一種基于定頻自振的波浪能壓電發(fā)電裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于定頻自振的波浪能壓電發(fā)電裝置，其特征在于：包括：發(fā)電裝置（1）和用于將所述發(fā)電裝置固定于海面上的固定裝置（2）；所述發(fā)電裝置包括主軸（3），所述主軸（3）上設(shè)置有上擋水板（4）和下?lián)跛澹?），所述上擋水板（4）和下?lián)跛澹?）均穿過所述主軸（3）并分別通過上固定軸承（6）和下固定軸承（7）固定于所述主軸（3）上。本發(fā)明提供的一種基于定頻自振的波浪能壓電發(fā)電裝置，簡(jiǎn)單有效地實(shí)現(xiàn)了波浪能的定頻轉(zhuǎn)換，環(huán)境與經(jīng)濟(jì)效益顯著，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，造價(jià)便宜，能夠?qū)崿F(xiàn)大規(guī)模批量生產(chǎn)，可廣泛應(yīng)用于波浪能發(fā)電產(chǎn)業(yè)和航標(biāo)燈等產(chǎn)品生產(chǎn)領(lǐng)域中，實(shí)現(xiàn)商業(yè)化開發(fā)的目的。
【專利說明】一種基于定頻自振的波浪能壓電發(fā)電裝置

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種基于定頻自振的波浪能壓電發(fā)電裝置，屬于新能源【技術(shù)領(lǐng)域】。

【背景技術(shù)】
[0002]隨著傳統(tǒng)能源的消耗殆盡和生態(tài)環(huán)境的日益脆弱，以及世界范圍內(nèi)的節(jié)能減排要求，開發(fā)利用清潔新能源成為了人類當(dāng)今最為重要的前沿課題之一。蘊(yùn)藏量大、分布范圍廣、利用程度低、清潔干凈的波浪能成為了新能源開發(fā)利用的焦點(diǎn)之一。
[0003]波浪能難以得以充分利用的一個(gè)最為重要的限制因素是其混頻的特性。波浪并非單一頻率，而是由不同頻率的波浪混合而成。我國東部沿海地區(qū)的波浪頻率在0.Γ0.5Hz之間，傳統(tǒng)波浪能發(fā)電裝置的發(fā)電頻率決定于波浪頻率，而應(yīng)用于實(shí)際生產(chǎn)生活中的電能頻率是固定的，這就需要對(duì)波浪能發(fā)電得到的電能進(jìn)行變頻或者濾波。人們通過電學(xué)等物理手段實(shí)現(xiàn)了波浪能定頻發(fā)電，但是變頻或?yàn)V波儀器造價(jià)很高，不便于波浪能的產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)。如何簡(jiǎn)單、經(jīng)濟(jì)地實(shí)現(xiàn)波浪能定頻發(fā)電成為了首要任務(wù)。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是，提供一種不使用變頻或?yàn)V波儀器，就能夠?qū)⒒旌项l率的波浪能發(fā)電方式轉(zhuǎn)化為波浪能的定頻發(fā)電方式，實(shí)現(xiàn)了波浪能的定頻開發(fā)，有效降低波浪能發(fā)電過程中頻率轉(zhuǎn)換的成本；進(jìn)一步地，本發(fā)明利用U型雙壓電片懸臂發(fā)電梁代替普通的一字型懸臂梁，能夠有效地提高電能收集和發(fā)電效率，增大發(fā)電功率；更進(jìn)一步地，本發(fā)明采用先進(jìn)的U型壓電陶瓷貼于懸臂發(fā)電梁外面，能夠產(chǎn)生更多的電能，提高電能匯集效率。
[0005]為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為:
