本發(fā)明涉及一種能量收集裝置，具體涉及一種可將波浪產(chǎn)生的能量轉(zhuǎn)換為可供利用的能量的一種復(fù)合式波浪能收集裝置。

背景技術(shù)：

波浪能是指海洋表面波浪所具有的動能和勢能，地球上70％的面積被海水所覆蓋，海洋波浪能資源巨大。如今人類對能源的需求不斷加大，非可再生能源的儲量日益衰減，收集海洋中的波浪能受到了越來越多的重視。

目前，波浪能收集主要有兩種類型：一種是能量收集裝置直接與海水接觸，通過運(yùn)動的海水直接驅(qū)動能量轉(zhuǎn)換裝置，人類對這種波浪能收集裝置的研究和應(yīng)用已經(jīng)有比較多的技術(shù)類型，如直接機(jī)械傳動、低壓水力傳動、高壓液壓傳動、氣動傳動等；另一種是能量收集裝置集成在搭載平臺內(nèi)部，通過收集平臺受到波浪作用產(chǎn)生的振動能量，間接地收集波浪能。由于這種間接收集波浪能的裝置發(fā)展較晚，現(xiàn)有的種類并不多。目前人類為了監(jiān)測和開發(fā)海洋的需要，將這種間接收集波浪能的裝置集成在海上監(jiān)測設(shè)備中，如海洋浮標(biāo)、海上航行器等設(shè)備平臺上，可為這些設(shè)備平臺中耗能小的元件供電并可延長設(shè)備的使用周期，對海洋的監(jiān)測和開發(fā)具有重要意義，但是目前可集成在海上設(shè)備平臺內(nèi)間接收集波浪能的裝置相對較少?，F(xiàn)有裝置一般采用電磁發(fā)電和摩擦發(fā)電兩種類型。電磁發(fā)電類型一般采用彈簧振子結(jié)構(gòu)，搭載平臺受海浪作用上下振動，使固定在彈簧活動端的磁體產(chǎn)生受迫上下振動，固定在能量收集器上的感應(yīng)線圈切割磁感線產(chǎn)生電能輸出。由于海洋波浪振動具有頻率低的特點(diǎn)，這種電磁發(fā)電能量收集裝置的磁體振動頻率低，使得磁通量的變化率較小，影響了發(fā)電輸出。摩擦式發(fā)電類型是通過兩種材料的表面相互接觸和分離，根據(jù)摩擦生電和靜電感應(yīng)的耦合來實(shí)現(xiàn)電能輸出。一般是在波浪振動產(chǎn)生的外力作用下，通過某種方式，如在平面上自由滾動小球撞擊等方式，使兩種材料表面產(chǎn)生接觸和分離。同樣由于海洋中的波浪振動的頻率較低的原因，使得摩擦材料表面的接觸和分離的頻率較低，所以輸出的電能也較低。

有鑒于上述的缺陷，本設(shè)計人，積極加以研究創(chuàng)新，以期創(chuàng)設(shè)一種能夠?qū)Σɡ四艹浞掷煤褪占膹?fù)合式波浪能收集裝置，使其更具有產(chǎn)業(yè)上的利用價值。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明的目的是提供一種能夠?qū)崿F(xiàn)對波浪能的充分利用和收集的電磁-壓電復(fù)合式波浪能收集裝置。

本發(fā)明的一種復(fù)合式波浪能收集裝置，其特征在于：包括能夠與海上搭載平臺配合安裝的機(jī)架，所述機(jī)架上設(shè)有受海浪作用能夠往復(fù)擺動的擺桿、均勻分布在擺桿擺動的圓弧上的多個壓電彈性梁、由擺桿擺動帶動的電磁發(fā)電機(jī)，所述擺桿朝向各所述壓電彈性梁的端部上設(shè)有質(zhì)量塊，所述質(zhì)量塊上設(shè)有能夠部分與各所述壓電彈性梁端部重疊、隨所述擺桿擺動時撥動壓電彈性梁、用于撞擊壓電彈性梁使其產(chǎn)生高頻自由振動撥片。

