CN114070131A - 一种波浪横纵能量收集装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种波浪横纵能量收集装置，包括立式浮标主体和用于收集波浪能的上下游动式翼翅浮子和摇摆式翼翅浮子，上下游动式翼翅浮子滑动套设在立式浮标主体上，立式浮标主体上设置有水平滑轨，摇摆式翼翅浮子与立式浮标主体转动连接并与水平滑轨通过曲柄滑块机构连接，立式浮标主体上设有悬臂梁，悬臂梁上设置有永磁体并贴有压电片，通过上下游动式翼翅浮子的上下运动和摇摆式翼翅浮子的摇摆对悬臂梁上设置的永磁体施加磁力，令悬臂梁产生弹性形变从而利用压电效应发电。本发明发电效率高，能量收集效率高且装置灵活可靠。
Description
技术领域
本发明涉及一种波浪能收集装置，尤其涉及一种能够自发电且能持续供电并记录波浪数据的装置。
背景技术
地球上的海洋总面积约占地球总表面积的71％，海洋蕴藏了极为丰富的资源，是人类赖以生存的宝库，因此海洋资源开发的重要性日益凸显，很多国家制定了相应的海洋开发战略，谋求以海洋技术为先导来解决能源短缺问题，提高国际竞争力。开发的基础是观测，目前海洋环境观测主要依靠各种海洋观测设备，定点观测平台和移动式立体观测网来进行海洋环境观测。这一类观测设备进行长期观测时，需要采集处理大量的数据，有些甚至还要自主运动。该类动作会消耗大量的能源，若是仅依靠设备自带的蓄能电池来供电显然是不现实的，电池电能耗尽后更换电池也非常不便，影响了设备的工作效率。
发明内容
发明目的：本发明的目的是提供一种能够自发电且能持续供电的波浪横纵能量收集装置。
技术方案：本发明的波浪横纵能量收集装置包括立式浮标主体，用于收集波浪能的上下游动式翼翅浮子和摇摆式翼翅浮子，所述上下游动式翼翅浮子滑动套设在立式浮标主体上，所述立式浮标主体上设置有水平滑轨，所述摇摆式翼翅浮子与立式浮标主体转动连接并与水平滑轨通过曲柄滑块机构连接。
所述立式浮标主体顶端设有悬臂梁安装架。
所述装置还包括设置在悬臂梁安装架上并向上延伸的第一悬臂梁，上下游动式翼翅浮子包括第一翼板和第一浮子，所述第一翼板上固定安装有门型架，所述第一悬臂梁一端与立式浮标主体连接，另一端朝向门型架且安装有第一永磁体，所述门型架上与第一永磁体相对安装有第二永磁体，所述第一永磁体和第二永磁体相对的磁极相同。
所述装置还包括第二悬臂梁，所述第二悬臂梁一端安装在悬臂梁安装架上，另一端向下延伸且安装有第三永磁体，所述立式浮标主体端部安装有双T型槽轨道，所述双T型槽轨道上滑动设置有第四永磁体和第四永磁体，所述第四永磁体和第五永磁体对称设置在立式浮标主体两侧，所述第四永磁体和第五永磁体与第三永磁体相对的磁极相同，所述摇摆式翼翅浮子包括第二翼板和第二浮子，所述第二翼板与立式浮标主体转动连接，第二翼板两端设有第二浮子，所述第四永磁体和第五永磁体分别通过摇杆与第二翼板连接，构成曲柄滑块机构。
所述第一翼板上设有与立式浮标主体滑动连接的连接件。
所述立式浮标主体上开有矩形槽，所述连接件上开有通孔，上下游动式翼翅浮子通过所述通孔套设在立式浮标主体上，通孔内侧壁上设有滑键，所述滑键与矩形槽滑动连接。
所述第二翼板上开有通孔，所述通孔中沿摇摆式翼翅浮子的摆动轴方向装有轴承，所述连接件上装有与轴承相配合的翼板安装轴。
所述装置还包括蓄电池，所述第一悬臂梁和第二悬臂梁上贴有压电片，所述压电片与蓄电池电连接。
所述第一悬臂梁和第二悬臂梁为柔性材料制成，用于在永磁体的磁力作用下发生弹性形变，驱动压电片发电。
有益效果：与现有技术相比，本发明具有如下显著优点：利用曲柄滑块机构使得第三永磁体与第四永磁体相对于第二永磁体作水平运动，在水平方向上产生磁力，使得悬臂梁振幅大大增加，提高了发电的效率；本发明既可以收集波浪横向的能量，也可以收集纵向的能量，相比于目前的单方向能量收集装置，能量收集的效率大大提高；通过磁铁来传递压电片的输入位移，相较于目前大多数的刚性传递结构，磁力结构在极限行程时也不会过度压迫悬臂梁，从而避免了不必要的损伤，保护了压电片，延长了机构的寿命，减少维护频率。
