[發(fā)明專利]一種基于壓電效應(yīng)的振蕩水柱式波浪能發(fā)電裝置

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201510410041.2
• 申請(qǐng)日: 2015-07-14
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN105041558B
• 公開(kāi)（公告）日: 2017-07-11
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 杜小振;朱文斗;張燕;于紅;趙繼強(qiáng);張龍波
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 山東科技大學(xué)
• 主分類號(hào): F03B13/14
• 分類號(hào): F03B13/14;H02N2/18
• 代理公司: 濟(jì)南舜源專利事務(wù)所有限公司37205
• 代理人: 陳海濱

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及可持續(xù)發(fā)電領(lǐng)域，尤其涉及一種基于壓電效應(yīng)的振蕩水柱式波浪能發(fā)電裝置。

背景技術(shù)

隨著信息時(shí)代的發(fā)展，海洋中的燈塔、無(wú)線傳感設(shè)備以及其它小功率電器設(shè)備成為信息傳遞和轉(zhuǎn)換中不可缺少的一部分，而這些設(shè)備的運(yùn)轉(zhuǎn)離不開(kāi)持續(xù)、長(zhǎng)久的電能供應(yīng)，傳統(tǒng)的電池例如化學(xué)電池等因使用壽命有限而難以滿足無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)多點(diǎn)布置，特別是廣闊海平面環(huán)境及國(guó)防安全監(jiān)控需求。開(kāi)發(fā)長(zhǎng)期穩(wěn)定供能方式成為該領(lǐng)域亟待解決的關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明為避免上述現(xiàn)有技術(shù)存在的不足之處，提供了一種可以采集不同方向的波浪能以解決海洋中小型電器設(shè)備無(wú)線供能問(wèn)題的基于壓電效應(yīng)的振蕩水柱式波浪能發(fā)電裝置。

本發(fā)明所采用的技術(shù)方案為：

一種基于壓電效應(yīng)的振蕩水柱式波浪能發(fā)電裝置，包括自動(dòng)調(diào)向波浪能采集機(jī)構(gòu)、氣壓儲(chǔ)能機(jī)構(gòu)、氣驅(qū)壓電發(fā)電機(jī)構(gòu)以及用于傳遞氣驅(qū)壓電發(fā)電機(jī)構(gòu)的電能的多自由度電刷機(jī)構(gòu)；所述自動(dòng)調(diào)向波浪能采集機(jī)構(gòu)包括振蕩水柱式波浪能采集器、調(diào)向尾翼以及對(duì)振蕩水柱式波浪能采集器進(jìn)行安裝定位的定位部，所述振蕩水柱式波浪能采集器包括波浪能采集部及與所述定位部相連的連接部，連接部設(shè)置在波浪能采集部的背面，且連接部的背面與調(diào)向尾翼相連，所述波浪能采集部包括振蕩水柱氣室；所述氣壓儲(chǔ)能機(jī)構(gòu)包括壓力蓄能器，振蕩水柱氣室通過(guò)進(jìn)氣管道與壓力蓄能器連通；所述氣驅(qū)壓電發(fā)電機(jī)構(gòu)包括壓電片以及用于對(duì)壓電片進(jìn)行擠壓的擠壓驅(qū)動(dòng)部。

所述波浪能采集部還包括波浪能進(jìn)出口，波浪能進(jìn)出口與振蕩水柱氣室相連通，振蕩水柱氣室的頂端開(kāi)設(shè)有吸氣口和排氣口，吸氣口上安裝有進(jìn)氣單向閥，排氣口上安裝有雙作用閥，所述雙作用閥包括安全閥和排氣單向閥，排氣單向閥與上述進(jìn)氣管道相連通。

所述連接部包括固連在振蕩水柱氣室背面的轉(zhuǎn)柱，所述定位部包括立柱，立柱的上部穿入轉(zhuǎn)柱的內(nèi)部，立柱的下部與水泥塊固連，立柱的上部與轉(zhuǎn)柱之間設(shè)置有套筒，所述轉(zhuǎn)柱的底端設(shè)置有擋板，套筒與擋板固連。