進(jìn)一步的，還包括使所述擺桿在未受海浪作用狀態(tài)下保持平衡的扭簧，所述扭簧一端與所述機(jī)架連接、另一端與所述擺桿連接。

進(jìn)一步的，所述機(jī)架上垂直設(shè)有支架，所述支架上轉(zhuǎn)動連接有帶動所述擺桿轉(zhuǎn)動的轉(zhuǎn)軸，所述扭簧套設(shè)在所述轉(zhuǎn)軸上。

進(jìn)一步的，所述轉(zhuǎn)軸上連接有與所述電磁發(fā)電機(jī)輸入軸嚙合連接的增速齒輪副。

進(jìn)一步的，其特征在于：所述機(jī)架上還設(shè)有安裝各所述壓電彈性梁的支座。

進(jìn)一步的，所述壓電彈性梁包括彈性梁及附著于所述彈性梁上的壓電膜。

借由上述方案，本發(fā)明至少具有以下優(yōu)點(diǎn)：

本發(fā)明能夠?qū)⒌皖l振動轉(zhuǎn)化為高速旋轉(zhuǎn)-電磁和高頻振動-壓電相復(fù)合的方式發(fā)電，其有效提高輸出電能和能量轉(zhuǎn)化效率。

其中：

高速旋轉(zhuǎn)-電磁的實(shí)現(xiàn)方式：搭載平臺上下振動時，擺桿產(chǎn)生受迫振動，上下往復(fù)擺動，并通過增速齒輪副增速，使發(fā)電機(jī)輸入軸獲得更高轉(zhuǎn)速，由此輸出更高的電能；

高頻振動-壓電的實(shí)現(xiàn)方式：擺桿上下擺動時，擺桿末端撥片不斷與壓電彈性梁發(fā)生接觸-分離，使壓電彈性梁產(chǎn)生高頻率的自由振動，進(jìn)而使得壓電膜按相應(yīng)頻率拉伸和壓縮，進(jìn)而產(chǎn)生更高的輸出電能。

上述說明僅是本發(fā)明技術(shù)方案的概述，為了能夠更清楚了解本發(fā)明的技術(shù)手段，并可依照說明書的內(nèi)容予以實(shí)施，以下以本發(fā)明的較佳實(shí)施例并配合附圖詳細(xì)說明如后。

附圖說明

圖1是本發(fā)明一種復(fù)合式波浪能收集裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是本發(fā)明的擺桿運(yùn)動示意圖；

圖3是本發(fā)明的扭簧安裝示意圖；

圖4是本發(fā)明壓電彈性梁結(jié)構(gòu)示意圖；

圖5是本發(fā)明安裝在搭載平臺中的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖6是本發(fā)明壓電彈性梁彎曲彈性變形示意圖。

其中：

1是機(jī)架、2是擺桿、201是回轉(zhuǎn)中心、3是壓電彈性梁、301是彈性梁、302是壓電膜、4是電磁發(fā)電機(jī)、5是質(zhì)量塊、501撥片、6是扭簧、7是支架、701是第一支架、702是第二支架、8是轉(zhuǎn)軸、801是第一轉(zhuǎn)軸、802是第二轉(zhuǎn)軸、9是增速齒輪副、10是支座、1001是弧面、11是搭載平臺。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和實(shí)施例，對本發(fā)明的具體實(shí)施方式作進(jìn)一步詳細(xì)描述。以下實(shí)施例用于說明本發(fā)明，但不用來限制本發(fā)明的范圍。

