浮体100，具有一密封的空腔110。

振子机构300，包括设于浮体100底部的振子架体303和设有振子架体303内的柱状振子305；柱状振子305相对于浮体100的顶端面连接有一连杆306，该连杆306的活动端伸入浮体100的空腔110中与压电发电机构200相连；柱状振子305的铅垂方向下端侧轴支有一支撑杆308，该支撑杆308与流体的流动方向平行；振子架体303的内腔壁设有一组分别适于支撑杆308的两端部滑动的导轨310，即柱状振子305适于自激振动沿着导轨310方向往复运动，导轨310可采用螺栓313装配于振子架体303的内腔壁。

由于柱状振子305顶端面的连杆306的一端伸入浮体100的空腔110中与压电发电机构200相连，因此，由于受到连杆306与压电发电机构200相连端的限定作用，柱状振子306自激振动沿着导轨310方向移动的距离有限，即能通过一定距离的移动产生对压电发电机构200的振动效果即可实现本发明的发电效能，故此，导轨310的长度设计不需太长，以满足柱状振子306自激振动产生的位移即可。

压电发电机构200，设于浮体100的空腔110内。压电发电机构200包括连接板202和若干压电发电组件204；压电发电组件204包括弹性梁2041和若干设于弹性梁2041的上、下端面上的压电陶瓷片2042；弹性梁2041的一端和连接板202固定连接，另一端与浮体100的空腔110壁相连；各个压电发电组件204的弹性梁2041位于同一平面；连杆306伸入浮体100的空腔110中与连接板202固定相连。连接板202上设有适于连杆306穿过的通孔2021，且连杆306穿出连接板202上通孔2021的一端设有用于限位的球体206。

为了使得柱状振子305充分感受到潮浪的作用力，柱状振子305底端面凸出振子架体303。

为了提高振子架体303在潮流中不翻转，振子架体303的外表面均匀分布若干分力翅315，以从各个角度分解潮流的作用力，提高振子架体303使用的稳定性。通过设置的振子架体303提高了浮体100纵向的拉力，从而避免了浮体100的向侧方向的翻转倾斜，从而使得潮浪对浮体100的作用力主要用于浮体100在纵向方向的振动，减少了动能的损失，从而提高了动能转化为电能的效能。

连杆306与浮体100的空腔110壁相接处设有用于防水的密封件114。

通过设置的导轨310，可保持柱状振子305沿着导轨310设置的竖直方向上移动，从而有效减少动能的损失。

振子架体303的内腔上部设置有一横梁318，连杆306通过导套320穿设在横梁318上。通过设置的横梁318以及导套320，可以维持连杆306在竖直方向做上下往复运动时，对连杆306起到导向的作用，从而有效减少动能的损失。

请参阅图2，可选的，若干压电发电组件204的个数为4个，且各个压电发电组件204的弹性梁2041之间的夹角均相等。本实施例的4个压电发电组件204在结构上采用一体成型的结构，从而便于与连杆306固定连接装配时，在压电发电机构200的中心位置贯穿通孔2021等结构即可。

请参阅图3，压电陶瓷片2042均沿着厚度方向极化。压电陶瓷片2042包括：多层压电陶瓷叠堆501、至少一层增韧陶瓷层510，以及多个内电极503和一对外电极505。至少一层增韧陶瓷层510，集成于多层压电陶瓷叠堆501上；多个内电极503，适于发现压电特性；多个内电极503设于每相邻两层压电陶瓷之间且隔着压电陶瓷彼此相向分布；一对外电极505，对称地沿着多层压电陶瓷叠堆501的高度方向设置于多层压电陶瓷叠堆501的两侧；以及每间隔相邻的两个内电极503通过外电极505连接。增韧陶瓷层510通过胶合方式或共烧成型的方式集成于多层压电陶瓷叠堆501上。压电陶瓷叠堆501进行能量采集时，现有技术中由于潮浪的作用力随机性较大，不可人为控制，当潮浪作用力较大时，振动对于压电陶瓷片2042的作用力也较大，因此可能存在因压电陶瓷叠堆501刚度不足而造成压电发电机构200失效的情况，本发明中通过在多层压电陶瓷叠堆501上集成的至少一层增韧陶瓷层510，增强压电陶瓷叠堆501的刚度，从而延长压电发电机构200的发电效用。