附图说明
图1为本发明一个实施例的结构示意图；
图2为本发明一个实施例的上下游动式翼翅浮子结构示意图；
图3为本发明一个实施例的轴测图；
图4为本发明一个实施例的摇摆式翼翅浮子结构示意图；
图5为本发明一个实施例的纵向运动滑键示意图；
图6为本发明一个实施例的上下游动式翼翅浮子与立式浮标主体的装配示意图。
图中部件与标号的对应关系为：1-立式浮标主体，101-第一永磁体，102-第一悬臂梁，103-第二悬臂梁，104-第三永磁体，105-翼板安装轴，106-矩形槽，2-上下游动式翼翅浮子，201-门型架，202-第一翼板，203-第二永磁体，204-矩形滑键，3-摇摆式翼翅浮子，301-第二翼板，302-摇杆，4-曲柄滑块机构，401-第四永磁体，402-第五永磁体，5-双T型槽轨道。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的技术方案作进一步说明。
如图1所示的实施例的波浪横纵能量收集装置包括立式浮标主体1，用于收集波浪能的上下游动式翼翅浮子2和摇摆式翼翅浮子3，上下游动式翼翅浮子2滑动套设在立式浮标主体1上，立式浮标主体1上水平设置有双T型槽轨道5，摇摆式翼翅浮子与摇摆式翼翅浮子3转动连接并与双T型槽轨道5通过曲柄滑块机构4连接。
如图2所示，上下游动式翼翅浮子2包括第一翼板202，第一翼板202两侧安装有第一浮子，第一翼板202上固定安装有门型架201；立式浮标主体1的顶端设有悬臂梁安装架，悬臂梁安装架上设有向上(即朝向门型架201的方向)延伸的第一悬臂梁102和向下(即朝向立式浮标主体1)延伸的第二悬臂梁103，第一悬臂梁102朝向门型架201的一端安装有第一永磁体101，门型架201上与第一永磁体相对安装有第二永磁体203，第一永磁体101和第二永磁体203相对的磁极相同。
如图3-4所示，第二悬臂梁103朝向立式浮标主体1的端部安装有第三永磁体104，双T型槽轨道5上滑动设置有第四永磁体401和第五永磁体402，第四永磁体401和第五永磁体402对称设置在立式浮标主体1的两侧，且第四永磁体401和第五永磁体402与第三永磁体104相对的磁极相同，摇摆式翼翅浮子3包括第二翼板301，第二翼板301的两端安装有第二浮子，第二翼板301与上下游动式翼翅浮子2转动连接，第四永磁体401和第五永磁体402分别通过摇杆302与第二翼板301转动连接构成曲柄滑块机构4。
如图5-6所示，第一翼板202上设有与立式浮标主体1滑动连接的连接件，立式浮标主体1上开有矩形槽106，连接件上开有通孔，上下游动式翼翅浮子2通过该通孔套设在立式浮标主体1上，通孔内侧壁上设有滑键204，滑键204与矩形槽106滑动连接。
第二翼板301上开有通孔，通孔中沿摇摆式翼翅浮子3的摆动轴方向装有轴承，连接件上装有与轴承相配合的翼板安装轴105。
所述装置还包括蓄电池，第一悬臂梁和第二悬臂梁上贴有压电片，压电片与蓄电池电连接。所述第一悬臂梁和第二悬臂梁为柔性材料制成，如长宽比大于30的301不锈钢薄钢板、弹簧钢薄钢板、铝合金薄板等，用于在永磁体的磁力作用下发生弹性形变，驱动压电片发电。
本发明纵向波浪能量的收集由立式浮标主体1与上下游动式翼翅浮子2的相对运动来实现。海洋中的波浪带动上下游动式翼翅浮子2末端的双浮子相对于立式浮标主体1产生纵向往复运动，该运动通过上下游动式翼翅浮子2的第一翼板上铆接的门型架201传递给位于门型架下端中心处的第二永磁体203，该磁体下方的磁极与立式浮标主体1上方设置的第一悬臂梁102末端安装的永磁体101相对的磁极相同，利用磁力压迫立式浮标主体1上方的第一悬臂梁102发生弹性变形，利用贴附于悬臂梁上的压电片的压电效应产生电能，并储存在装置携带的电池中，供装置的用电器使用。
