CN213574444U - 一种利用波浪能的压电发电装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种利用波浪能的压电发电装置，属于波浪能发电技术领域。它解决了波浪能发电效率低等技术问题。本利用波浪能的压电发电装置包括浮箱，浮箱内设有安装腔一和安装腔二，安装腔一设有横向的直线导轨，直线导轨上套设有滑块和伸缩弹簧，伸缩弹簧两端分别与滑块一端和安装腔一一端腔壁相连，安装腔二内设有换能组件，换能组件包括省力杠杆、分别设置在省力杠杆面向滑块的一侧两端上的磁铁块一和压电棒，滑块侧面沿直线导轨的长度方向间隔设有若干个与磁铁块一相互作用驱动省力杠杆摆动并使压电棒变形的磁铁块二。本实用新型没有中间转换环节，通过省力杠杆使压电棒受到更大的力而发生更大的形变，进而提高了波浪能发电的效率。

Description

一种利用波浪能的压电发电装置

技术领域

本实用新型属于波浪能发电技术领域，涉及一种利用波浪能的压电发电装置。

背景技术

海洋波浪能是一种品质较高的可再生清洁能源，蕴藏量巨大，收集波浪能为海洋无线传感网节点供能是一种极具潜力的方式；目前，海洋波浪发电主要的技术包括越浪式吸收、振荡水柱式吸收与振荡浮箱式吸收等，这三种吸收方式各具特点，并在不同的工作场合与波浪环境中得到应用；其中，利用浮箱振荡运动的波浪能转换装置称为振荡浮箱式波浪能转换装置，属于第三代波浪能转换装置，适用于各种近海与远海的波浪能开发与利用；相比前两种方式，利用浮箱振荡运动对波浪能进行吸收在微型波浪能转换装置中具有优势，浮箱的振荡运动不受地域的限制，不受尺寸的限制，具有随动特点，易于与波浪能转换装置结合，更加适合小型海洋设备。

我国专利(公告号：CN103337986B；公告日：2015-06-10)公开了一种旋转式波浪能压电发电装置由一级换能部件、中间转换部件、二级换能部件和密封组件组成；一级换能部件由阻尼板，滑动轴，阻尼板紧固螺母，浮漂体，上、下滑套，上、下平衡弹簧，中间支架和上支架组成；中间换能部件由齿条，齿轮和轴组成；二级换能部件，由电机支架，宽频旋转压电发电机，整流桥和电路箱组成；电机支架有第一种电机支架、第二种电机支架或第三种电机支架；密封组件由密封圈和密封罩组成。

上述专利文献公开的旋转式波浪能压电发电装置中两浮箱之间需要刚性连接，因此水面部分与水下部分的连接处的密闭性难以保障；结构相对复杂，一级和二级换能结构之间大多存在中间转换环节，从而降低了发电效率。

发明内容

本实用新型针对现有的技术存在的上述问题，提供一种利用波浪能的压电发电装置，本实用新型所要解决的技术问题是：如何提高波浪能的发电效率。

本实用新型的目的可通过下列技术方案来实现：

一种利用波浪能的压电发电装置，包括系泊在海底的浮箱，其特征在于，所述浮箱内设有安装腔一和安装腔二，所述安装腔一设有横向的直线导轨，所述直线导轨上套设有滑块和伸缩弹簧，所述伸缩弹簧的两端分别与所述滑块的一端和所述安装腔一的一端腔壁相连，所述安装腔二内设有换能组件，所述换能组件包括沿所述直线导轨长度方向的省力杠杆、分别设置在所述省力杠杆面向所述滑块的一侧两端上的磁铁块一和压电棒，所述压电棒远离所述省力杠杆的一端与所述安装腔二的腔壁相连，所述安装腔二上开有与所述安装腔一相通且供所述磁铁块一嵌入的连接孔，所述滑块的侧面沿所述直线导轨的长度方向均匀间隔设有若干个能依次与所述磁铁块一相互作用驱动所述省力杠杆摆动且使所述压电棒变形的磁铁块二。

