本發(fā)明屬于海洋波浪能收集技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種利用波浪能的新型壓電發(fā)電裝置。

背景技術(shù)：

海洋能是人類開始研究較早的能源之一，人們對海洋能的開發(fā)從十八世紀末就已經(jīng)開始，但與其它能源相比，海洋能的開發(fā)環(huán)境惡劣，發(fā)展相對滯后。由于海洋面積占地球總面積的71％，而且海洋能又是清潔的可再生能源，取之不盡、用之不竭，所以各個國家都不斷加大對海洋能的探索性投入。隨著科學技術(shù)的不斷發(fā)展，許多國家特別是海洋能資源豐富的國家對海洋能開發(fā)的大力支持，海洋能的開發(fā)已有了突飛猛進的發(fā)展，我國從20世紀70年代開始也對海洋能發(fā)電進行研究且取得了一定的成績。

海洋能雖然儲量極其豐富，但目前受到收集技術(shù)成本昂貴和利用效率低下的制約，波浪能的開發(fā)利用一直得不到推廣。如果能夠得到合理利用，將極大改善我國的能源結(jié)構(gòu)，緩解我國能源短缺問題，保證能源的可持續(xù)利用，同時波浪能是清潔無污染的可再生能源，波浪能的合理利用不僅可以解除經(jīng)濟快速發(fā)展受資源短缺的制約，也將會極大地改善我們居住的生活環(huán)境，提高人們的生活水平。

隨著壓電技術(shù)的發(fā)展，壓電材料越來越多元化，利用壓電材料的正壓電效應將機械能轉(zhuǎn)換為電能的轉(zhuǎn)換效率越來越高，進而受到人們的青睞。海洋能作為一種用之不竭且清潔的能源，將壓電技術(shù)用于海洋能發(fā)電方向，設計簡單方便的利用海洋能發(fā)電的新型壓電發(fā)電裝置，有助于提高海洋能的利用率。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明提出一種利用海洋能發(fā)電的新型壓電發(fā)電裝置，該裝置制作成本低廉，裝配簡單，轉(zhuǎn)化效率高，能夠滿足航標燈等海洋小型用電設備的用電需求，且對于可再生能源的有效利用有著積極地影響。

為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：一種利用波浪能的新型壓電發(fā)電裝置，包括支撐浮體，支撐浮體通過繩索與水底處的系泊裝置相連，支撐浮體的頂板上通過彈簧連接有波能采集浮體；波能采集浮體包括外殼，外殼頂板的邊緣向外延伸形成延伸邊，延伸邊的下側(cè)面均勻連接有導向柱，支撐浮體的頂板上對應導向柱設置有通孔，導向柱穿過通孔，并能夠沿通孔上下運動，導向柱的末端設置有限位塊；外殼的內(nèi)部設置有壓電發(fā)電裝置，壓電發(fā)電裝置包括懸臂梁和圓柱形重物，若干個懸臂梁沿圓柱形重物的周向均勻設置，懸臂梁的一端與圓柱形重物連接，另一端與波能采集浮體側(cè)壁的內(nèi)側(cè)連接，懸臂梁上設置有柔性壓電材料。

進一步地，所述懸臂梁采用壓電材料制成，或者懸臂梁的上下表面中至少有一個面上粘貼有柔性壓電材料。

進一步地，所述外殼底板的邊緣均勻設置有連接彈簧，彈簧的一端與外殼底板的邊緣連接，另一端與支撐浮體頂板的上表面連接。

優(yōu)選地，所述彈簧由耐腐蝕金屬材料制成。

優(yōu)選地，所述支撐浮體采用固體浮力材料制成。

優(yōu)選地，所述圓柱形重物的材質(zhì)為純金屬或合金。

優(yōu)選地，所述外殼為密閉的殼體，由耐腐蝕的金屬或有機材料制成。

優(yōu)選地，所述繩索為錨繩或纜繩，所述系泊裝置為單點系泊系統(tǒng)。

本發(fā)明的基于壓電效應的海洋波浪能發(fā)電裝置與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下有益效果：

(1)本發(fā)明的裝置轉(zhuǎn)化效率高，能夠?qū)⒉ɡ说挠縿又苯愚D(zhuǎn)化為壓電片的機械運動，這種設計可以減少中間的傳動環(huán)節(jié)，進而提高波浪能到電能的轉(zhuǎn)化效率；

(2)本發(fā)明的裝置利用率高，海洋各個方向的波浪涌動均能使波能采集浮體上下浮動，進而使懸臂梁與壓電材料發(fā)生上下擺動，并產(chǎn)生電能，而且本發(fā)明的裝置可以充分采集海洋各個方向的來波，無論是較強的波浪，還是較弱的海水波動，抑或是洋流的沖擊，本發(fā)明的裝置均能夠采集到并將其轉(zhuǎn)化為電能；

