CN109915309A - 一种增频式海洋波浪能发电装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种增频式海洋波浪能发电装置，属于波浪能发电设备技术领域。本发明包括圆柱状的主浮体，所述主浮体的下侧面通过钢丝绳连接有重块，所述主浮体的外侧沿周向均匀设置有若干个支撑板，所述支撑板的上侧面垂直设有固定板，所述固定板上沿高度方向水平设有若干个悬臂梁压电片，所述支撑板远离主浮体的一端设有通孔一，所述通孔一内插设有滑动杆，所述滑动杆的下端穿出通孔一且端部固设有侧浮体，所述滑动杆的上端设有能够利用侧浮体上下浮动，使悬臂梁压电片的发生弯曲的驱动装置。本发明能够利用悬臂梁发电片的弯曲变形进行发电，简单高效。

Description

一种增频式海洋波浪能发电装置

技术领域

本发明属于波浪能发电设备技术领域，涉及一种增频式海洋波浪能发电装置。

背景技术

目前，波浪能发电装置的种类繁多，这些装置主要基于以下机理：一是利用物体在波浪作用下的升沉和摇摆运动将波浪能转换为机械能，再转换为电能；二是利用波浪沿岸爬升将波浪能转换成水的势能，再转换为电能。但由于波浪的不稳定性导致这些发电装置经常处于非设计工况，发电效率并不是很理想，而且成本较高。

近年来因压电材料具有优良的机电转换特性，利用压电材料进行发电的方法越来越受到人们的关注。压电发电装置具有结构简单、易于加工制作和实现微小化、集成化等优点。因此可以将压电发电装置应用于波浪能发电技术，来提高发电装置的发电效率以及可靠性。

发明内容

本发明的目的是针对现有的技术存在上述问题，提出了一种增频式海洋波浪能发电装置，利用悬臂梁发电片的弯曲变形进行发电，简单高效。

本发明的目的可通过下列技术方案来实现：

一种增频式海洋波浪能发电装置，包括圆柱状的主浮体，所述主浮体的下侧面通过钢丝绳连接有重块，所述主浮体的外侧沿周向均匀设置有若干个支撑板，所述支撑板的上侧面垂直设有固定板，所述固定板上沿高度方向水平设有若干个悬臂梁压电片，所述支撑板远离主浮体的一端设有通孔一，所述通孔一内插设有滑动杆，所述滑动杆的下端穿出通孔一且端部固设有侧浮体，所述滑动杆的上端设有能够利用侧浮体上下浮动，使悬臂梁压电片的发生弯曲的驱动装置。

将发电装置放置在海面上，主浮体下侧面通过钢丝绳连接有重块，重块可以限制主浮体上下浮动，侧浮体在波浪的作用下发生上下浮动，而主浮体和支撑板保持相对静止，侧浮体带动滑动杆沿着支撑板上的通孔一上下滑动，由于悬臂梁压电片的一端被固定在相对静止的支撑板上，另一端在驱动装置的作用下发生弯曲变形，产生电能，将波浪能转化为电能，绿色环保。

在上述的一种增频式海洋波浪能发电装置中，所述驱动装置包括立柱一、活动块、立柱二、横梁和联动机构，所述立柱一和立柱二均垂直设置在支撑板的上侧面上，所述活动块竖直滑动设置在立柱一和立柱二之间，所述横梁设置在立柱一和立柱二的顶部，所述横梁的下侧面通过复位弹簧与活动块的上侧面连接，所述活动块靠近固定板的一侧沿高度方向设有若干个盲孔，若干个所述盲孔与若干个悬臂梁压电片一一对应，所述悬臂梁压电片的自由端伸入相对应的盲孔内，所述活动块远离固定板的一侧设有拨片，所述联动机构设置在支撑板上，所述联动机构能够拨动拨片使活动块沿着滑槽一和滑槽二上下滑动。

