擺動式水翼端部激振波浪能轉(zhuǎn)換裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種能量轉(zhuǎn)換裝置，具體涉及一種擺動式水翼端部激振波浪能轉(zhuǎn)換裝置，屬于海洋波浪能發(fā)電新能源領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]近年來隨著能源危機(jī)的日益嚴(yán)重，新能源技術(shù)得到了廣泛關(guān)注。在一些遠(yuǎn)離海岸線的偏遠(yuǎn)海島或者海上作業(yè)平臺，能源匱乏，物資運(yùn)輸成本高，導(dǎo)致一些設(shè)備不能正常工作，給島上居民和平臺工作人員生活帶來極大不便。而海洋是一個非常巨大的能源寶庫。據(jù)測算，海上波浪所蘊(yùn)藏的能量高達(dá)5000GW，如果能夠有效利用，不僅能夠解決海上人員的能源問題，對緩解世界性的能源危機(jī)也有很大幫助。海洋能量儲量豐富，如何將分散、低密度、不穩(wěn)定的海洋波浪能量收集起來，集中、經(jīng)濟(jì)、高效的轉(zhuǎn)化為電能，這是近些年來世界上眾多科學(xué)家迫切想要解決的問題。英國最早投入對波浪能發(fā)電的研究，“點(diǎn)頭鴨”式結(jié)構(gòu)由于其構(gòu)思巧妙，波浪能轉(zhuǎn)換效率高，一度被認(rèn)為是波浪能發(fā)電的典范，但是最終由于其結(jié)構(gòu)復(fù)雜，海上工作安全性差，無法投入實(shí)際應(yīng)用而退出歷史舞臺。上世紀(jì)80年代，日本的兆瓦級“海明號”波浪能發(fā)電船研制成功，船上有22個空氣室，氣室內(nèi)特制的活塞隨海浪的波動而上下運(yùn)動，將波浪能轉(zhuǎn)化為壓縮空氣的內(nèi)能，壓縮空氣從氣室噴嘴噴出，推動渦輪機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)，從而帶動發(fā)電機(jī)發(fā)電。海明號屬于振蕩水柱式結(jié)構(gòu)，可靠性好，抗風(fēng)浪襲擊能力強(qiáng)，但是建造成本高，轉(zhuǎn)換效率低，發(fā)電成本昂貴，不適用于工程性發(fā)展。
[0003]公開日為2013年3月13日、公開號為CN102969937A、發(fā)明名稱為“海洋壓力發(fā)電裝置”的專利申請，它提出了一種利用壓電技術(shù)開發(fā)海洋能量的裝置。它的主體是一個形如風(fēng)向標(biāo)的框架結(jié)構(gòu)，框架內(nèi)安裝有壓電板，利用壓電材料的壓電特性將海洋能量轉(zhuǎn)化為電能。它充分利用了壓電材料特性，結(jié)構(gòu)簡單，能量轉(zhuǎn)換中間環(huán)節(jié)少，具有很好得優(yōu)勢，但是其只是單純利用海水壓力讓壓電懸臂梁組件產(chǎn)生變形，壓電懸臂梁組件形變量小，發(fā)電量少，能量利用率低。
[0004]根據(jù)現(xiàn)有發(fā)電裝置的能量傳遞和轉(zhuǎn)換過程，海浪能的利用過程可分為三個階段:一級轉(zhuǎn)換、中間轉(zhuǎn)換和二級轉(zhuǎn)換。一次轉(zhuǎn)換是將波浪的動能和勢能吸收并轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的機(jī)械能、氣體內(nèi)能等其他形式的能量，二次轉(zhuǎn)換是將其他形式的能量轉(zhuǎn)換成電能，中間轉(zhuǎn)換是一次轉(zhuǎn)換和二次轉(zhuǎn)換的中間過度過程?，F(xiàn)有發(fā)電裝置普遍存在的問題是，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，抗風(fēng)浪侵襲能力差，不利于集成化；中間轉(zhuǎn)換環(huán)節(jié)多，不能對波浪能量有效利用，能量轉(zhuǎn)換效率低；設(shè)備裝置造價昂貴，發(fā)電成本高，不宜于大規(guī)模應(yīng)用；能量輸出不穩(wěn)定，發(fā)電電壓低等。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明為解決現(xiàn)有海浪能發(fā)電裝置結(jié)構(gòu)復(fù)雜，設(shè)備裝置造價昂貴，發(fā)電成本高，能量轉(zhuǎn)換效率低及發(fā)電電壓低的問題，進(jìn)而提供一種擺動式水翼端部激振波浪能轉(zhuǎn)換裝置。
[0006]本發(fā)明為解決上述問題采取的技術(shù)方案是:擺動式水翼端部激振波浪能轉(zhuǎn)換裝置包括固定基座、隔水板、擺動翼板、兩個支撐座、兩組懸臂梁壓電浮能器、多個激振永磁體和多個受振永磁體；每組懸臂梁壓電浮能器包括多個懸臂梁壓電浮能器；激振永磁體和受振永磁體的磁極性相同；