可选的，至少一层增韧陶瓷层510包括一层增韧陶瓷层510；以及一层增韧陶瓷层510设于多层压电陶瓷叠堆501的顶端面或底端面或中部。

可选的，至少一层增韧陶瓷层510包括两层增韧陶瓷层510；以及两层增韧陶瓷层510分别设于多层压电陶瓷叠堆501的顶端面和底端面。

还可选的，至少一层增韧陶瓷层510还可以设置为其它数量的层数，本实施例不再赘述其它数量的情况。

可选的，为了配合压电发电的需要，压电发电机构200还包括压电转换电路机构，压电转换电路机构包括整流电路、稳压充电电路、蓄电模块、控制模块和输出模块。

浮体100与振子架体303之间通过连接把116相连，连接把116包括一基部和分别设于基部两端的翼部118，翼部118适于贴合于浮体100和/或振子架体303的外表面；翼部118设有螺孔，即通过螺栓实现翼部118与浮体100和/或振子架体303的装配。

本发明的潮流能发电装置具体实施方式如下：浮体100受到潮流波浪的冲击，随着潮浪的起伏，柱状振子305沿着导轨310方向做上下往复运动，柱状振子305上端连接的连杆306也会随着产生轴向的位移，通过与连杆306一端相连的连接板202的协同作用，进而驱动各个压电发电组件204的弹性梁2041和压电陶瓷片2042产生弯曲振动，压电陶瓷片2042沿厚度方向的表面产生电荷，实现压电发电。具体的，当潮浪冲击时，柱状振子305沿着导轨310向浮体100端移动，当退潮时，由于柱状振子305本身的重力，在潮浪褪去后，柱状振子305沿着导轨310方向复位，如此，随着潮浪的起伏不断往复运动，驱动压电发电组件204发电。

在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种潮流能发电装置，其特征在于，包括：

浮体，具有一密封的空腔；

压电发电机构，设于所述浮体的空腔内；以及

振子机构，包括设于浮体底部的振子架体和设有所述振子架体内的柱状振子；所述柱状振子相对于所述浮体的顶端面连接有一连杆，该连杆的活动端伸入所述浮体的空腔中与所述压电发电机构相连；所述柱状振子的铅垂方向下端侧轴支有一支撑杆，该支撑杆与流体的流动方向平行；所述振子架体的内腔壁设有一组分别适于所述支撑杆的两端部滑动的导轨，即所述柱状振子适于自激振动沿着导轨方向往复运动。

2.根据权利要求1所述的潮流能发电装置，其特征在于，所述振子架体的内腔上部设置有一横梁，所述连杆通过导套穿设在所述横梁上。

3.根据权利要求1所述的潮流能发电装置，其特征在于，所述压电发电机构包括连接板和若干压电发电组件；

所述压电发电组件包括弹性梁和若干设于所述弹性梁的上、下端面上的压电陶瓷片；

所述弹性梁的一端和所述连接板固定连接，另一端与所述浮体的空腔壁相连；

各个所述压电发电组件的弹性梁位于同一平面；

所述连杆伸入所述浮体的空腔中与所述连接板固定相连。

4.根据权利要求3所述的潮流能发电装置，其特征在于，若干压电发电组件的个数为4个，且各个压电发电组件的弹性梁之间的夹角均相等。

5.根据权利要求3或4任一项所述的潮流能发电装置，其特征在于，所述压电陶瓷片均沿着厚度方向极化。

6.根据权利要求5所述的潮流能发电装置，其特征在于，所述压电陶瓷片包括：多层压电陶瓷叠堆、至少一层增韧陶瓷层，以及多个内电极和一对外电极；其中

至少一层增韧陶瓷层，集成于所述多层压电陶瓷叠堆上；

多个内电极，适于发现压电特性；多个所述内电极设于每相邻两层所述压电陶瓷之间且隔着压电陶瓷彼此相向分布；

一对外电极，对称地沿着所述多层压电陶瓷叠堆的高度方向设置于所述多层压电陶瓷叠堆的两侧；以及

每间隔相邻的两个所述内电极通过所述外电极连接。

7.根据权利要求6所述的潮流能发电装置，其特征在于，至少一层所述增韧陶瓷层包括一层所述增韧陶瓷层；以及

一层所述增韧陶瓷层设于所述多层压电陶瓷叠堆的顶端面或底端面或中部。

8.根据权利要求6所述的潮流能发电装置，其特征在于，至少一层所述增韧陶瓷层包括两层所述增韧陶瓷层；以及

两层所述增韧陶瓷层分别设于所述多层压电陶瓷叠堆的顶端面和底端面。

9.根据权利要求1所述的潮流能发电装置，其特征在于，所述连杆与所述浮体的空腔壁相接处设有用于防水的密封件。

10.根据权利要求1所述的潮流能发电装置，其特征在于，所述浮体与振子架体之间通过连接把相连，所述连接把包括一基部和分别设于基部两端的翼部，所述翼部适于贴合于浮体和/或振子架体的外表面；

所述翼部设有螺孔，即通过螺栓实现翼部与浮体和/或振子架体的装配。