当联动机构拨动拨片使活动块沿着立柱一和立柱二向上滑动，复位弹簧被压缩，同时活动块上的盲孔向上移动，带动悬臂梁压电片的自由端向上弯曲，产生电能，当联动机构与拨片分离后，复位弹簧被压缩的能量开始释放，推动活动块恢复至初始位置，活动块上的盲孔向下移动，悬臂梁压电片恢复初始状态；同理，当联动机构拨动拨片使活动块沿着立柱一和立柱二向下滑动，复位弹簧被拉伸，同时活动块上的盲孔向下移动，带动悬臂梁压电片的自由端向下弯曲，产生电能，当联动机构与拨片分离后，复位弹簧被拉伸的能量开始释放，推动活动块恢复至初始位置，活动块上的盲孔向上移动，悬臂梁压电片恢复初始状态；此外，拨动一个拨片可以使固定板上的若干个悬臂梁压电片同时发生弯曲变形，产生电能，发电效率高。

在上述的一种增频式海洋波浪能发电装置中，所述联动机构包括转轴、轴承座二、齿轮二、齿轮三和驱动结构，所述轴承座二设置在支撑板的上侧面上，所述转轴水平转动设置在轴承座二上，所述齿轮二固设在转轴的一端，所述齿轮三固设在转轴的另一端，所述拨片伸入到齿轮三的其中一个齿槽中，所述驱动结构设置在支撑板上，所述驱动结构能够驱动齿轮二转动。

当驱动机构带动齿轮二转动时，通过转轴使齿轮三同时转动，由于拨片的自由端延伸至齿轮三的齿槽内，当齿轮三上的一个齿牙发生转动拨动拨片，使活动块向上或者向下滑动，当齿牙与拨片分离后，在复位弹簧的作用下使活动块恢复至初始位置，等待下一个齿牙再次拨动拨片；此外，由于齿轮三的齿距相同，使每个齿牙与拨片的接触时间相等，悬臂梁压电片受力发生弯曲的幅度也相等，避免由于波浪太大，使悬臂梁发电片发生过度弯曲而损坏，提高发电装置的稳定性。

在上述的一种增频式海洋波浪能发电装置中，所述驱动机构包括固定轴、齿轮一和连杆，所述支撑板的上侧面上设有轴承座一，所述固定轴通过轴承座一水平固设在通孔一的上方，所述齿轮一转动设置在固定轴上，所述齿轮一与齿轮二啮合连接，所述滑动杆的上端穿出通孔一且端部固设有顶板，所述顶板远离滑动杆的一侧设有眼板，所述眼板上通过铰接轴一与连杆的一端铰接，所述连杆的另一端通过铰接轴二铰接在齿轮一靠近连杆的侧面上。

当侧浮体在波浪的作用下向波峰移动时，使滑动杆向上移动，通过连杆带动齿轮一逆时针转动，使齿轮二顺时针转动，同时带动齿轮三顺时针转动，齿轮三上的齿牙连续拨动拨片，在复位弹簧的作用下，使悬臂梁压电片的自由端做向下弯曲并复原的往复运动，悬臂梁压电片在弯曲的过程中产生电能；当侧浮体在波浪的作用下向波谷移动时，使滑动杆向下移动，通过连杆带动齿轮一顺时针转动，使齿轮二逆时针转动，同时带动齿轮三逆时针转动，齿轮三上的齿牙连续拨动拨片，在复位弹簧的作用下，使悬臂梁压电片的自由端做向上弯曲并复原的往复运动，悬臂梁压电片在弯曲的过程中产生电能；此外，所述连杆可以将滑动杆的上下运动转化为齿轮一的圆周运动，结构简单。

在上述的一种增频式海洋波浪能发电装置中，所述立柱一靠近立柱二的侧面上竖直设有滑槽一，所述立柱二靠近立柱一的侧面上竖直设有滑槽二，所述滑槽一和滑槽二对称设置，所述活动块的左右两侧均设有两个滑杆，位于活动块左侧的两个滑杆的自由端均伸入滑槽一内，位于活动块右侧的两个滑杆的自由端均伸入滑槽二内。

