基于压电原理的波浪能低频转高频装置及波浪能收集装置制造方法及图纸

本实用新型专利技术公开了一种基于压电原理的波浪能低频转高频装置，包括外壳，外壳底部成形有环状轨道，环状轨道内卡设有滚球；外壳顶部固定有沿环状轨道设置的若干滑筒和固定臂；滑筒内固定有弹簧，弹簧连接有与滚球配合的悬臂梁；悬臂梁上固定有伸出滑筒的拨动齿，滑筒设有与拨动齿配合的滑轨；固定臂上固定有与拨动齿配合的弹片，弹片连接有压电元件。本实用新型专利技术结构简单，使用方便，将低频、小扰动或旋转运动的能量，通过高频震动元件将能量传递给高效能量收集装置，提高了能量的转化效率。

【技术实现步骤摘要】
基于压电原理的波浪能低频转高频装置及波浪能收集装置
本技术属于能量利用领域，尤其涉及一种基于压电原理的波浪能低频转高频装置及波浪能收集装置。
技术介绍
震动作为自然界常见的现象，由于其几乎无处不在，且具有较高的能量密度，因此对震动能量的转化及其收集利用的研究在近几十年逐步兴起。压电效应是电介质材料中一种机械能与电能互换的现象。压电效应有两种，正压电效应及逆压电效应。其中正压电是指当晶体受到某固定方向外力的作用时，内部就产生电极化现象，同时在某两个表面上产生符号相反的电荷；当外力撤去后，晶体又恢复到不带电的状态；当外力作用方向改变时，电荷的极性也随之改变；晶体受力所产生的电荷量与外力的大小成正比。波浪能作为一种清洁、无污染的可再生能源，其分布广阔、储量巨大，而且波浪能由于开发过程中对环境影响最小且以机械能的形式存在，故其品位较高，根据英国碳信托投资公司的估算，英国实用离岸波浪能每年为55TWh，占当前所需能源14％，欧洲潜在波浪能至少每年为280TWh。美国电能研究所评估美国切实可行的波浪能每年为255TWh，占当前所需能源的6％，但是波浪能强烈的随机性与波动性限制了它的发展。如何能够高效地利用这种随机往复运动的能量，将其转换成电能，是一个集合力学、电学、控制、防腐、工程等多方面的难题，需要较长时间攻克各类难关。因此，尽管较为系统的波浪能研究已经开展了40年之久，波浪能技术目前仍不够成熟。此类基于波浪能压电能量获取装置的主要特点是通过浮漂系统和压电系统将低频波浪震动转化压电系统高频振动。类似的转换方式目前主要为机械齿轮传动，然而，针对如浮漂系统这类初始速度较低的系统，其转化效率较低，并且需要速度控制的传动系统依旧需要较高的转化效率，所以传统的齿轮传动变速系统在波浪能吸收领域难以应用。因此本专利提出了一类递进式的双级电能转化装置，该装置可以处理低速的旋转或震荡输入形式，第一级由简单的联动传递实现，主要作用是激发震动元件，两级转化装置就是将低速多变的输入通过应用压电装置将机械输入转化为电能。此类装置可以应用于波浪能的转化，以及其他具有该类特点的转化系统中。该装置的主要特点就是避免了传统机械传动中传动装置的低效和速度控制的需求，两级转换中，初级系统将低速多变的输入反复激发多个二次震动元件，并使震动调整到机械的预定频率上，后者的实现就是通过第二级系统实现的，之后存储在第二级中的机械能通过压电元件转化为电能。以上对该装置的描述比较难以理解，通俗的讲，这个想法有些类似于弹吉他，手指拨动琴弦的时候是低速且可变的，但是琴弦对震动的回应却总是相似的，并且琴弦震动的频率要比手指拨动琴弦的频率要高很多，其中震动元件的震动频率是固定的，其震动频率的数量级要远高于波浪能的震动频率，通过这样的转换方法可以使该系统的能量转换的效率更高。
技术实现思路
为解决上述问题，本技术提供了一种基于压电原理的波浪能低频转高频装置及波浪能收集装置。本技术结构简单，使用方便，将低频、小扰动或旋转运动的能量，通过高频震动元件将能量传递给高效能量收集装置，提高了能量的转化效率。为达到上述技术效果，本技术的技术方案是：一种基于压电原理的波浪能低频转高频装置，包括外壳，外壳底部成形有环状轨道，环状轨道内卡设有滚球；外壳顶部固定有沿环状轨道设置的若干滑筒和固定臂；滑筒内固定有弹簧，弹簧连接有与滚球配合的悬臂梁；悬臂梁上固定有伸出滑筒的拨动齿，滑筒设有与拨动齿配合的滑轨；固定臂上固定有与拨动齿配合的弹片，弹片连接有压电元件。