一種基于定頻自振的波浪能壓電發(fā)電裝置，其特征在于:包括:發(fā)電裝置和用于將所述發(fā)電裝置固定于海面上的固定裝置；所述發(fā)電裝置包括主軸，所述主軸上設(shè)置有上擋水板和下?lián)跛?，所述上擋水板和下?lián)跛寰┻^所述主軸并分別通過上固定軸承和下固定軸承固定于所述主軸上，所述主軸包括內(nèi)軸和長(zhǎng)度小于所述內(nèi)軸并包覆于所述內(nèi)軸外的外軸，所述外軸下端與振動(dòng)浮子固定連接，所述振動(dòng)浮子的上表面緊貼設(shè)置下固定套環(huán)，所述下固定套環(huán)固定設(shè)置于所述外軸上，所述下固定軸承的兩端對(duì)稱設(shè)置有上固定套環(huán)和所述下固定套環(huán)，位于下固定套環(huán)上方的所述外軸上設(shè)置有永磁體，所述永磁體的周圍設(shè)置有若干懸臂發(fā)電梁，所述懸臂發(fā)電梁的一端穿過內(nèi)殼，所述內(nèi)殼密閉固定于所述上擋水板和下?lián)跛宓耐饷妫鰞?nèi)殼外設(shè)置有外殼，所述外殼的四周設(shè)置有若干固定浮子。
[0006]所述永磁體和上固定套環(huán)均設(shè)置于所述上擋水板和下?lián)跛逯g。
[0007]所述外軸可帶動(dòng)所述下固定套環(huán)、上固定套環(huán)、永磁體和振動(dòng)浮子在波浪的作用下，上下往復(fù)運(yùn)動(dòng)。
[0008]所述內(nèi)軸、上擋水板和下?lián)跛寰潭ú粍?dòng)，所述下固定套環(huán)和上固定套環(huán)用于限定所述外軸的運(yùn)動(dòng)范圍，當(dāng)外軸向上運(yùn)動(dòng)時(shí)，由下固定套環(huán)限定外軸向上運(yùn)動(dòng)的幅度，當(dāng)外軸向下運(yùn)動(dòng)時(shí)，由上固定套環(huán)限定外軸向下運(yùn)動(dòng)的幅度，所述振動(dòng)浮子用于承受波浪的波動(dòng)，帶動(dòng)外軸、下固定套環(huán)、上固定套環(huán)和永磁體隨著波浪的運(yùn)動(dòng)而運(yùn)動(dòng)。
[0009]所述內(nèi)軸限定了外軸的徑向運(yùn)動(dòng)方向。
[0010]所述上擋水板固定于所述內(nèi)軸上，所述下?lián)跛骞潭ㄓ谒鐾廨S上，靜止時(shí)，所述外軸的頂端與上固定軸承的下表面的距離大于所述下固定套環(huán)或上固定套環(huán)與所述下固定軸承之間的距離。
[0011]所述內(nèi)殼和外殼的上下兩端均密閉連接，所述外殼上方設(shè)置有防止進(jìn)水的隔板。
[0012]所述內(nèi)軸的頂端與所述隔板固定連接。
[0013]所述永磁體包括圓形永磁體。
[0014]所述圓形永磁體包括正N邊形不銹鋼體和N個(gè)第一方形磁鐵，所述正N邊形不銹鋼體有N個(gè)第一插口，所述第一方形磁鐵安裝在所述第一插口處，所述圓形永磁體穿過并固定于所述外軸上。
[0015]所述懸臂發(fā)電梁包括U型雙壓電片懸臂發(fā)電梁，所述U型雙壓電片懸臂發(fā)電梁包括U型壓電陶瓷、U型不銹鋼體和第二方形磁鐵，所述U型壓電陶瓷貼在U型不銹鋼體的外面，所述U型不銹鋼體一端設(shè)置有第二插口，所述第二方形磁鐵安裝在所述第二插口處，所述U型壓電陶瓷外連接有電線，所述電線連接到蓄電裝置，將產(chǎn)生的電能匯集到所述蓄電裝置，所述懸臂發(fā)電梁的個(gè)數(shù)為N個(gè)，所述第二方形磁鐵與所述第一方形磁鐵正對(duì)，所述第二方形磁鐵的相對(duì)端穿過所述內(nèi)殼并與所述內(nèi)殼緊密連接。
[0016]所述N個(gè)為至少4個(gè)。
[0017]所述U型雙壓電片懸臂發(fā)電梁的U型槽位于下方，U型兩端位于上方放置并與所述圓形永磁體位于同一水平面，即U型開口向上。