本发明横向的波浪能量收集由立式浮标主体1与摇摆式翅翼浮子3的相对角位移来实现。相对于立式浮标主体1，涌动的波浪带动摇摆式翼翅浮子3末端的双浮子实现往复摆动，第二翼翅301也随之往复摆动，利用该摆动，将第二翼翅301作为摇杆构成曲柄滑块机构4，将摆动转换为双T型槽轨道5上的第四永磁体401与第五永磁体402的水平往复运动，而两块永磁体401与402与立式浮标主体1上向下延伸的第二悬臂梁103末端的第三永磁体104相对的磁极相反，当图中左侧的浮子上升而右侧浮子下降时，第四永磁体401靠近第二悬臂梁103，第五永磁体402远离第二悬臂梁103，第五永磁体402与第四永磁体401相对静止移动，第五永磁体402不会对悬臂梁103的运动产生过大影响，第四永磁体401产生的相斥磁力驱动第二悬臂梁103末端的第二永磁体104向右摆动，压迫第二悬臂梁103发生弹性变形，利用贴附于悬臂梁上的压电片的压电效应产生电能，并储存在装置携带的电池中，供装置的用电器使用。
Claims (9)
1.一种波浪横纵能量收集装置，包括立式浮标主体(1)，用于收集波浪能的上下游动式翼翅浮子(2)和摇摆式翼翅浮子(3)，所述上下游动式翼翅浮子(2)滑动套设在立式浮标主体(1)上，所述立式浮标主体(1)上设置有水平滑轨，所述摇摆式翼翅浮子(3)转动连接并与水平滑轨通过曲柄滑块机构(4)连接。
2.根据权利要求1所述的波浪横纵能量收集装置，其特征在于，所述立式浮标主体(1)顶端设有悬臂梁安装架。
3.根据权利要求1所述的波浪横纵能量收集装置，其特征在于，所述装置还包括设置在悬臂梁安装架上并向上延伸的第一悬臂梁(102)，上下游动式翼翅浮子(2)包括第一翼板(202)和第一浮子，所述第一翼板(202)上固定安装有门型架(201)，所述第一悬臂梁(102)一端与立式浮标主体(1)连接，另一端朝向门型架(201)且安装有第一永磁体(101)，所述门型架(201)上与第一永磁体(101)相对安装有第二永磁体(203)，所述第一永磁体(101)和第二永磁体(203)相对的磁极相同。
4.根据权利要求3所述的波浪横纵能量收集装置，其特征在于，所述装置还包括第二悬臂梁(103)，所述第二悬臂梁(103)一端安装在悬臂梁安装架上，另一端向下延伸且安装有第三永磁体(104)，所述水平滑轨为双T型槽轨道(5)，所述双T型槽轨道(5)上滑动设置有第四永磁体(401)和第四永磁体(402)，所述第四永磁体(401)和第四永磁体(402)对称设置在立式浮标主体(1)两侧，所述第四永磁体(401)和第四永磁体(402)与第三永磁体(104)相对的磁极相同，所述摇摆式翼翅浮子(3)包括第二翼板(301)和第二浮子，所述第二翼板(301)与立式浮标主体(1)转动连接，第二翼板(301)两端设有第二浮子，所述第四永磁体(401)和第四永磁体(402)分别通过摇杆(302)与第二翼板(301)连接，构成曲柄滑块机构(4)。
5.根据权利要求3所述的波浪横纵能量收集装置，其特征在于，所述第一翼板(202)上设有与立式浮标主体滑动连接的连接件。
6.根据权利要求5所述的波浪横纵能量收集装置，其特征在于，所述立式浮标主体(1)上开有矩形槽(106)，所述连接件上开有通孔，上下游动式翼翅浮子(2)通过所述通孔套设在立式浮标主体(1)上，通孔内侧壁上设有滑键(204)，所述滑键(204)与矩形槽(106)滑动连接。
7.根据权利要求4所述的波浪横纵能量收集装置，其特征在于，所述第二翼板(301)上开有通孔，所述通孔中沿摇摆式翼翅浮子(3)的摆动轴方向装有轴承，所述连接件上装有与轴承相配合的翼板安装轴(105)。
8.根据权利要求4所述的波浪横纵能量收集装置，其特征在于，所述装置还包括蓄电池，所述第一悬臂梁(102)和第二悬臂梁(103)上贴有压电片，所述压电片与蓄电池电连接。
9.根据权利要求1所述的波浪横纵能量收集装置，其特征在于，所述第一悬臂梁和第二悬臂梁为柔性材料制成，用于在永磁体的磁力作用下发生弹性形变，驱动压电片发电。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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