[0007]固定基座為具有凹槽的固定基座，兩個支撐座并列固裝在固定基座上，擺動翼板布置在兩個支撐座之間且擺動翼板的后緣兩端轉(zhuǎn)動連接在兩個支撐座上，隔水板和擺動翼板均為非鐵磁材料，隔水板布置在擺動翼板的下方并蓋合在凹槽上，隔水板與固定基座密封連接；兩組懸臂梁壓電浮能器和多個受振永磁體布置在凹槽內(nèi)，兩組懸臂梁壓電浮能器以擺動翼板的橫截面鏡像設(shè)置，擺動翼板的后緣的下端面鑲嵌有多個激振永磁體，多個懸臂梁壓電浮能器的懸臂梁端與固定基座固接，多個懸臂梁壓電浮能器的壓電片水平布置，壓電片為長條片狀結(jié)構(gòu)，位于擺動翼板下方的每個壓電片自由端的上表面固裝有受振永磁體。
[0008]本發(fā)明的有益效果是:本發(fā)明的擺動式水翼端部激振波浪能轉(zhuǎn)換裝置主要通過擺動翼板的擺動而帶動永磁體磁場周期性變化從而使壓電懸臂梁組件在磁場力作用下產(chǎn)生形變的過程將波浪的動能轉(zhuǎn)化為電能。擺動翼板采用兩端支承形式，擺動結(jié)構(gòu)穩(wěn)定可靠，尾部的空腔使其能夠始終豎直漂浮在海水中。固定基座可以通過某種方式固定在淺海海底，保證擺動翼板始終淹沒在海水下。裝置安裝時，擺動翼板正面迎向海浪來襲方向，由于其寬大的結(jié)構(gòu)形式，極易隨海水產(chǎn)生運(yùn)動，充分吸收海水波動能量，而由于支承軸的限制，翼板并不能產(chǎn)生除擺動之外的多余運(yùn)動。擺動翼板擺動頻率與波浪周期一致。壓電懸臂梁組件分為兩組安裝在固定基座的空腔內(nèi)，在擺動翼板兩側(cè)對稱線性布置，頭部剛性固定在壓電懸臂梁組件固定件上，保證振動的有效性；永磁體根據(jù)其運(yùn)動原理分為主動激振永磁體和被動受振永磁體，主動激振永磁體嵌入擺動翼板頭部并隨其一起擺動，產(chǎn)生磁場波動并對被動受振永磁體產(chǎn)生交變的磁場力，被動受振永磁體產(chǎn)生受迫振動，并帶動懸臂梁壓電浮能器振動。根據(jù)壓電原理，懸臂梁壓電浮能器在外力作用下產(chǎn)生形變，材料內(nèi)部發(fā)生極化現(xiàn)象，從而在壓電晶體兩晶面上產(chǎn)生電荷，將機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能。因此，可以將懸臂梁壓電浮能器進(jìn)行串聯(lián)、并聯(lián)以獲得所需的電壓、電流。本發(fā)明的擺動式水翼端部激振波浪能轉(zhuǎn)換裝置中懸臂梁壓電浮能器與被動受振永磁體部件的固有頻率為當(dāng)?shù)夭ɡ祟l率的2倍。因?yàn)殡S海浪波動，其擺動周期與當(dāng)?shù)夭ɡ酥芷谝恢拢瑧冶哿簤弘姼∧芷鞯恼駝又芷谑菙[動翼板擺動周期的一半，所以懸臂梁壓電浮能器處于共振狀態(tài)，根據(jù)機(jī)械振動原理，共振將翼板機(jī)械能最大程度上轉(zhuǎn)化為懸臂梁壓電浮能器的機(jī)械能，提高輸出電壓幅值。本發(fā)明的擺動式振子端部激振波浪能發(fā)電裝置具有結(jié)構(gòu)簡單，應(yīng)用靈活，成本低，沖擊小，抗風(fēng)浪侵襲能力強(qiáng)，可靠性高和發(fā)電電壓高的優(yōu)點(diǎn)。同時采用壓電發(fā)電形式，發(fā)電電壓高，便于利用與集成化，可應(yīng)用于海水波浪能發(fā)電的研究，也可改造后用于風(fēng)能等其他流體動能發(fā)電裝置的研究。
【附圖說明】
[0009]圖1是壓電懸臂梁組件和永磁體布置立體示意圖，圖2是本發(fā)明的擺動式水翼端部激振波浪能轉(zhuǎn)換裝置的主剖面圖，圖3是固定基座的立體結(jié)構(gòu)圖，圖4是擺動翼板的立體結(jié)構(gòu)圖，圖5是支承座的立體結(jié)構(gòu)圖，圖6是擺動翼板隨波浪擺動示意圖，圖7是懸臂梁壓電浮能器在磁場作用下的振動原理示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0010]【具體實(shí)施方式】一:結(jié)合圖1至圖7說明，本實(shí)施方式的擺動式水翼端部激振波浪能轉(zhuǎn)換裝置包括固定基座1、隔水板3、擺動翼板7、兩個支撐座9、兩組懸臂梁壓電浮能器5、多個激振永磁體6和多個受振永磁體10 ;每組懸臂梁壓電浮能器5包括多個懸臂梁壓電浮能器5 ;激振永磁體6和受振永磁體10的磁極性相同；固定基座I為具有凹槽1-1的固定基座，兩個支撐座9并列固裝在固定基座I上，擺動翼板7布置在兩個支撐座9之間且擺動翼板7的后緣兩端轉(zhuǎn)動連接在兩個支撐座9上，隔水板3和擺動翼板7均為非鐵磁材料，隔水板3布置在擺動翼板7的下方并蓋合在凹槽1-1上，隔水板3與固定基座I密封連接；兩組懸臂梁壓電浮能器5和多個受振永磁體10布置在凹槽1-1內(nèi)，兩組懸臂梁壓電浮能器5以擺動翼板7的橫截面A鏡像設(shè)置，擺動翼板7的后緣的下端面鑲嵌有多個激振永磁體6，多個懸臂梁壓電浮能器5的