一种复合式波浪能收集装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种复合式波浪能收集装置，包括可安装在搭载平台上的壳体、安装在壳体内部的电磁发电组件和压电发电组件；电磁发电组件包括球形电壳、安装在电壳内的弹性球、设置在弹性球内部的磁铁以及缠绕在电壳外部的电磁线圈；压电发电组件包括至少两组相对于电壳对称设置的压电片以及用于带动电壳往复移动以挤压对侧压电片的弹性部件。本发明专利技术所提供的复合式波浪能收集装置，将海洋波浪多个方向的低频振动通过空间运动副、弹簧储能机构和压电弹性梁阵列结构，转化为球内磁铁的滚动、转动和压电弹性梁的振动，并且电磁和压电两种方式共同输出电能，实现了波浪能的高功率密度输出和较高的能量转换效率。

A Composite Wave Energy Collection Device

The invention discloses a composite wave energy collection device, which comprises a shell mounted on a platform, an electromagnetic power generation module mounted inside the shell and a piezoelectric power generation module; an electromagnetic power generation module includes a spherical shell, an elastic sphere mounted inside the shell, a magnet mounted inside the elastic sphere and an electromagnetic coil wound outside the shell; and a piezoelectric power generation module includes at least one. Two groups of piezoelectric sheets symmetrically arranged relative to the electric shell and elastic components used to drive the electric shell to move back and forth to extrude the opposite piezoelectric sheet. The composite wave energy collecting device provided by the invention transforms the low frequency vibration of ocean waves in multiple directions into rolling, rotating of magnets in spheres and vibration of piezoelectric elastic beams by means of spatial motion pairs, spring energy storage mechanism and piezoelectric elastic beam array structure, and jointly outputs electric energy by electromagnetic and piezoelectric modes, thus realizing high power density output and high wave energy output. Energy conversion efficiency.

【技术实现步骤摘要】
一种复合式波浪能收集装置
本专利技术涉及能量收集设备领域，特别是涉及一种复合式波浪能收集装置。
技术介绍