当齿轮三上的齿牙拨动拨片上下移动时，活动块左侧的两个滑杆沿着滑槽一上下滑动，同时活动块右侧的两个滑杆沿着滑槽二上下滑动，确保活动块上下移动的稳定性。此外，四个滑杆还可以限定活动块的滑动范围，避免悬臂梁压电片发生过度弯曲，造成损坏。

在上述的一种增频式海洋波浪能发电装置中，所述主浮体内设有空腔，所述空腔内设有蓄电池，若干个所述悬臂梁压电片均与蓄电池电连接。

所述蓄电池可以将若干个悬臂梁压电片产生的电能储存起来，给海上设备提供电能，节能环保。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

1、将发电装置放置在海面上，主浮体下侧面通过钢丝绳连接有重块，重块可以限制主浮体上下浮动，侧浮体在波浪的作用下上下浮动，带动滑动杆沿着通孔一上下滑动，通过连杆带动齿轮一绕着固定轴转动，带动齿轮二和齿轮三发生转动，由于活动块上的拨片延伸至齿轮三的齿槽内，齿轮三上的齿牙转动拨动拨片，使活动块发生上下滑动，带动活动块上的盲孔上下移动，使悬臂梁发电片发生弯曲，悬臂梁发电片弯曲受压产生电能，将波浪能转化为电能，绿色环保；

2、当齿轮三上的齿牙拨动拨片带动活动块向上滑动时，复位弹簧被压缩，悬臂梁发电片的自由端向上弯曲变形，产生电能，当齿牙与拨片分离后，在复位弹簧被压缩的能量开始释放，推动活动块向下移动，悬臂梁发电片恢复初始状态，等待齿轮三的下一个齿牙再次拨动拨片；此外，由于齿轮三的齿距相同，使每个齿牙与拨片的接触时间相等，悬臂梁压电片受力发生弯曲的幅度也相等，避免由于波浪太大，使悬臂梁发电片发生过度弯曲而损坏，提高发电装置的稳定性；

3、当波浪较大时，滑动杆上下浮动的距离较大，增加了齿轮一的转动圈数，通过齿轮二增加齿轮三的转动圈数，提高悬臂梁发电片自由端的振动频率，增加发电量。

附图说明

图1是本增频式海洋波浪能发电装置的结构示意图；

图2是图1中A-A处的剖视图；

图3是支撑板上的结构放大图；

图4是图3中B-B处的剖视图；

图5是图3中C-C处的剖视图；

图6是图3中D-D处的剖视图；

图7是图3中E-E处的剖视图；

图8是实施例二中悬臂梁压电片插入盲孔中的结构示意图；

图9是图8中F-F处的剖视图。

图中，1、主浮体；1a、空腔；1b、蓄电池；1c、钢丝绳；1d、重块；2、支撑板；2a、通孔一；3、滑动杆；3a、侧浮体；3b、顶板；4、轴承座一；4a、固定轴；4b、齿轮一；5、眼板；5a、连杆；5b、铰接轴一；5c、铰接轴二；6、转轴；6a、轴承座二；6b、齿轮二；6c、齿轮三；7、立柱一；7a、滑槽一；8、活动块；8a、拨片；8b、盲孔；8b1、限位杆；8c、滑杆；9、悬臂梁压电片；9a、穿孔；10、固定板；11、立柱二；11a、滑槽二；12、横梁；12a、复位弹簧。

具体实施方式

以下是本发明的具体实施例并结合附图，对本发明的技术方案作进一步的描述，但本发明并不限于这些实施例。

实施例一：

如图1至7所示，一种增频式海洋波浪能发电装置，包括圆柱状的主浮体1，所述主浮体1的下侧面通过钢丝绳1c连接有重块1d，其特征在于，所述主浮体1的外侧沿周向均匀设置有若干个支撑板2，所述支撑板2的上侧面垂直设有固定板10，所述固定板10上沿高度方向水平设有若干个悬臂梁压电片9，所述支撑板2远离主浮体1的一端设有通孔一2a，所述通孔一2a内插设有滑动杆3，所述滑动杆3的下端穿出通孔一2a且端部固设有侧浮体3a，所述滑动杆3的上端设有能够利用侧浮体3a上下浮动，使悬臂梁压电片9的发生弯曲的驱动装置。

