專利名稱：一種小型海洋壓電發(fā)電裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實實用新型涉及壓電發(fā)電技術(shù)在海洋能的應(yīng)用，特別是一種小型輕便的波浪發(fā)電裝置，屬于海洋能利用領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
海洋能作為一種主要的可再生能源，在石油、天然氣和煤炭等資源日益枯竭的今天，為人們展示了美好的應(yīng)用前景。隨著對海洋資源的不斷開發(fā)利用，各國都加大了對海洋能技術(shù)的投入成本。我國是海洋大國，沿海地區(qū)有著遼闊的海域和眾多的海島，可利用的波浪能資源非常豐富，據(jù)有關(guān)資料統(tǒng)計，全國海岸波浪能資源平均理論功率約為1000多萬 KW，其中以臺灣省沿岸最多，為4 萬KW，占全國總量的1/3 ；其次是浙江、廣東、福建和山東等沿岸較多，為161萬-205萬KW間，合計為706萬KW，占全國總量的55%。我國對波浪發(fā)電技術(shù)始于20世紀70年代，從80年代初開始主要對固定式和漂浮式振蕩水柱波能裝置以及擺式波能裝置等進行研究，并取得了一定的成就。利用海洋能發(fā)電應(yīng)用前景廣闊，目前對于海洋能源的開發(fā)，高效轉(zhuǎn)換技術(shù)是研究的難點。由于波浪的不穩(wěn)定性，導(dǎo)致其轉(zhuǎn)換裝置經(jīng)常處于非設(shè)計工況，而且有限的能流密度、轉(zhuǎn)換的低效率導(dǎo)致發(fā)電成本進一步加大，因此提高波能利用率，降低波能發(fā)電成本始終是波能研究的目標(biāo)。當(dāng)前波浪能的開發(fā)利用，大都是由國家投入大量資金，組織科研部門和一些院校進行技術(shù)攻關(guān)，建設(shè)大型的波浪發(fā)電站，為海港、孤島和石油鉆井平臺提供能源。 而一些小型且成本較低的波浪發(fā)電裝置，尤其是適合小型漁船的小功率產(chǎn)能設(shè)備，則在市場上出現(xiàn)的較少。隨著人們對壓電電源的認識，壓電發(fā)電技術(shù)近年來得到了快速的發(fā)展，壓電電源是一種新型的綠色能源，壓電發(fā)電是利用壓電材料的正壓電效應(yīng)將機械能轉(zhuǎn)換為電能，為一些機電系統(tǒng)提供電源。因為正壓電效應(yīng)是晶體由于機械應(yīng)力的作用而使其介質(zhì)化，從而使材料表面產(chǎn)生剩余電荷，而海浪能以海洋表面波浪所蘊含的動能與勢能形式存在，波浪形成時水質(zhì)點作震蕩和位移運動產(chǎn)生向上間歇浮力，因此，完全可以將壓電技術(shù)應(yīng)用于海浪發(fā)電，設(shè)計一種成本相對較低的小型波浪發(fā)電裝置。

實用新型內(nèi)容本實用新型的任務(wù)是在于克服大型波浪發(fā)電站成本較高，技術(shù)復(fù)雜的不足，提供一種小型輕便的壓電式波浪發(fā)電裝置。其技術(shù)解決方案是—種小型海洋壓電發(fā)電裝置，包括浮子、定位錨和錨索；浮子包括半封閉箱體和氣囊，半封閉箱體位于浮子的上半部分，氣囊位于浮子的下半部分，半封閉箱體與氣囊之間用支撐板隔開；在上述半封閉箱體內(nèi)設(shè)置有轉(zhuǎn)動主軸、用于使轉(zhuǎn)動主軸恢復(fù)到初始位置的主軸復(fù)位彈簧、縱向推桿、橫向杠桿、用于支撐縱向推桿和橫向杠桿的支架、杠桿復(fù)位彈簧和壓電疊堆，縱向推桿的下端與轉(zhuǎn)動主軸上的凸輪接觸，另一端與橫向杠桿的受力端接觸，橫向杠桿的施力端與壓電疊堆接觸，杠桿復(fù)位彈簧作用在橫向杠桿的受力端上，使橫向杠桿與縱向推桿之間、縱向推桿與凸輪之間能夠緊密接觸；錨索的一端固定連接定位錨上，錨索的另一端卷繞在轉(zhuǎn)動主軸上的錨索槽內(nèi)，定位錨能夠懸浮固定于海水深處。