其工作原理如下：本技术方案中浮箱利用锚链系泊在海底，在海中的浮箱随波浪摆动，滑块会在直线导轨的长度方向上往复滑块，同时弹簧反复伸缩储存势能，在滑块往复移动时，由于磁铁块一和磁铁块二之间产生的相互作用力，滑块上的若干个磁铁块二会周期性地冲击磁铁块一，进而驱动省力杠杆摆动，这里的省力杠杆能将更大的力传递给压电棒，使压电棒在省力杠杆和安装腔二的腔壁之间变形，压电棒的材料是延展性较好的压电聚合物，由于压电聚合物产生的电荷量与其变形量有关，因此能够获得更高的发电功率；本装置其它零部件均位于浮箱内，避免与海水直接接触，不易损坏或被腐蚀；在波浪起伏较小时,伸缩弹簧储存势能使滑块能继续移动一段时间，本装置没有中间转换环节，减少了能耗，使波浪能转换成电能的效率得到了提高。

在上述的利用波浪能的压电发电装置中，所述换能组件还包括压缩弹簧，所述压缩弹簧的一端固定在所述省力杠杆面向所述滑块的一侧端部，所述压缩弹簧的另一端与所述磁铁块一远离所述滑块的一侧相连。压缩弹簧能储存变形能，使省力杠杆摆动的时间延长，进而使压电棒持续变形，从而提高了波浪能发电的效率。

在上述的利用波浪能的压电发电装置中，所述安装腔二的腔壁上固设有支座，所述省力杠杆上靠近所述压电棒的位置转动连接在所述支座上。根据杠杆平衡原理，省力杠杆的动力臂大于阻力臂，利用省力杠杆将更大的力传递给压电棒，增大了压电棒的变形量，从而提高了发电效率。

在上述的利用波浪能的压电发电装置中，所述压缩弹簧和所述磁铁块一之间还设有连接块，所述连接块位于所述连接孔内，所述连接块外侧面间隔设有数个滚轮且开有数个供所述滚轮嵌入的安装孔，每个所述滚轮的中部穿设有能将其定位在相应的所述安装孔内的销轴，所述滚轮的一部分位于所述安装孔外且能与所述连接孔的内壁相接触。设置连接块便于压缩弹簧和磁铁块一的连接，连接块上的滚轮能防止磁铁块一驱动省力杠杆时，连接块在连接孔内运动与孔壁发生碰撞，造成能量的损失，同时也能延长连接块的使用寿命。

在上述的利用波浪能的压电发电装置中，所述连接孔为方形孔，所述连接块呈正方体形设置且所述连接块一侧边沿的长度小于所述连接孔的孔径，所述连接块面向所述连接孔孔壁的外侧面上均设有所述滚轮。连接块的形状和结构使磁铁块一通过连接块传递给压缩弹簧的力较为均匀，从而延长压缩弹簧的使用寿命。

在上述的利用波浪能的压电发电装置中，所述直线导轨上的所述伸缩弹簧为两个，两个所述伸缩弹簧分别设置在所述滑块的两端。两个伸缩弹簧能储存更多的势能，也使滑块的运动限定在其若干个磁铁块二时刻能与相应的磁铁块一相作用的范围内。

在上述的利用波浪能的压电发电装置中，所述浮箱呈长方体形设置，所述浮箱内所述安装腔二的数量为四个，所述安装腔一设置在所述浮箱的中部，四个所述安装腔二分别对应所述浮箱四个侧面设置在所述浮箱内且绕所述安装腔一周向均匀间隔分布，所述直线导轨在所述安装腔一内沿所述浮箱的长度方向设置，四个所述安装腔二内均设有所述换能组件，所述滑块与四个所述换能组件相对的侧面上均设有若干个沿所述直线导轨长度方向间隔分布的所述磁铁块二，所述浮箱内设置在相对的两个所述安装腔二内的所述换能组件的所述磁铁块一对应设置。设置四个安装腔二和四个换能组件能提高波浪能发电的效率，本装置中相对应的两个安装腔二内的磁铁块一相对设置能使滑块在移动时与直线导轨之间的摩擦力减小到零，使能量损失大大减少。