波浪能是指海洋表面波浪所具有的动能和势能。地球上70.8％的面积被海水所覆盖，海洋波浪的能量资源丰富。如今人类对能源的需求不断加大，非可再生能源的储量日益减少，各种可再生能源的利用工作受到越来越多的重视，发掘波浪能的潜力、利用海洋中波浪能还具有很大的空间。波浪能收集目前主要有两种类型：一种是能量收集装置直接与海水接触，通过运动的海水直接驱动能量转换装置；另一种是能量收集装置集成在搭载平台内部，通过收集平台受到波浪作用产生的振动能量，间接地收集波浪能。人类对于通过运动的海水直接驱动与海水接触的能量收集装置来收集能源的研究和应用已经有较多的技术类型，如直接机械传动、低压水力传动、高压液压传动、气动传动等，但是大多都分布于沿海或近海地区，且装置体积巨大。间接收集波浪能的装置发展较晚，现有的种类并不多。目前，人类为了监测和开发海洋的需要，将这种间接收集波浪能的装置集成在海上检测工具中，如海洋浮标、海上航行器等设备平台上，可在非沿海近海地区进行能源收集，为这些设备平台中耗能小的元件供电并延长设备的使用周期，对海洋的监测和开发具有重要意义。现有技术中，可集成在海上以及海中的设备平台内间接收集波浪能的装置或直接布置在海平面上下的波浪能收集装置相对较少。现有装置一般采用电磁发电和摩擦发电两种类型。电磁发电类型一般采用弹簧振子结构。搭载平台受海浪作用随海洋波浪运动而振动，这也带动了固定在弹簧活动端的磁铁产生某个方向的正负受迫振动，与此同时固定在能量收集器上的感应线圈切割磁感线产生电能输出。由于海洋波浪振动具有频率低、空间中振动波形复杂的特点，这种电磁发电能量收集装置的磁铁振动频率低，且只能单一方向运动，使得磁通量的变化率较小，影响了发电输出。摩擦式发电类型是通过两种材料的表面相互接触和分离，根据摩擦生电和静电感应的耦合来实现电能输出。一般是在波浪振动产生的外力作用下，通过某种方式，如在平面上自由滚动小球相互撞击摩擦等，使两种不同的材料表面产生接触和分离，产生电能并输出。同样由于海洋中的波浪振动的频率较低、空间中振动波形复杂的原因，使得摩擦材料表面的接触和分离的频率较低，且相互间刚体撞击极大损失能量，摩擦使之寿命缩短，所以输出的电能较低使用寿命不长。由于海洋中海浪振动具有频率极低的特点，一般小于5Hz，甚至在1Hz以下，现有的电磁发电、摩擦发电等类型的振动式能量收集装置的输出功率很大程度上取决于振动频率的高低，超低频振动环境下很难实现高功率密度输出和较高的能量转换效率。由于海洋波浪在空间中振动波形复杂的原因以及现有装置结构自身因素，大多只能在单自由度或少数几个自由度上运动并收集这部分动能，其余部分的海洋波浪能只能白白浪费。对于可集成在海上设备平台间接收集波浪能的装置，目前缺少有效装置和技术来实现对波浪能的充分利用和收集。因此，如何提高波浪能收集的效率，是本领域技术人员目前需要解决的技术问题。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种复合式波浪能收集装置，该复合式波浪能收集装置采用电磁和压电两种方式共同输出电能，实现了波浪能的高功率密度输出和较高的能量转换效率。为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：一种复合式波浪能收集装置，包括可安装在搭载平台上的壳体、安装在所述壳体内部的电磁发电组件和压电发电组件；所述电磁发电组件包括球形电壳、安装在所述电壳内的弹性球、设置在所述弹性球内部的磁铁以及缠绕在所述电壳的外部可在所述磁铁移动时产生电磁感应并输出电能的电磁线圈；所述压电发电组件包括至少两组相对于所述电壳对称设置的压电片以及用于带动所述电壳往复移动以挤压对侧所述压电片的弹性部件，所述电壳在所述壳体内移动时会挤压所述压电片产生压电效应以输出电压。优选的，所述压电片套设在所述弹性部件上；所述压电片包括环形支撑件和安装在所述环形支撑件内周部的若干压电片本体，所述压电片本体远离所述环形支撑件的端部悬置；所述弹性部件与所述压电片本体之间具有间隙。优选的，所述压电片本体呈梯形或者扇环形。优选的，所述壳体为正方体型壳体，所述弹性部件与所述压电片的个数均为六个，并且分别分布在所述壳体的六个内表面。优选的，所述弹性部件为弹簧，所述壳体的各内表面均设有用于安装所述弹性部件的圆形凸台。优选的，所述弹性球为硅胶弹性球，所述磁铁呈柱状，并且所述磁铁嵌入所述弹性球内部。优选的，所述电壳的外表面由球体顶端到低端设有若干环绕外圆的凹槽，单个所述凹槽的长度为对应位置球体外圆周长的1/6-1/4，所述电磁线圈呈之字形缠绕在所述凹槽上。优选的，所述凹槽的环形阵列个数为3-5个，并且，缠绕在各凹槽阵列上的所述电磁线圈的依次首尾相连以实现所述电壳的底端和顶端的铜线接头为正负极。优选的，单个所述凹槽的长度为对应位置球体外圆周长的1/5，所述凹槽的环形阵列个数为4个。优选的，还包括用于根据所述电磁发电组件输出的电信号变化监测所述搭载平台稳定性以及根据所述压电发电组件输出的电信号变化监测所述搭载平台加速度的传感控制器。