[發明專利]一種振動能量收集裝置

有效

• 申請號: 201410481711.5
• 申請日: 2014-09-19
• 公開（公告）號: CN104218733B
• 公開（公告）日: 2017-11-17
• 發明（設計）人: 趙江濱;袁成清;嚴新平;盛晨興
• 申請（專利權）人: 武漢理工大學
• 主分類號: H02K7/18
• 分類號: H02K7/18;H02K7/10;H02K35/02
• 代理公司: 湖北武漢永嘉專利代理有限公司42102
• 代理人: 王丹

技術領域

本發明涉及振動能量收集領域，尤其涉及一種振動能量收集裝置。

背景技術

能量收集(Energy Harvest)，意為捕獲、收集周圍環境的能量，產生電力。通常所說的環境能包括太陽能、風能、機械能、海洋波浪能、海洋潮汐能等。機械振動是一種重要的環境能形式，也是一種重要的能量收集方式。通常的機械振動能量收集系統如圖1所述，包括質量塊、彈簧和阻尼器，外界振動通過一定的傳導機制，使得機械振動能量收集系統的質量塊產生振動形式的機械運動，帶動發電機運動，產生電力。質量塊一般做直線運動，也有的做扭轉振動。通常的發電機為電磁感應式，也有靜電感應式，以及壓電陶瓷結合懸臂梁的形式。振動能量收集也可稱為振動發電。

海洋觀測小型航行器，包括AUV(Autonomous Underwater Vehicle，自主水下航行器)，水下滑翔機(Glider)，波浪能滑翔機(Wave Glider)等形式，用于觀測海洋系統的各種技術參數，需要長期在海洋中航行。能源供應是一個重要的制約因素，AUV和水下滑翔機通常攜帶電池，受電池容量的限制，海上航行期限受到限制，電池耗盡時，必須回收航行器以更換電源，才能開始下一次的任務。水下滑翔機由于采用極為節能的水下滑翔運動形式，航行周期長，但由于沒有隨身攜帶的可持續的能源供應，也必須到期回收。波浪能滑翔機是一種水面航行器，通過一定的機械結構設計，能夠收集海洋波浪能，轉換為推進動力，持續航行，無需回收。

本發明意在為水下/水面航行器提供波浪能收集裝置，通過將波浪能轉換為機械振動，并通過發電機繼而產生電力，持續的供應航行器，做到無需回收的持續航行。海洋觀測小型航行器通常為魚雷形狀，尺寸有限。能量收集裝置安裝于航行器時，其垂直高度受限，導致質量塊振幅受限，產生的電力比較微弱，導致推進動力不足。

發明內容

本發明提供一種振動能量收集裝置，收集海洋波浪能，提高將機械能轉化為電能的轉化效率，進而提高輸出電量。

本發明解決其技術問題所采用的技術方案是：一種振動能量收集裝置，包括箱體，及固定在箱體上的外部波浪作用力接收裝置、傳動軸、內部傳動裝置、增速齒輪機構、發電機，其中在箱體邊緣沿水平方向設置傳動軸，外部波浪作用力接收裝置通過所述傳動軸與內部傳動裝置相連，內部傳動裝置與增速齒輪機構相連，增速齒輪機構與所述發電機相連。

按上述技術方案，所述增速齒輪機構包括齒輪一、齒輪二，通過齒輪連接的方式相連；齒輪三與齒輪二通過軸連接的方式相連，設置齒輪四，其與齒輪三通過齒輪連接的方式相連；其中齒輪一的齒數大于齒輪二，齒輪三的齒數大于齒輪四。

按上述技術方案，所述外部波浪作用力接收裝置為翼形結構。

按上述技術方案，所述翼形結構包括襟翼裝置和轉動軸，襟翼裝置在波浪作用下繞轉動軸轉動。

按上述技術方案，所述內部傳動裝置為齒輪五，所述齒輪五的齒輪軸與所述傳動軸相連且同步運動。

按上述技術方案，還包括彈簧、質量塊、阻尼，所述彈簧的上端頭固定在箱體上端面，彈簧的下端頭與質量塊相連，質量塊下方設置阻尼，質量塊設置在內部傳動裝置與增速齒輪機構之間，所述內部傳動裝置為條狀長板，條狀長板的一端固定在所述傳動軸上，另一端開設條型槽，所述條型槽與條狀長板長度方向一致，質量塊上端面的中心處設置突出結構，質量塊上端面中心處的突出結構嵌入條狀長板的條型槽且可沿條型槽滑動；質量塊遠離內部傳動裝置的一側固定齒條及與其配合的齒輪六，齒輪六與所述增速齒輪機構的齒輪一相連。

按上述技術方案，還包括固定在所述質量塊上的永久磁鐵，和固定在箱體上的線圈，線圈切割永久磁鐵產生的電流通過線圈端子輸出到外部。

本發明振動能量收集裝置的工作原理是：根據現有振動能量收集裝置的工作模型，建立質量塊的運動方程為：

假設該裝置收集的能量為阻尼系統的能量消耗，經過計算，其平均功率為：

其中，m：質量塊的質量，c：阻尼系統的阻尼系數，k：彈簧的剛度，ω：海洋波浪頻率，y(t)：慣性坐標系中箱體的位置坐標，z(t)：質量塊相對于箱體的位置坐標，Z：質量塊相對于箱體的振幅，Y：慣性坐標系中海洋波浪激勵下的箱體框架的振幅，平均功率。