上述橫向杠桿有若干根，在一個圓周上呈輻射狀均衡分布，每根橫向杠桿對應(yīng)一個壓電疊堆，各橫向杠桿的受力端鉸接在同一個中央受力塊上，中央受力塊的斷面呈工字形；上述杠桿復(fù)位彈簧從上方壓持在中央受力塊上，上述縱向推桿設(shè)置有若干根，轉(zhuǎn)動主軸上設(shè)置有相同數(shù)量的凸輪，凸輪與縱向推桿一一對應(yīng)，縱向推桿均能與上方的中央受力塊接觸。上述橫向杠桿與支架之間設(shè)置有能調(diào)節(jié)橫向杠桿力矩的杠桿力矩調(diào)整結(jié)構(gòu)。上述主軸復(fù)位彈簧為盤型彈簧。上述浮子的主體部分為圓球形或橢球形，浮子的底部設(shè)置有向下延伸一段的尖嘴部，錨索穿經(jīng)尖嘴部的錨索孔進入半封閉箱體內(nèi)，尖嘴部的最下端設(shè)置有耐磨環(huán)。上述橫向杠桿的施力端設(shè)置有用于接觸壓電疊堆的施力塊。本實用新型具有以下有益技術(shù)效果本實用新型能夠利用波浪形成過程中蘊含的波浪能，可比一般的海浪發(fā)電裝置大幅提高海洋能的利用效率。在將波浪能轉(zhuǎn)換為機械能，并最終轉(zhuǎn)化為電能的過程中，采用壓電裝置，可大大減輕波浪發(fā)電裝置的重量，改變了以往波浪發(fā)電裝置電能轉(zhuǎn)換使用發(fā)電機的情況，使波浪發(fā)電裝置的體積大大減小。同時，本實用新型還具有結(jié)構(gòu)簡單，能量利用率高，操作方便等特點，更加便于市場推廣及應(yīng)用。
以下結(jié)合附圖與具體實施方式
對本實用新型作進一步說明


圖1為本實用新型一種實施方式的結(jié)構(gòu)原理示意圖。圖2主要示出了
圖1方式中的半封閉箱體部分。圖3主要示出了
圖1方式中的橫向杠桿一種布局情形簡圖。圖4為圖3方式的側(cè)視結(jié)構(gòu)原理示意圖。圖5主要示出了
圖1方式中的轉(zhuǎn)動主軸部分。
具體實施方式
結(jié)合
圖1至圖5，一種小型海洋壓電發(fā)電裝置，包括浮子1、定位錨2和錨索3。上述浮子包括半封閉箱體101和氣囊102，半封閉箱體位于浮子的上半部分，氣囊位于浮子的下半部分，半封閉箱體與氣囊之間用支撐板103隔開。上述半封閉箱體內(nèi)設(shè)置有轉(zhuǎn)動主軸 4、用于使轉(zhuǎn)動主軸恢復(fù)到初始位置的主軸復(fù)位彈簧5、縱向推桿6、橫向杠桿7、用于支撐縱向推桿和橫向杠桿的支架8、杠桿復(fù)位彈簧9和壓電疊堆10。上述縱向推桿的下端與轉(zhuǎn)動主軸上的凸輪16接觸，另一端與橫向杠桿的受力端接觸，橫向杠桿的施力端與壓電疊堆接觸，杠桿復(fù)位彈簧作用在橫向杠桿的受力端上，使橫向杠桿與縱向推桿之間、縱向推桿與凸輪之間能夠緊密接觸。錨索的一端固定連接定位錨上，錨索的另一端卷繞在轉(zhuǎn)動主軸上的錨索槽11內(nèi)，定位錨能夠懸浮固定于海水深處。作為一種優(yōu)選手段，上述橫向杠桿有若干根，在一個圓周上呈輻射狀均衡分布，每根橫向杠桿對應(yīng)一個壓電疊堆，各橫向杠桿的受力端鉸接在同一個中央受力塊12上，中央受力塊的斷面可呈工字形；上述橫向杠桿與支架之間可設(shè)置有能調(diào)節(jié)橫向杠桿力矩的杠桿力矩調(diào)整結(jié)構(gòu)，橫向杠桿力矩數(shù)值可根據(jù)具體環(huán)境通過調(diào)節(jié)杠桿力矩調(diào)整結(jié)構(gòu)中的杠桿支撐螺釘確定。