本专利技术所提供的复合式波浪能收集装置，包括可安装在搭载平台上的壳体、安装在所述壳体内部的电磁发电组件和压电发电组件；所述电磁发电组件包括球形电壳、安装在所述电壳内的弹性球、设置在所述弹性球内部的磁铁以及缠绕在所述电壳的外部可在所述磁铁移动时产生电磁感应并输出电能的电磁线圈；所述压电发电组件包括至少两组相对于所述电壳对称设置的压电片以及用于带动所述电壳往复移动以挤压对侧所述压电片的弹性部件，所述电壳在所述壳体内移动时会挤压所述压电片产生压电效应以输出电压。该复合式波浪能收集装置，通过所述电磁发电组件的设置，利用所述电壳、所述弹性球、所述磁铁以及所述电磁线圈的组合，当搭载平台晃动时，包裹所述磁铁的所述弹性球受重力作用与所述电壳发生相对运动，引起周围磁场的变化，使所述电磁线圈发生电磁感应效应，输出电能；同时，在所述弹性球运动撞击作用下，所述电壳与所述外壳发生相对运动，从而使所述电壳对某个方向上的所述压电片以及所述弹性部件产生压力，使所述压电片因受压而输出电能，所述弹性部件收缩储存势能并释放，再进而对反方向的所述压电片产生压力并输出电能，循环往复，尽可能地将装置收集到的能量转化为电能。在一种优选实施方式中，还包括用于根据所述电磁发电组件输出的电信号变化监测所述搭载平台稳定性以及根据所述压电发电组件输出的电信号变化监测所述搭载平台加速度的传感控制器。上述设置，当搭载平台有某个方向的运动加速度，则所述弹性球与所述电壳一起受惯性力作用，沿加速度的反方向挤压所述弹性部件与所述压电片，使之有电信号输出，加速度减小时所述弹性部件与所述压电片形变量减小，电信号改变，对压电部分的电信号处理分析可测得搭载平台的运动加速度情况；当搭载平台有晃动、抖动等情况发生时，包裹所述磁铁的所述弹性球会发生相对所述电壳的运动，从而电磁发电结构有电信号输出；平台的不稳定情况越剧烈，则电信号越强烈，以此可以用于测量平台的稳定情况。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种复合式波浪能收集装置，其特征在于，包括可安装在搭载平台上的壳体(1)、安装在所述壳体(1)内部的电磁发电组件和压电发电组件；所述电磁发电组件包括球形电壳(2)、安装在所述电壳(2)内的弹性球(4)、设置在所述弹性球(4)内部的磁铁(3)以及缠绕在所述电壳(2)的外部可在所述磁铁(3)移动时产生电磁感应并输出电能的电磁线圈(5)；所述压电发电组件包括至少两组相对于所述电壳(2)对称设置的压电片(7)以及用于带动所述电壳(2)往复移动以挤压对侧所述压电片(7)的弹性部件(6)，所述电壳(2)在所述壳体(1)内移动时会挤压所述压电片(7)产生压电效应以输出电压。

【技术特征摘要】
1.一种复合式波浪能收集装置，其特征在于，包括可安装在搭载平台上的壳体(1)、安装在所述壳体(1)内部的电磁发电组件和压电发电组件；所述电磁发电组件包括球形电壳(2)、安装在所述电壳(2)内的弹性球(4)、设置在所述弹性球(4)内部的磁铁(3)以及缠绕在所述电壳(2)的外部可在所述磁铁(3)移动时产生电磁感应并输出电能的电磁线圈(5)；所述压电发电组件包括至少两组相对于所述电壳(2)对称设置的压电片(7)以及用于带动所述电壳(2)往复移动以挤压对侧所述压电片(7)的弹性部件(6)，所述电壳(2)在所述壳体(1)内移动时会挤压所述压电片(7)产生压电效应以输出电压。2.根据权利要求1所述的复合式波浪能收集装置，其特征在于，所述压电片(7)套设在所述弹性部件(6)上；所述压电片(7)包括环形支撑件(71)和安装在所述环形支撑件(71)内周部的若干压电片本体(72)，所述压电片本体(72)远离所述环形支撑件(71)的端部悬置；所述弹性部件(6)与所述压电片本体(72)之间具有间隙。3.根据权利要求2所述的复合式波浪能收集装置，其特征在于，所述压电片本体(72)呈梯形或者扇环形。4.根据权利要求1所述的复合式波浪能收集装置，其特征在于，所述壳体(1)为正方体型壳体(1)，所述弹性部件(6)与所述压电片(7)的个数均为六个，并且分别...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘会聪，李云飞，杨湛，陈涛，孙立宁，
申请(专利权)人：苏州大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32