[0018]所述振動(dòng)浮子包括一體連接的上部圓柱體和下部圓柱體，所述上部圓柱體上表面與下固定套環(huán)緊密連接，所述上部圓柱體的直徑小于所述下部圓柱體的直徑，所述下部圓柱體的直徑小于等于所述內(nèi)殼的內(nèi)徑。
[0019]所述固定浮子與所述外殼固定連接，所述固定浮子與所述固定裝置相連，所述固定浮子的個(gè)數(shù)為至少3個(gè)。
[0020]所述固定裝置包括錨鏈和固定錨索，所述固定浮子底端連接所述錨鏈，所述錨鏈另一端與所述固定錨索相連，所述固定錨索固定于海底，將所述發(fā)電裝置固定在海面上。
[0021]本發(fā)明的工作原理為:本發(fā)明通過波浪的上下運(yùn)動(dòng)，帶動(dòng)振動(dòng)浮子隨波浪上下振動(dòng)，振動(dòng)浮子連接的外軸帶動(dòng)圓形永磁體上下運(yùn)動(dòng)，通過磁力給U型雙壓電片懸臂發(fā)電梁的自由端部(即未與內(nèi)殼固定的一端，亦即第二方形磁鐵端)初始荷載，U型雙壓電片懸臂發(fā)電梁按照自振頻率(固定頻率)振動(dòng)，使U型雙壓電片懸臂發(fā)電梁整體發(fā)生應(yīng)變。并將以自身的固定頻率進(jìn)行振動(dòng)，即獲自振頻率，該頻率在尺寸、橫截面、材料一定的情況下，是一個(gè)定值，從而將變頻發(fā)電轉(zhuǎn)化為定頻發(fā)電。根據(jù)壓電原理，布在懸臂梁上的壓電片利用懸臂梁上的定頻應(yīng)變就能夠?qū)崿F(xiàn)定頻發(fā)電的目標(biāo)。初始荷載使所述U型雙壓電片懸臂發(fā)電梁發(fā)生形變，該形變所產(chǎn)生的能量，通過貼在變形梁外側(cè)的壓電陶瓷進(jìn)行收集，從而進(jìn)行利用。
[0022]本發(fā)明提供的一種基于定頻自振的波浪能壓電發(fā)電裝置，外軸帶動(dòng)永磁體隨波浪上下往復(fù)運(yùn)動(dòng)，在波浪的上下往復(fù)運(yùn)動(dòng)時(shí)通過磁力使U型雙壓電片懸臂發(fā)電梁產(chǎn)生形變，具有能夠間接使波能轉(zhuǎn)化為電能的優(yōu)點(diǎn)，又將不同頻率的波浪能進(jìn)行變頻，得到固定頻率的電能，大大降低了通過物理手段進(jìn)行變頻或?yàn)V波的高昂成本，提高發(fā)電裝置的利用價(jià)值；本發(fā)明開創(chuàng)性的提出了波浪能壓電發(fā)電裝置的設(shè)想，將懸臂梁定頻自振特性和壓電發(fā)電技術(shù)有效結(jié)合，通過改變結(jié)構(gòu)自身的屬性，使混合頻率的波浪能發(fā)電方式轉(zhuǎn)化為波浪能的定頻發(fā)電方式，實(shí)現(xiàn)了波浪能的定頻開發(fā)，有效降低波浪能發(fā)電過程中頻率轉(zhuǎn)換的成本；利用U型雙壓電片懸臂發(fā)電梁代替普通的一字型懸臂梁，有效地提高了電能收集和發(fā)電效率，增大發(fā)電功率，并且得到的波浪能可再生，取之不及，用之不竭，價(jià)格低廉，在全球能源漸趨枯竭，環(huán)境壓力日益沉重的時(shí)代背景下，充分利用波浪能是發(fā)展的新趨勢(shì)；圓形永磁體和U型雙壓電片懸臂發(fā)電梁的設(shè)置，在振動(dòng)浮子的帶動(dòng)下，通過圓形永磁體上下運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的磁力使懸臂梁發(fā)生形變，使混合頻率的波浪能轉(zhuǎn)化為波浪能的固定頻率的電能，解決了波浪運(yùn)動(dòng)的間歇性造成的混合頻率電能輸出問題，故本發(fā)明能夠輸出固定頻率的電能；本發(fā)明以壓電陶瓷收集U型雙壓電片懸臂發(fā)電梁的變形能，該壓電陶瓷技術(shù)成熟，能夠有效提高收集電能的效率，又造價(jià)便宜，和普通陶瓷價(jià)格差異小，故十分適合于該發(fā)電裝置。