上述杠桿復(fù)位彈簧從上方壓持在中央受力塊上。上述縱向推桿設(shè)置有若干根，轉(zhuǎn)動主軸上設(shè)置有相同數(shù)量的凸輪，凸輪與縱向推桿一一對應(yīng)，縱向推桿均能與上方的中央受力塊接觸；轉(zhuǎn)動主軸通過采用多個凸輪結(jié)構(gòu)可在波浪的整個運動周期內(nèi)工作，更高效的利用波浪能，它的結(jié)構(gòu)簡單、安裝方便、耐久性好而且傳遞轉(zhuǎn)矩的能力較大。上述主軸復(fù)位彈簧可為盤型彈簧。上述橫向杠桿的施力端設(shè)置有用于接觸壓電疊堆的施力塊13。作為一種優(yōu)選手段，上述浮子的主體部分為圓球形或橢球形，從而使浮子在海洋中具有更好的穩(wěn)定性，浮子的底部設(shè)置有向下延伸一段的尖嘴部14，錨索穿經(jīng)尖嘴部的錨索孔進入半封閉箱體內(nèi)，尖嘴部的最下端設(shè)置有耐磨環(huán)15。作為一種優(yōu)選手段，上述壓電疊堆的圓形壓電振子發(fā)電模式采用具有較高機電耦合系數(shù)的d33模式壓電陶瓷的正壓電效應(yīng)，支撐方式為簡支支撐，激勵方式為沖擊自由振動方式，這種發(fā)電方式能產(chǎn)生瞬間的高壓、大電流，極大的提高了壓電疊堆的電能轉(zhuǎn)換效率和發(fā)電能力。本實用新型的工作原理及工作過程大致如下當(dāng)波浪涌動時，波浪的波峰到波谷的垂直起伏運動會推動浮子上下運動，同時波浪的前后來回運動也會推動浮子上下運動。當(dāng)浮子所受的浮力大時，向上運動帶動轉(zhuǎn)動主軸旋轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)動主軸上的凸輪同步旋轉(zhuǎn)，并通過凸輪機構(gòu)轉(zhuǎn)化為縱向推桿的上下運動，最終轉(zhuǎn)化為橫向杠桿的擺動，橫向杠桿完成對壓電疊堆的預(yù)定動作。當(dāng)浮子所受的浮力小于盤型復(fù)位彈簧的彈力時，此時浮子處于下降狀態(tài)，盤型復(fù)位彈簧帶動轉(zhuǎn)動主軸反向旋轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)動主軸上凸輪的旋轉(zhuǎn)通過凸輪機構(gòu)轉(zhuǎn)化為縱向推桿的上下運動，最終也轉(zhuǎn)化為橫向杠桿的擺動，橫向杠桿完成對壓電疊堆的預(yù)定動作。浮子上下運動的整個周期縱向推桿都通過橫向杠桿規(guī)律地作用于壓電疊堆，壓電疊堆將機械振動能量轉(zhuǎn)換為電能，借助與其相連輔助整流儲能電路實現(xiàn)對小型機電系統(tǒng)的供電。當(dāng)浮子上下運動時，鋼索與浮子有相對運動，耐磨塊可防止鋼索對氣囊的磨損。上述方式中未述及的有關(guān)技術(shù)內(nèi)容采取或借鑒已有技術(shù)即可實現(xiàn)。上面以舉例方式對本實用新型進行了說明，但本實用新型不限于上述具體實施例，凡基于本實用新型所做的任何改動或變形均屬于本實用新型要求保護的范圍。