将发电装置放置在海面上，主浮体1下侧面通过钢丝绳1c连接有重块1d，重块1d可以限制主浮体1上下浮动，侧浮体3a在波浪的作用下发生上下浮动，而主浮体1和支撑板2保持相对静止，侧浮体3a带动滑动杆3沿着支撑板2上的通孔一2a上下滑动，由于悬臂梁压电片9的一端被固定在相对静止的支撑板2上，另一端在驱动装置的作用下发生弯曲变形，产生电能，将波浪能转化为电能，绿色环保。

具体来说，所述驱动装置包括立柱一7、活动块8、立柱二11、横梁12和联动机构，所述立柱一7和立柱二11均垂直设置在支撑板2的上侧面上，所述活动块8竖直滑动设置在立柱一7和立柱二11之间，所述横梁12设置在立柱一7和立柱二11的顶部，所述横梁12的下侧面通过复位弹簧12a与活动块8的上侧面连接，所述活动块8靠近固定板10的一侧沿高度方向设有若干个盲孔8b，若干个所述盲孔8b与若干个悬臂梁压电片9一一对应，所述悬臂梁压电片9的自由端伸入相对应的盲孔8b内，所述活动块8远离固定板10的一侧设有拨片8a，所述联动机构设置在支撑板2上，所述联动机构能够拨动拨片8a使活动块8沿着滑槽一7a和滑槽二11a上下滑动。

当联动机构拨动拨片8a使活动块8沿着立柱一7和立柱二11向上滑动，复位弹簧12a被压缩，同时活动块8上的盲孔8b向上移动，带动悬臂梁压电片9的自由端向上弯曲，产生电能，当联动机构与拨片8a分离后，复位弹簧12a被压缩的能量开始释放，推动活动块8恢复至初始位置，活动块8上的盲孔8b向下移动，悬臂梁压电片9恢复初始状态；同理，当联动机构拨动拨片8a使活动块8沿着立柱一7和立柱二11向下滑动，复位弹簧12a被拉伸，同时活动块8上的盲孔8b向下移动，带动悬臂梁压电片9的自由端向下弯曲，产生电能，当联动机构与拨片8a分离后，复位弹簧12a被拉伸的能量开始释放，推动活动块8恢复至初始位置，活动块8上的盲孔8b向上移动，悬臂梁压电片9恢复初始状态；此外，拨动一个拨片8a可以使固定板10上的若干个悬臂梁压电片9同时发生弯曲变形，产生电能，发电效率高。

具体来说，所述联动机构包括转轴6、轴承座二6a、齿轮二6b、齿轮三6c和驱动结构，所述轴承座二6a设置在支撑板2的上侧面上，所述转轴6水平转动设置在轴承座二6a上，所述齿轮二6b固设在转轴6的一端，所述齿轮三6c固设在转轴6的另一端，所述拨片8a伸入到齿轮三6c的其中一个齿槽中，所述驱动结构设置在支撑板2上，所述驱动结构能够驱动齿轮二6b转动。

当驱动机构带动齿轮二6b转动时，通过转轴6使齿轮三6c同时转动，由于拨片8a的自由端延伸至齿轮三6c的齿槽内，当齿轮三6c上的一个齿牙发生转动拨动拨片8a，使活动块8向上或者向下滑动，当齿牙与拨片8a分离后，在复位弹簧12a的作用下使活动块8恢复至初始位置，等待下一个齿牙再次拨动拨片8a；此外，由于齿轮三6c的齿距相同，使每个齿牙与拨片8a的接触时间相等，悬臂梁压电片9受力发生弯曲的幅度也相等，避免由于波浪太大，使悬臂梁发电片9发生过度弯曲而损坏，提高发电装置的稳定性。