本發(fā)明提供的一種基于定頻自振的波浪能壓電發(fā)電裝置，簡(jiǎn)單有效地實(shí)現(xiàn)了波浪能的定頻轉(zhuǎn)換，環(huán)境與經(jīng)濟(jì)效益顯著，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，造價(jià)便宜，能夠?qū)崿F(xiàn)大規(guī)模批量生產(chǎn)，可廣泛應(yīng)用于波浪能發(fā)電產(chǎn)業(yè)和航標(biāo)燈等產(chǎn)品生產(chǎn)領(lǐng)域中，實(shí)現(xiàn)商業(yè)化開發(fā)的目的。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0023]圖1為本發(fā)明中發(fā)電裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；
圖2為圖1的俯視圖；
圖3為本發(fā)明中U型雙壓電片懸臂發(fā)電梁的工作原理示意圖；
圖4為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。

【具體實(shí)施方式】
[0024]下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作更進(jìn)一步的說明。
[0025]如圖廣4所示，一種基于定頻自振的波浪能壓電發(fā)電裝置，其特征在于:包括:發(fā)電裝置I和用于將所述發(fā)電裝置固定于海面上的固定裝置2 ;所述發(fā)電裝置包括主軸3，所述主軸3上設(shè)置有上擋水板4和下?lián)跛?，所述上擋水板4和下?lián)跛?均穿過所述主軸3并分別通過上固定軸承6和下固定軸承7固定于所述主軸3上，所述主軸3包括內(nèi)軸8和長(zhǎng)度小于所述內(nèi)軸8并包覆于所述內(nèi)軸8外的外軸9，所述外軸9下端與振動(dòng)浮子10固定連接，所述振動(dòng)浮子10的上表面緊貼設(shè)置下固定套環(huán)11，所述下固定套環(huán)11固定設(shè)置于所述外軸9上，所述下固定軸承7的兩端對(duì)稱設(shè)置有上固定套環(huán)19和所述下固定套環(huán)11，位于上固定套環(huán)19上方的所述外軸9上設(shè)置有永磁體12，所述永磁體12的周圍設(shè)置有若干懸臂發(fā)電梁13，所述懸臂發(fā)電梁13的一端穿過內(nèi)殼14，所述內(nèi)殼14密閉固定于所述上擋水板4和下?lián)跛?的外面,所述內(nèi)殼14外設(shè)置有外殼15,所述外殼15的四周設(shè)置有若干固定浮子16。
[0026]所述上擋水板4固定于所述內(nèi)軸8上，所述下?lián)跛?固定于所述外軸9上，靜止時(shí)，所述外軸9的頂端與上固定軸承6的下表面的距離大于所述下固定套環(huán)11或上固定套環(huán)19與所述下固定軸承7之間的距離。
[0027]所述內(nèi)殼14和外殼15的上下兩端均密閉連接，所述外殼15上方設(shè)置有防止進(jìn)水的隔板28。
[0028]所述內(nèi)軸8的頂端與所述隔板28固定連接。
[0029]所述永磁體12包括圓形永磁體。
[0030]所述圓形永磁體包括正N邊形不銹鋼體17和N個(gè)第一方形磁鐵18，所述正N邊形不銹鋼體17有N個(gè)第一插口，所述第一方形磁鐵18安裝在所述第一插口處，所述圓形永磁體穿過并固定于所述外軸9上。