權(quán)利要求1.一種小型海洋壓電發(fā)電裝置，其特征在于包括浮子、定位錨和錨索；浮子包括半封閉箱體和氣囊，半封閉箱體位于浮子的上半部分，氣囊位于浮子的下半部分，半封閉箱體與氣囊之間用支撐板隔開；在上述半封閉箱體內(nèi)設(shè)置有轉(zhuǎn)動主軸、用于使轉(zhuǎn)動主軸恢復(fù)到初始位置的主軸復(fù)位彈簧、縱向推桿、橫向杠桿、用于支撐縱向推桿和橫向杠桿的支架、杠桿復(fù)位彈簧和壓電疊堆，縱向推桿的下端與轉(zhuǎn)動主軸上的凸輪接觸，另一端與橫向杠桿的受力端接觸，橫向杠桿的施力端與壓電疊堆接觸，杠桿復(fù)位彈簧作用在橫向杠桿的受力端上， 使橫向杠桿與縱向推桿之間、縱向推桿與凸輪之間能夠緊密接觸；錨索的一端固定連接定位錨上，錨索的另一端卷繞在轉(zhuǎn)動主軸上的錨索槽內(nèi)，定位錨能夠懸浮固定于海水深處。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種小型海洋壓電發(fā)電裝置，其特征在于所述橫向杠桿有若干根，在一個圓周上呈輻射狀均衡分布，每根橫向杠桿對應(yīng)一個壓電疊堆，各橫向杠桿的受力端鉸接在同一個中央受力塊上，中央受力塊的斷面呈工字形；所述杠桿復(fù)位彈簧從上方壓持在中央受力塊上，所述縱向推桿設(shè)置有若干根，轉(zhuǎn)動主軸上設(shè)置有相同數(shù)量的凸輪， 凸輪與縱向推桿一一對應(yīng)，縱向推桿均能與上方的中央受力塊接觸。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種小型海洋壓電發(fā)電裝置，其特征在于所述橫向杠桿與支架之間設(shè)置有能調(diào)節(jié)橫向杠桿力矩的杠桿力矩調(diào)整結(jié)構(gòu)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種小型海洋壓電發(fā)電裝置，其特征在于所述主軸復(fù)位彈簧為盤型彈簧。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種小型海洋壓電發(fā)電裝置，其特征在于所述浮子的主體部分為圓球形或橢球形，浮子的底部設(shè)置有向下延伸一段的尖嘴部，錨索穿經(jīng)尖嘴部的錨索孔進入半封閉箱體內(nèi)，尖嘴部的最下端設(shè)置有耐磨環(huán)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種小型海洋壓電發(fā)電裝置，其特征在于所述橫向杠桿的施力端設(shè)置有用于接觸壓電疊堆的施力塊。
專利摘要本實用新型公開一種小型海洋壓電發(fā)電裝置，特征是包括浮子、定位錨和錨索；浮子包括半封閉箱體和氣囊，半封閉箱體位于浮子的上半部分，氣囊位于浮子的下半部分；在半封閉箱體內(nèi)設(shè)置有轉(zhuǎn)動主軸、主軸復(fù)位彈簧、縱向推桿、橫向杠桿、支架、杠桿復(fù)位彈簧和壓電疊堆，縱向推桿的下端與轉(zhuǎn)動主軸上的凸輪接觸，另一端與橫向杠桿的受力端接觸，橫向杠桿的施力端與壓電疊堆接觸，杠桿復(fù)位彈簧作用在橫向杠桿的受力端上；錨索的一端固定連接定位錨上，錨索的另一端卷繞在轉(zhuǎn)動主軸上的錨索槽內(nèi)，定位錨能夠懸浮固定于海水深處。本實用新型還具有結(jié)構(gòu)簡單，能量利用率高，操作方便等特點，更加便于市場推廣及應(yīng)用。
文檔編號F03B13/18GK202338442SQ20112052104
公開日2012年7月18日 申請日期2011年12月13日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月13日
發(fā)明者任勇生, 杜小振, 栗巖, 王一然, 王剛, 謝濱 申請人:山東科技大學(xué)