具体来说，所述驱动机构包括固定轴4a、齿轮一4b和连杆5a，所述支撑板2的上侧面上设有轴承座一4，所述固定轴4a通过轴承座一4水平固设在通孔一2的上方，所述齿轮一4b转动设置在固定轴4a上，所述齿轮一4b与齿轮二6b啮合连接，所述滑动杆3的上端穿出通孔一2a且端部固设有顶板3b，所述顶板3b远离滑动杆3的一侧设有眼板5，所述眼板5上通过铰接轴一5b与连杆5a的一端铰接，所述连杆5a的另一端通过铰接轴二5c铰接在齿轮一4b靠近连杆5a的侧面上。

当侧浮体3a在波浪的作用下向波峰移动时，使滑动杆3向上移动，通过连杆5a带动齿轮一4b逆时针转动，使齿轮二6b顺时针转动，同时带动齿轮三6c顺时针转动，齿轮三6c上的齿牙连续拨动拨片8a，在复位弹簧12a的作用下，使悬臂梁压电片9的自由端做向下弯曲并复原的往复运动，悬臂梁压电片9在弯曲的过程中产生电能；当侧浮体3a在波浪的作用下向波谷移动时，使滑动杆3向下移动，通过连杆5a带动齿轮一4b顺时针转动，使齿轮二6b逆时针转动，同时带动齿轮三6c逆时针转动，齿轮三6c上的齿牙连续拨动拨片8a，在复位弹簧12a的作用下，使悬臂梁压电片9的自由端做向上弯曲并复原的往复运动，悬臂梁压电片9在弯曲的过程中产生电能；此外，所述连杆5a可以将滑动杆3的上下运动转化为齿轮一4b的圆周运动，结构简单。

具体来说，所述立柱一7靠近立柱二11的侧面上竖直设有滑槽一7a，所述立柱二11靠近立柱一7的侧面上竖直设有滑槽二11a，所述滑槽一7a和滑槽二11a对称设置，所述活动块8的左右两侧均设有两个滑杆8c，位于活动块8左侧的两个滑杆8c的自由端均伸入滑槽一7a内，位于活动块8右侧的两个滑杆8c的自由端均伸入滑槽二11a内。

当齿轮三6c上的齿牙拨动拨片8a上下移动时，活动块8左侧的两个滑杆8c沿着滑槽一7a上下滑动，同时活动块8右侧的两个滑杆8c沿着滑槽二11a上下滑动，确保活动块8上下移动的稳定性。此外，四个滑杆8c还可以限定活动块8的滑动范围，避免悬臂梁压电片9发生过度弯曲，造成损坏。

具体来说，所述主浮体1内设有空腔1a，所述空腔1a内设有蓄电池1b，若干个所述悬臂梁压电片9均与蓄电池1b电连接。

所述蓄电池1b可以将若干个悬臂梁压电片9产生的电能储存起来，给海上设备提供电能，节能环保。

实施例二：

本实施例二与实施例一基本相同，不同点在于，如图8和9所示，所述悬臂梁压电片9靠近活动块8的一端设有穿孔9a，所述穿孔9a内插设有限位杆8b1，所述限位杆8b1的上下端分别垂直固设在盲孔8b的上下侧面上，当活动块8上下移动时，悬臂梁压电片9发生弯曲，盲孔8b内的限位杆8b1始终位于穿孔9a内，避免悬臂梁压电片9的自由端发生弯曲后滑出盲孔8b，失去发电功能。

本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。

Claims (6)