[0031 ] 所述懸臂發(fā)電梁13包括U型雙壓電片懸臂發(fā)電梁，所述U型雙壓電片懸臂發(fā)電梁包括U型壓電陶瓷20、U型不銹鋼體21和第二方形磁鐵22，所述U型壓電陶瓷20貼在U型不銹鋼體21的外面，所述U型不銹鋼體21 —端設(shè)置有第二插口，所述第二方形磁鐵22安裝在所述第二插口處，所述U型壓電陶瓷20外連接有電線23，所述電線23連接到蓄電裝置，將產(chǎn)生的電能匯集到所述蓄電裝置，所述U型雙壓電片懸臂發(fā)電梁13的個(gè)數(shù)為N個(gè)，所述第二方形磁鐵22與所述第一方形磁鐵18正對(duì)，所述第二方形磁鐵22的相對(duì)端穿過所述內(nèi)殼14并與所述內(nèi)殼14緊密連接。
[0032]所述N個(gè)為8個(gè)。
[0033]所述振動(dòng)浮子10包括一體連接的上部圓柱體24和下部圓柱體25，所述上部圓柱體24上表面與下固定套環(huán)11緊密連接，所述上部圓柱體24的直徑小于所述下部圓柱體25的直徑，所述下部圓柱體25的直徑小于等于所述內(nèi)殼14的內(nèi)徑。
[0034]所述固定浮子16與所述外殼15固定連接，所述固定浮子16與所述固定裝置2相連，所述固定浮子16的個(gè)數(shù)為3個(gè)。
[0035]所述固定裝置2包括錨鏈26和固定錨索27，所述固定浮子16底端連接所述錨鏈26，所述錨鏈26另一端與所述固定錨索27相連，所述固定錨索27固定于海底，將所述發(fā)電裝置I固定在海面上。
[0036]以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出:對(duì)于本【技術(shù)領(lǐng)域】的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和潤(rùn)飾，這些改進(jìn)和潤(rùn)飾也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種基于定頻自振的波浪能壓電發(fā)電裝置，其特征在于:包括:發(fā)電裝置(I)和用于將所述發(fā)電裝置固定于海面上的固定裝置(2);所述發(fā)電裝置包括主軸(3)，所述主軸(3)上設(shè)置有上擋水板(4)和下?lián)跛?5)，所述上擋水板(4)和下?lián)跛?5)均穿過所述主軸(3)并分別通過上固定軸承(6)和下固定軸承(7)固定于所述主軸(3)上，所述主軸(3)包括內(nèi)軸(8 )和長(zhǎng)度小于所述內(nèi)軸(8 )并包覆于所述內(nèi)軸(8 )外的外軸(9 )，所述外軸(9 )下端與振動(dòng)浮子(10)固定連接，所述振動(dòng)浮子(10)的上表面緊貼設(shè)置下固定套環(huán)(11 )，所述下固定套環(huán)(11)固定設(shè)置于所述外軸(9)上，所述下固定軸承(7)的兩端對(duì)稱設(shè)置有上固定套環(huán)(19)和所述下固定套環(huán)(11)，位于上固定套環(huán)(19)上方的所述外軸(9)上設(shè)置有永磁體(12)，所述永磁體(12)的周圍設(shè)置有若干懸臂發(fā)電梁(13)，所述懸臂發(fā)電梁(13)的一端穿過內(nèi)殼(14)，所述內(nèi)殼(14)密閉固定于所述上擋水板(4)和下?lián)跛?5)的外面，所述內(nèi)殼(14)外設(shè)置有外殼(15)，所述外殼(15)的四周設(shè)置有若干固定浮子(16)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于定頻自振的波浪能壓電發(fā)電裝置，其特征在于:所述上擋水板(4)固定于所述內(nèi)軸(8 )上，所述下?lián)跛?5 )固定于所述外軸(9 )上；靜止時(shí)，所述外軸(9)的頂端與上固定軸承(6)的下表面的距離大于所述下固定套環(huán)(11)或上固定套環(huán)(19 )與所述下固定軸承(7 )之間的距離。