进一步的改进，所述压电元件为压电片。进一步的改进，所述悬臂梁的底部为球面状。进一步的改进，所述悬臂梁的底部和滚球均为磁石。进一步的改进，所述弹片为金属弹片。进一步的改进，所述金属弹片为不锈钢弹片。一种使用上述的基于压电原理的波浪能低频转高频装置的波浪能量收集装置。附图说明图1为本技术实施例1的总体结构示意图；图2为滑轨的结构示意图；图3为本技术实施例2的总体结构示意图。具体实施方式以下通过具体实施方式并且结合附图对本技术的技术方案作具体说明。实施例1如图1所示的一种基于压电原理的波浪能低频转高频装置，包括外壳1，外壳1底部成形有环状轨道2，环状轨道2内卡设有滚球3；外壳1顶部固定有沿环状轨道2设置的若干滑筒4和固定臂5；滑筒4内固定有弹簧6，弹簧6连接有与滚球3配合的悬臂梁7；悬臂梁7上固定有伸出滑筒4的拨动齿8，如图2所示，滑筒4设有与拨动齿8配合的滑轨9；固定臂5上固定有与拨动齿8配合的弹片10，弹片10连接有压电元件11。通过波浪的震动，导致外壳1发生震动，此时弹簧6收集竖向的力，而滚球3受到横向的力，发生滚动，滚动时，碰撞悬臂梁7，从而将横向的力转化为竖向的力。拨动齿8随悬臂梁7运动时，拨动弹片，将低频、且频率不固定的小扰动的能量转化为固定频率的能量，进而被压电元件11转化为电能，再传递到与压电元件相连的能量收集装置进行储存或使用。这种传递方式克服了低频、无法根据受力向调整的机械传动的低效率的能量收集方式，提高了能量收集效率。压电元件11可为压电片或其它压电元件。悬臂梁7的底部优选为球面状，以减少碰撞时的能量损失。弹片10为优选为振动频率较高的金属弹片，进一步优选为耐腐蚀的不锈钢弹片。实施例2如图3所示，为了进一步减少摩擦的能量损失，悬臂梁7的底部和滚球3均为磁石。这样通过磁力的吸引或排斥拉动悬臂梁7，从而使得弹簧带动悬臂梁7进行伸缩运动。这种设置减少了碰撞和摩擦时的能量损失。此装置就特别适用于类似船舶、浮标、旋转运动的情况，还适用于由自然力如风力或潮汐流发电的情况。本专利还要求使用实施例1或实施例2的基于压电原理的波浪能低频转高频装置的波浪能量收集装置。压电发电技术具有结构简单、电压高的优点，可以为海洋无线传感等微型海洋器件提供能量。但压电发电需要在高频激振下才能具有较高的发电效率，所以增频的转换机构设计是波浪能压电发电的关键问题。而此类装置的开发必将为波浪能利用提供更有力的保障，为更深入的利用海洋能提供机会。上述仅为本技术的一个具体导向实施方式，但本技术的设计构思并不局限于此，凡利用此构思对本技术进行非实质性的改动，均应属于侵犯本技术的保护范围的行为。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于压电原理的波浪能低频转高频装置，其特征在于，包括外壳(1)，外壳(1)底部成形有环状轨道(2)，环状轨道(2)内卡设有滚球(3)；外壳(1)顶部固定有沿环状轨道(2)设置的若干滑筒(4)和固定臂(5)；滑筒(4)内固定有弹簧(6)，弹簧(6)连接有与滚球(3)配合的悬臂梁(7)；悬臂梁(7)上固定有伸出滑筒(4)的拨动齿(8)，滑筒(4)设有与拨动齿(8)配合的滑轨(9)；固定臂(5)上固定有与拨动齿(8)配合的弹片(10)，弹片(10)连接有压电元件(11)。

【技术特征摘要】
1.一种基于压电原理的波浪能低频转高频装置，其特征在于，包括外壳(1)，外壳(1)底部成形有环状轨道(2)，环状轨道(2)内卡设有滚球(3)；外壳(1)顶部固定有沿环状轨道(2)设置的若干滑筒(4)和固定臂(5)；滑筒(4)内固定有弹簧(6)，弹簧(6)连接有与滚球(3)配合的悬臂梁(7)；悬臂梁(7)上固定有伸出滑筒(4)的拨动齿(8)，滑筒(4)设有与拨动齿(8)配合的滑轨(9)；固定臂(5)上固定有与拨动齿(8)配合的弹片(10)，弹片(10)连接有压电元件(11)。2.如权利要求1所述的基于压电原理的波浪能低频转高频装置，其...

【专利技术属性】
技术研发人员：马文静，刘璐，
申请(专利权)人：华北电力大学保定，
类型：新型
国别省市：河北,13