(3)本發(fā)明的裝置結(jié)構(gòu)簡單，成本低廉，易于安裝，能夠廣泛使用。

附圖說明

圖1為本發(fā)明整體結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本發(fā)明的剖視圖；

圖3為波能采集浮體及導向柱的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4為壓電發(fā)電裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；

上述圖中：1-支撐浮體；2-波能采集浮體；21-外殼；22-延伸邊；3-導向柱；4-壓電發(fā)電裝置；41-懸臂梁；42-圓柱形重物；5-彈簧。

具體實施方式

為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點更加清楚明白，以下結(jié)合附圖和實施例，對本發(fā)明進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。

實施例1

如圖1所示，一種利用波浪能的新型壓電發(fā)電裝置，包括支撐浮體1，支撐浮體1整體為中空的圓柱形，其側(cè)壁的厚度較大，采用泡沫制成，支撐浮體1為整個裝置提供漂浮在海面上的浮力。支撐浮體1的下端通過纜繩與沉于海底的錨相連接，便于將整個裝置固定在海域的某個位置，防止隨海流飄走。如圖1和2所示，支撐浮體1的頂板上通過彈簧連接有波能采集浮體2，波能采集浮體2設置在支撐浮體1頂板的中心位置。波能采集浮體2包括外殼21，外殼21為中空的圓柱體，采用重量輕且耐腐蝕的塑料制成，外殼21底板的邊緣均勻設置有連接8個彈簧5，彈簧5的一端與外殼21底板的邊緣連接，另一端與支撐浮體1頂板的上表面連接，彈簧5由彈簧鋼制成，易發(fā)生形變，機械性能好且耐腐蝕性強。如圖2和3所示，外殼21頂板的邊緣向外延伸形成環(huán)形的延伸邊22，延伸邊21的下側(cè)面連接有3個導向柱3，導向柱3圍繞外殼21的周向均勻設置。支撐浮體1的頂板上對應導向柱3設置有通孔，導向柱3的另一端穿過通孔，并能夠沿通孔上下運動，導向柱3的末端連接有方形的限位塊，防止導向柱3脫出通孔，為了減少導向柱3沿通孔上下運動時的阻力，可以在導向柱3和通孔之間添加直線軸承。外殼21為密閉的殼體，其內(nèi)部設置有壓電發(fā)電裝置4，如圖2和4所示，壓電發(fā)電裝置包括懸臂梁41和鉛材質(zhì)的圓柱形重物42，8個懸臂梁41沿圓柱形重物42的周向均勻設置，懸臂梁41的一端與圓柱形重物42連接，另一端與波能采集浮體2側(cè)壁的內(nèi)側(cè)連接，懸臂梁41采用彈性較大的材料制成，其上端面上均粘貼有柔性壓電材料。

該裝置可分布于距離陸地或島嶼比較近的淺海區(qū)域，整個裝置通過較長的纜繩與錨系裝置固定漂浮于某片海域。

本發(fā)明的發(fā)電裝置的工作原理為：該裝置將海浪的復雜多變的運動通過波能采集浮體2吸收轉(zhuǎn)化為導向柱3以及外殼21的上下往復運動，而外殼21內(nèi)壁上連接的懸臂梁41在圓柱形重物42的上下往復運動下會被迫發(fā)生上下振動；懸臂梁41上的柔性壓電材料在振動過程中因產(chǎn)生較大的機械應變而產(chǎn)生電荷輸出，通過導線接入電纜中，利用外接整流處理電路將壓電材料產(chǎn)生的電能儲存，最終為功耗為瓦量級的海洋設備如航標燈供電；因支撐浮體1與波能采集浮體2是通過彈簧相互連接在一起，在海浪波動較弱的情況下仍能維持海浪發(fā)電裝置持續(xù)工作一段時間。因為沉于海洋中的錨系裝置在洋流的作用下會左右晃動，并通過支撐浮體使彈簧發(fā)生形變存儲勢能，進而又使圓柱形重物上下擺動，帶動懸臂梁與壓電片的上下振動，并產(chǎn)生需要的電能。

實施例2

實施例2與實施例1的不同之處在于，該實施例中圍繞圓柱形重物42設置有12個懸臂梁41，懸臂梁41的上下端面均粘貼有柔性壓電材料，柔性壓電材料與懸臂梁41的長度相差不大，壓電薄片的一端固定在上蓋內(nèi)腔的表面上，這樣可以使得懸臂梁41與壓電薄片發(fā)生振動時會產(chǎn)生更多的電荷，釋放出更多的電能，盡最大可能保證波浪能轉(zhuǎn)化的效率。

實施例3

實施例3與實施例1的不同之處在于，懸臂梁41采用壓電材料制成，由兩片壓電薄片上下粘貼構(gòu)成。

應當理解的是，對本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來說，可以根據(jù)上述說明加以改進或變換，而所有這些改進和變換都應屬于本發(fā)明所附權(quán)利要求的保護范圍。