1.一种增频式海洋波浪能发电装置，包括圆柱状的主浮体(1)，所述主浮体(1)的下侧面通过钢丝绳(1c)连接有重块(1d)，其特征在于，所述主浮体(1)的外侧沿周向均匀设置有若干个支撑板(2)，所述支撑板(2)的上侧面垂直设有固定板(10)，所述固定板(10)上沿高度方向水平设有若干个悬臂梁压电片(9)，所述支撑板(2)远离主浮体(1)的一端设有通孔一(2a)，所述通孔一(2a)内插设有滑动杆(3)，所述滑动杆(3)的下端穿出通孔一(2a)且端部固设有侧浮体(3a)，所述滑动杆(3)的上端设有能够利用侧浮体(3a)上下浮动，使悬臂梁压电片(9)的发生弯曲的驱动装置。

2.根据权利要求1所述的一种增频式海洋波浪能发电装置，其特征在于，所述驱动装置包括立柱一(7)、活动块(8)、立柱二(11)、横梁(12)和联动机构，所述立柱一(7)和立柱二(11)均垂直设置在支撑板(2)的上侧面上，所述活动块(8)竖直滑动设置在立柱一(7)和立柱二(11)之间，所述横梁(12)设置在立柱一(7)和立柱二(11)的顶部，所述横梁(12)的下侧面通过复位弹簧(12a)与活动块(8)的上侧面连接，所述活动块(8)靠近固定板(10)的一侧沿高度方向设有若干个盲孔(8b)，若干个所述盲孔(8b)与若干个悬臂梁压电片(9)一一对应，所述悬臂梁压电片(9)的自由端伸入相对应的盲孔(8b)内，所述活动块(8)远离固定板(10)的一侧设有拨片(8a)，所述联动机构设置在支撑板(2)上，所述联动机构能够拨动拨片(8a)使活动块(8)沿着滑槽一(7a)和滑槽二(11a)上下滑动。

3.根据权利要求2所述的一种增频式海洋波浪能发电装置，其特征在于，所述联动机构包括转轴(6)、轴承座二(6a)、齿轮二(6b)、齿轮三(6c)和驱动结构，所述轴承座二(6a)设置在支撑板(2)的上侧面上，所述转轴(6)水平转动设置在轴承座二(6a)上，所述齿轮二(6b)固设在转轴(6)的一端，所述齿轮三(6c)固设在转轴(6)的另一端，所述拨片(8a)伸入到齿轮三(6c)的其中一个齿槽中，所述驱动结构设置在支撑板(2)上，所述驱动结构能够驱动齿轮二(6b)转动。

4.根据权利要求3所述的一种增频式海洋波浪能发电装置，其特征在于，所述驱动机构包括固定轴(4a)、齿轮一(4b)和连杆(5a)，所述支撑板(2)的上侧面上设有轴承座一(4)，所述固定轴(4a)通过轴承座一(4)水平固设在通孔一(2)的上方，所述齿轮一(4b)转动设置在固定轴(4a)上，所述齿轮一(4b)与齿轮二(6b)啮合连接，所述滑动杆(3)的上端穿出通孔一(2a)且端部固设有顶板(3b)，所述顶板(3b)远离滑动杆(3)的一侧设有眼板(5)，所述眼板(5)上通过铰接轴一(5b)与连杆(5a)的一端铰接，所述连杆(5a)的另一端通过铰接轴二(5c)铰接在齿轮一(4b)靠近连杆(5a)的侧面上。

5.根据权利要求4所述的一种增频式海洋波浪能发电装置，其特征在于，所述立柱一(7)靠近立柱二(11)的侧面上竖直设有滑槽一(7a)，所述立柱二(11)靠近立柱一(7)的侧面上竖直设有滑槽二(11a)，所述滑槽一(7a)和滑槽二(11a)对称设置，所述活动块(8)的左右两侧均设有两个滑杆(8c)，位于活动块(8)左侧的两个滑杆(8c)的自由端均伸入滑槽一(7a)内，位于活动块(8)右侧的两个滑杆(8c)的自由端均伸入滑槽二(11a)内。

6.根据权利要求5所述的一种增频式海洋波浪能发电装置，其特征在于，所述主浮体(1)内设有空腔(1a)，所述空腔(1a)内设有蓄电池(1b)，若干个所述悬臂梁压电片(9)均与蓄电池(1b)电连接。