參見附圖1至6，本發(fā)明一較佳實(shí)施例所述的一種復(fù)合式波浪能收集裝置，包括能夠與海上搭載平臺11配合安裝的機(jī)架1，所述機(jī)架1上設(shè)有受海浪作用能夠往復(fù)擺動的兩根相互平行設(shè)置的擺桿2，為實(shí)現(xiàn)波浪能收集，本設(shè)計在以擺桿2的回轉(zhuǎn)中心201為圓心的圓弧上均勻分布設(shè)置有多個壓電彈性梁3，本設(shè)計還包括由擺桿2擺動帶動其轉(zhuǎn)動的電磁發(fā)電機(jī)4，所述壓電彈性梁3包括彈性梁301及附著于所述彈性梁上的壓電膜302，所述擺桿2朝向各所述壓電彈性梁3的端部上設(shè)有質(zhì)量塊5，為保證壓電彈性梁3能夠正常發(fā)揮使用，在所述質(zhì)量塊5上設(shè)有能夠部分與各所述壓電彈性梁3端部重疊、隨所述擺桿擺動時撥動壓電彈性梁且用于撞擊壓電彈性梁使其產(chǎn)生高頻自由振動的撥片501。本設(shè)計中所述壓電彈性梁的設(shè)置形式不受限制如水平均勻設(shè)置或徑向均勻設(shè)置，只要保證所述撥片501能夠與所述壓電彈性梁3端部有部分重疊且撥片能夠撞擊壓電彈性梁使其產(chǎn)生高頻自由振動即可，本實(shí)施例優(yōu)選所述壓電彈性梁徑向均勻布置。

為保證擺桿2在未受海浪作用狀態(tài)下能夠保持平衡，本發(fā)明還設(shè)有扭簧6，所述扭簧6的一端與所述機(jī)架1連接、另一端與所述擺桿2的端部連接。

所述機(jī)架上垂直設(shè)有第一支架701，所述第一支架701上鉸接有中心為所述擺桿的回轉(zhuǎn)中心的第一轉(zhuǎn)軸801，所述擺桿2剛性連接于所述第一轉(zhuǎn)軸801上，所述扭簧6套設(shè)在所述第一轉(zhuǎn)軸801上。所述第一轉(zhuǎn)軸801上連接有與所述電磁發(fā)電機(jī)4輸入軸相嚙合的增速齒輪副9，增速齒輪副的增速級數(shù)可以根據(jù)實(shí)際使用時對速度的要求來設(shè)定，本實(shí)施例選用兩次增速，即在所述第一支架701與所述電磁發(fā)電機(jī)4之間設(shè)有支撐增速齒輪的第二支架702和第二轉(zhuǎn)軸802。

所述機(jī)架1上還設(shè)有安裝各所述壓電彈性梁3的支座10。

本發(fā)明的工作原理如下：

通過調(diào)整扭簧6的初始安裝位置，使得擺桿2在質(zhì)量塊5重力對回轉(zhuǎn)中心201的力矩和扭簧6扭矩的共同作用下處于水平位置，在使用過程中，本發(fā)明的波浪能收集裝置安裝于搭載平臺11內(nèi)，當(dāng)搭載平臺在海浪的作用下發(fā)生上下起伏時，本裝置中的機(jī)架1隨著搭載平臺上下振動，擺桿2在質(zhì)量塊5、扭簧6和增速齒輪副9對其產(chǎn)生的力矩的作用下，擺桿2將產(chǎn)生相對于回轉(zhuǎn)中心的往復(fù)擺動，即產(chǎn)生受迫振動中的基礎(chǔ)激振，通過增速齒輪副9將擺桿2的擺動轉(zhuǎn)換成電磁發(fā)電機(jī)4輸入軸的增速轉(zhuǎn)動，由此電磁發(fā)電機(jī)4輸出更高的電能。

在擺桿2往復(fù)擺動時，撥片501撞擊壓電彈性梁3的自由端，撥片501將會與壓電彈性梁3末端接觸并擠壓，使壓電彈性梁3產(chǎn)生撓曲變形，積累彈性勢能，直至撥片501與壓電彈性梁3的重疊長度變?yōu)榱?，即分離，使得壓電彈性梁產(chǎn)生高頻自由振動，進(jìn)而使壓電彈性梁3上的壓電膜302按相應(yīng)頻率伸長和壓縮，通過壓電效應(yīng)產(chǎn)生電動勢，將積累的彈性勢能轉(zhuǎn)化為電能。在擺桿2往復(fù)擺動過程中，撥片501依次與壓電彈性梁3陣列中的每個壓電彈性梁產(chǎn)生接觸-分離，進(jìn)而不斷有電能輸出。

以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，并不用于限制本發(fā)明，應(yīng)當(dāng)指出，對于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明技術(shù)原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和變型，這些改進(jìn)和變型也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。