所述氣驅(qū)壓電發(fā)電機(jī)構(gòu)設(shè)置在壓力蓄能器的頂端，所述擠壓驅(qū)動(dòng)部包括兩個(gè)背對(duì)設(shè)置的氣缸，各氣缸的外圍均設(shè)置有外部供氣管路，外部供氣管路與上述出氣管道連通，各外部供氣管路上均設(shè)置有換向閥，各氣缸的內(nèi)部均設(shè)置有內(nèi)部管路、閥控制管路和活塞，兩個(gè)氣缸的兩個(gè)活塞通過(guò)一根驅(qū)動(dòng)軸相連，上述壓電片有兩組，其中一組安裝在驅(qū)動(dòng)軸的一端、另外一組安裝在驅(qū)動(dòng)軸的另一端。

所述多自由度電刷機(jī)構(gòu)設(shè)置在轉(zhuǎn)柱的頂端，多自由度電刷機(jī)構(gòu)包括兩根相互平行的定位桿，兩根定位桿的相向內(nèi)側(cè)均開(kāi)設(shè)有滑槽，兩根定位桿之間設(shè)置有可沿滑槽上下移動(dòng)的T型連桿，T型連桿的下部套置有電刷芯和電刷外殼，電刷芯安裝在上述立柱的頂端，電刷芯外側(cè)設(shè)置有兩個(gè)滑環(huán)，滑環(huán)和電刷芯均套置在上述電刷外殼內(nèi)，電刷外殼的一側(cè)設(shè)置有兩個(gè)碳刷，碳刷外側(cè)設(shè)置有碳刷蓋。

各壓電片的截面均呈圓形，兩組壓電片分別固定在由四個(gè)等弧度的絕緣固定殼和兩個(gè)等弧度的電極組成的圓柱筒內(nèi)，兩個(gè)電極分別位于圓柱筒的頂端和底端，四個(gè)絕緣固定殼分別以圓柱筒的中心線為對(duì)稱軸兩兩對(duì)稱，兩個(gè)電極分別與電纜相連并將產(chǎn)生的電能傳遞至電纜。

各所述絕緣固定殼上均開(kāi)設(shè)有用于安裝壓電片的圓弧形槽，絕緣固定殼和電極組成的圓柱筒的外側(cè)還套有一個(gè)鋼管套筒。

所述吸氣口有兩個(gè)。

所述壓力蓄能器的外輪廓呈橢球狀，壓力蓄能器兼做基于壓電效應(yīng)的振蕩水柱式波浪能發(fā)電裝置的浮體。

所述調(diào)向尾翼包括擺桿，擺桿的一端與轉(zhuǎn)柱相連、另一端設(shè)置有擺片。

由于采用了上述技術(shù)方案，本發(fā)明所取得的有益效果為：

1、本發(fā)明中的調(diào)向尾翼以及波浪能采集部與定位部之間的連接關(guān)系，使振蕩水柱氣室的開(kāi)口方向迎著波浪方向，以保證波浪流入氣室，因此可以采集不同方向的波浪能。

2、本發(fā)明中的蓄能器既能儲(chǔ)存壓縮空氣能量，為氣壓發(fā)電裝置提供持續(xù)穩(wěn)定的動(dòng)力源，還能為整個(gè)發(fā)電裝置提供浮力，使發(fā)電裝置浮于海洋表面。

3、本發(fā)明可以收集波浪能，并將波浪能轉(zhuǎn)化為空氣氣柱的氣壓能，利用氣壓能驅(qū)動(dòng)壓電片變形產(chǎn)生電能，將本發(fā)明應(yīng)用到海洋中，可以提供持續(xù)、長(zhǎng)久的電能，從而解決海洋中小型電器設(shè)備的無(wú)線供能問(wèn)題。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明的斜軸測(cè)圖。

圖2為本發(fā)明中波浪能采集部的軸測(cè)圖。

圖3為本發(fā)明中波浪能采集部與定位部的裝配剖面圖。

圖4為本發(fā)明中氣驅(qū)壓電發(fā)電機(jī)構(gòu)活塞往復(fù)運(yùn)動(dòng)控制原理示意圖。