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于定頻自振的波浪能壓電發(fā)電裝置，其特征在于:所述內(nèi)殼(14)和外殼(15)的上下兩端均密閉連接，所述外殼(15)上方設(shè)置有防止進(jìn)水的隔板(28)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種基于定頻自振的波浪能壓電發(fā)電裝置，其特征在于:所述內(nèi)軸(8)的頂端與所述隔板(28)固定連接。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于定頻自振的波浪能壓電發(fā)電裝置，其特征在于:所述永磁體(12)包括圓形永磁體。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種基于定頻自振的波浪能壓電發(fā)電裝置，其特征在于:所述圓形永磁體包括正N邊形不銹鋼體(17)和N個(gè)第一方形磁鐵(18)，所述正N邊形不銹鋼體(17)有N個(gè)第一插口，所述第一方形磁鐵(18)安裝在所述第一插口處，所述圓形永磁體穿過并固定于所述外軸(9)上。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種基于定頻自振的波浪能壓電發(fā)電裝置，其特征在于:所述懸臂發(fā)電梁(13)包括U型雙壓電片懸臂發(fā)電梁，所述U型雙壓電片懸臂發(fā)電梁包括U型壓電陶瓷(20 )、U型不銹鋼體(21)和第二方形磁鐵(22 )，所述U型壓電陶瓷(20 )貼在U型不銹鋼體(21)的外面，所述U型不銹鋼體(21)—端設(shè)置有第二插口，所述第二方形磁鐵(22)安裝在所述第二插口處，所述U型壓電陶瓷(20)外連接有電線(23)，所述電線(23)連接到蓄電裝置，將產(chǎn)生的電能匯集到所述蓄電裝置，所述懸臂發(fā)電梁(13)的個(gè)數(shù)為N個(gè)，所述第二方形磁鐵(22)與所述第一方形磁鐵(18)正對(duì)，所述第二方形磁鐵(22)的相對(duì)端穿過所述內(nèi)殼(14)并與所述內(nèi)殼(14)緊密連接。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于定頻自振的波浪能壓電發(fā)電裝置，其特征在于:所述振動(dòng)浮子(10)包括一體連接的上部圓柱體(24)和下部圓柱體(25)，所述上部圓柱體(24)上表面與下固定套環(huán)(11)緊密連接，所述上部圓柱體(24)的直徑小于所述下部圓柱體(25)的直徑，所述下部圓柱體(25)的直徑小于等于所述內(nèi)殼(14)的內(nèi)徑。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于定頻自振的波浪能壓電發(fā)電裝置，其特征在于:所述固定浮子(16)與所述外殼(15)固定連接，所述固定浮子(16)與所述固定裝置(2)相連，所述固定浮子(16)的個(gè)數(shù)為至少3個(gè)。
10.根據(jù)權(quán)利要求1或9所述的一種基于定頻自振的波浪能壓電發(fā)電裝置，其特征在于:所述固定裝置(2)包括錨鏈(26)和固定錨索(27)，所述固定浮子(16)底端連接所述錨鏈(26)，所述錨鏈(26)另一端與所述固定錨索(27)相連，所述固定錨索(27)固定于海底，將所述發(fā)電裝置(I)固定在海面上。
【文檔編號(hào)】F03B13/14GK104362899SQ201410625565
【公開日】2015年2月18日 申請(qǐng)日期:2014年11月7日 優(yōu)先權(quán)日:2014年11月7日
【發(fā)明者】朱澤, 羅曉麗, 徐偉, 郝夢(mèng)茹, 蔡慶擬, 顧雯, 胡濤, 陳喜 申請(qǐng)人:河海大學(xué)