在上述的利用波浪能的压电发电装置中，所述滑块呈长方体形设置，所述滑块每个侧面上的若个干所述磁铁块一均沿其长度方向设置在该侧面的中部，所述直线导轨呈圆杆状设置，所述滑块一端中部开有供所述直线导轨穿设的通孔。滑块和直线导轨的形状有利于滑块每个侧面上的若干个电磁铁二与相应的电磁铁一相作用时使滑块在直线导轨上保持一个相对平衡的状态，进而减小二者之间的摩擦。

在上述的利用波浪能的压电发电装置中，所述浮箱内部具有空腔，所述空腔内设有四个与所述浮箱的四个侧面相对应的隔板，四个所述隔板均沿所述浮箱的长度方向设置且分别与所述浮箱上相应的侧面相平行，每个所述隔板的两端均固设在所述空腔的两端腔壁上且外侧均抵接在所述空腔的侧边腔壁上，所述安装腔一位于所述空腔内四个所述隔板内侧围成的空间内，每个所述隔板的外侧均开有向内的安装槽，四个所述安装腔二分别位于四个所述隔板的所述安装槽与所述空腔腔壁围成的空间内，所述连接孔设置在所述安装槽的槽底上，所述压电棒的一端与所述安装槽的槽壁相连。利用隔板将浮箱的空腔隔成一个安装腔一和四个安装腔二，便于本装置的生产。

与现有技术相比，本实用新型具有以下优点：

1、本实用新型中利用滑块和省力杠杆，将滑块与海浪起伏频率一致的低频直线往复运动转化为频率更高的磁铁块一的振动，通过省力杠杆放大了磁铁块一受到的力使压电棒发生更大的形变，从而提高利用波浪能发电的发电效率。

2、本实用新型中伸缩弹簧能将波浪能转换成势能，在波浪起伏较小时，滑块依旧能往复滑动一段时间；压缩弹簧将磁铁块一传递的能量转化为形变能，能延长省力杠杆摆动的时间，进一步提高了波浪能的发电效率。

3、本实用新型中滑块每侧面上若干个磁铁块二和相对应四个换能组件位置的设置，使滑块在移动过程中与直线导轨之间的摩擦力几乎减小到零，能量损失大大减少，能量转换效率得到提高。

附图说明

图1是本利用波浪能的压电发电装置的立体结构示意图。

图2是本利用波浪能的压电发电装置中浮箱内部的结构示意图一。

图3是本利用波浪能的压电发电装置中浮箱内部的结构示意图二。

图4是本利用波浪能的压电发电装置中换能组件的结构示意图。

图5是本利用波浪能的压电发电装置中滑块的结构示意图。

图中，1、浮箱；11、空腔；11a、安装腔一；11b、安装腔二；2、直线导轨；3、滑块；31、通孔；4、伸缩弹簧；5、换能组件；51、省力杠杆；52、磁铁块一；53、压电棒；54、压缩弹簧；55、支座；56、连接块；56a、安装孔；57、滚轮；58、销轴；6、磁铁块二；7、隔板；71、安装槽；72、连接孔。

具体实施方式

以下是本实用新型的具体实施例并结合附图，对本实用新型的技术方案作进一步的描述，但本实用新型并不限于这些实施例。

如图1至图5所示，本利用波浪能的压电发电装置包括通过锚链系泊在海底的浮箱1，浮箱1呈长方体形设置，在无波浪时，浮箱1能横向设置在海中，浮箱1内具有空腔11，空腔11内设有四个隔板7，四个隔板7分别与浮箱1的四个侧面相对应且分别与相对应的侧面相平行，四个隔板7均沿浮箱1的长度方向设置，每个隔板7的两端均固设在空腔11的两端腔壁上，每个隔板7的外侧均抵接在空腔11的侧面腔壁上，四个隔板7的内侧合围成的空间为位于空腔11中部的安装腔一11a，每个隔板7外侧均开有向内的安装槽71，四个安装槽71与相应的空腔11侧面腔壁围成的空间为安装腔二11b，四个安装腔二11b绕安装腔一11a周向均匀间隔分布，安装腔一11a中部设有沿浮箱1长度方向的直线导轨2，直线导轨2呈圆杆状设置，直线导轨2的两端固设在安装腔一11a的两端腔壁上，直线导轨2上设有滑块3和两个伸缩弹簧4，滑块3呈长方体形设置且沿其长度方向设置在直线导轨2上，滑块3的一端中部开有供直线导轨2穿设的通孔31，两个伸缩弹簧4分别位于滑块3的两端，两个伸缩弹簧4的一端分别与滑块3的两端相连，两个伸缩弹簧4的另一端分别连接在安装腔一11a的两端腔壁上，每个安装腔二11b内均设有换能组件5，换能组件5包括固设在空腔11腔壁上的支座55、沿直线导轨2长度方向的省力杠杆51以及分别设置在省力杠杆51靠近滑块3一侧两端的磁铁块一52和压电棒53，省力杠杆51靠近压电棒53的位置与支座55转动连接，压电棒53一端位于省力杠杆51上且另一端与安装槽71的槽底相连，每个隔板7上均开有能连通安装腔一11a和相应安装腔二11b且供相应磁铁块一52嵌入的连接孔72，滑块3的侧面分别与浮箱1的四个侧面一一对应且每侧中部均设有若干个沿直线导轨2长度方向均匀间隔分布的磁铁块二6。

进一步的，如图2至图4所示，与浮箱1相对的两侧面相对应的隔板7上的连接孔72相对设置，即是相对的两个安装腔二11b内的磁铁块一52相对设置，磁铁块一52和省力杠杆51之间设有压缩弹簧54和连接块56，压缩弹簧54的一端固设在省力杠杆51面向滑块3的一侧端部且另一端与连接块56相固接，磁铁块一52固设在连接块56远离压缩弹簧54的一侧上，这里的连接孔72为方形孔，连接块56呈正方体形设置，连接块56一侧的侧边长度小于连接孔72的孔径，连接块56与连接孔72相对的四个侧面上均开有安装孔56a，每个安装孔56a内均设有滚轮57，滚轮57的中部穿设有销轴58，每个滚轮57均通过销轴58定位在相应的安装孔56a内，滚轮57的一部分伸出安装孔56a位于连接孔72内且能与连接孔72的孔壁相接触。

浮箱1在海水中摆动能使滑块3在直线导轨2的长度方向往复移动，同时滑块3每个侧面上的若干个磁铁块二6均能与相应的磁铁块一52相互作用周期性地冲击相应的磁铁块一52，通过压缩弹簧54和省力杠杆51能将更大的力传递给压电棒53，由于压电棒53的材料是延展性较好的压电聚合物，压电聚合物产生的电荷量与其变形量有关，更大的力能使压电棒53的变形量变大，因此本装置能够获得更高的发电功率。

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 (9)

1.一种利用波浪能的压电发电装置，包括系泊在海底的浮箱(1)，其特征在于，所述浮箱(1)内设有安装腔一(11a)和安装腔二(11b)，所述安装腔一(11a)设有横向的直线导轨(2)，所述直线导轨(2)上套设有滑块(3)和伸缩弹簧(4)，所述伸缩弹簧(4)的两端分别与所述滑块(3)的一端和所述安装腔一(11a)的一端腔壁相连，所述安装腔二(11b)内设有换能组件(5)，所述换能组件(5)包括沿所述直线导轨(2)长度方向的省力杠杆(51)、分别设置在所述省力杠杆(51)面向所述滑块(3)的一侧两端上的磁铁块一(52)和压电棒(53)，所述压电棒(53)远离所述省力杠杆(51)的一端与所述安装腔二(11b)的腔壁相连，所述安装腔二(11b)上开有与所述安装腔一(11a)相通且供所述磁铁块一(52)嵌入的连接孔(72)，所述滑块(3)的侧面沿所述直线导轨(2)的长度方向均匀间隔设有若干个能依次与所述磁铁块一(52)相互作用驱动所述省力杠杆(51)摆动且使所述压电棒(53)变形的磁铁块二(6)。

2.根据权利要求1所述的利用波浪能的压电发电装置，其特征在于，所述换能组件(5)还包括压缩弹簧(54)，所述压缩弹簧(54)的一端固定在所述省力杠杆(51)面向所述滑块(3)的一侧端部，所述压缩弹簧(54)的另一端与所述磁铁块一(52)远离所述滑块(3)的一侧相连。

3.根据权利要求1或2所述的利用波浪能的压电发电装置，其特征在于，所述安装腔二(11b)的腔壁上固设有支座(55)，所述省力杠杆(51)上靠近所述压电棒(53)的位置转动连接在所述支座(55)上。

4.根据权利要求2所述的利用波浪能的压电发电装置，其特征在于，所述压缩弹簧(54)和所述磁铁块一(52)之间还设有连接块(56)，所述连接块(56)位于所述连接孔(72)内，所述连接块(56)外侧面间隔设有数个滚轮(57)且开有数个供所述滚轮(57)嵌入的安装孔(56a)，每个所述滚轮(57)的中部穿设有能将其定位在相应的所述安装孔(56a)内的销轴(58)，所述滚轮(57)的一部分位于所述安装孔(56a)外且能与所述连接孔(72)的内壁相接触。

5.根据权利要求4所述的利用波浪能的压电发电装置，其特征在于，所述连接孔(72)为方形孔，所述连接块(56)呈正方体形设置且所述连接块(56)一侧边沿的长度小于所述连接孔(72)的孔径，所述连接块(56)面向所述连接孔(72)孔壁的外侧面上均设有所述滚轮(57)。

6.根据权利要求1所述的利用波浪能的压电发电装置，其特征在于，所述直线导轨(2)上的所述伸缩弹簧(4)为两个，两个所述伸缩弹簧(4)分别设置在所述滑块(3)的两端。

7.根据权利要求1所述的利用波浪能的压电发电装置，其特征在于，所述浮箱(1)呈长方体形设置，所述浮箱(1)内所述安装腔二(11b)的数量为四个，所述安装腔一(11a)设置在所述浮箱(1)的中部，四个所述安装腔二(11b)分别对应所述浮箱(1)四个侧面设置在所述浮箱(1)内且绕所述安装腔一(11a)周向均匀间隔分布，所述直线导轨(2)在所述安装腔一(11a)内沿所述浮箱(1)的长度方向设置，四个所述安装腔二(11b)内均设有所述换能组件(5)，所述滑块(3)与四个所述换能组件(5)相对的侧面上均设有若干个沿所述直线导轨(2)长度方向间隔分布的所述磁铁块二(6)，所述浮箱(1)内设置在相对的两个所述安装腔二(11b)内的所述换能组件(5)的所述磁铁块一(52)对应设置。

8.根据权利要求7所述的利用波浪能的压电发电装置，其特征在于，所述滑块(3)呈长方体形设置，所述滑块(3)每个侧面上的若个干所述磁铁块一(52)均沿其长度方向设置在该侧面的中部，所述直线导轨(2)呈圆杆状设置，所述滑块(3)一端中部开有供所述直线导轨(2)穿设的通孔(31)。

9.根据权利要求7或8所述的利用波浪能的压电发电装置，其特征在于，所述浮箱(1)内部具有空腔(11)，所述空腔(11)内设有四个与所述浮箱(1)的四个侧面相对应的隔板(7)，四个所述隔板(7)均沿所述浮箱(1)的长度方向设置且分别与所述浮箱(1)上相应的侧面相平行，每个所述隔板(7)的两端均固设在所述空腔(11)的两端腔壁上且外侧均抵接在所述空腔(11)的侧边腔壁上，所述安装腔一(11a)位于所述空腔(11)内四个所述隔板(7)内侧围成的空间内，每个所述隔板(7)的外侧均开有向内的安装槽(71)，四个所述安装腔二(11b)分别位于四个所述隔板(7)的所述安装槽(71)与所述空腔(11)腔壁围成的空间内，所述连接孔(72)设置在所述安装槽(71)的槽底上，所述压电棒(53)的一端与所述安装槽(71)的槽壁相连。

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