一种全向压电电磁复合式波浪能采集装置的制作方法

本发明属于能量收集装置设计制造领域。

背景技术：

随着能源消耗的逐渐增加，能源紧缺问题成为大家关注的热点。为了解决能源问题，能量采集技术得到了广泛的研究，希望通过将环境中存在的能量采集起来，为各种电子设备供电。由于地球70％的表面被海洋覆盖，蓝色能源在为无线传感器供电方面有着广阔的前景。波浪能是蓝色能量的主要来源之一，它代表着水波、潮汐和海洋所提供的能量。波浪的特征是随机和不规则的振动，其超低频小于10hz，甚至1hz。将波浪能转化为电能的主要方法可分为三种：电磁式、压电式以及机械式。基于压电和电磁复合机制将波浪能转换为电能，称为压电电磁复合式波浪能采集。近年来的研究表明，与单独的压电或电磁振动能量采集相比，混合采集技术在采集功率、提取效率、工作频带和负载范围等方面具有明显的优势。

据检索，目前已有相关波浪能采集装置出现，例如中国专利申请号为201911017952.3公开的“一种复摆升频式波浪能收集装置”，该专利通过复摆机构以及齿轮的旋转带动发电机发电，同时通过磁极间的相互作用带动压电片发电，该装置经过多种形式的运动传动，发电效率不高，同时也增加了系统的复杂程度。

又如中国专利申请号为201910767444.0公开的“一种全封闭偏心摆式波浪能发电系统及其海况自适应发电方法”，该专利利用液压装置实现了装置的自适应调节，以适应不用的波况条件，但该装置结构复杂，不适用与水面较为平静的情况，限制了装置的应用。

鉴于上述情况，有必要发明一种结构简单，发电效率高且适用范围广的压电电磁复合式波浪能采集装置。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种简单高效的压电电磁复合式波浪能采集装置，它能有效地平稳高效的输出电能。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：一种全向压电电磁复合式波浪能采集装置，包括球形外壳、电磁式能量采集机构和压电式能量采集机构，球形外壳分为上壳体和下壳体，上壳体、下壳体的开口处均设有相互配合的螺纹；上壳体内部顶面为平面，设有四个螺纹孔，左球铰座、右球铰座的上部均为平板且设有一对螺孔结构，下部均带有半球形的空腔，摆锤摆杆的上部为球形体，下部为圆饼状结构，该圆饼状结构下表面镶嵌有圆形永磁铁；上部的球形体通过左球铰座、右球铰座下部的半球形的空腔两者合体间隙配合固定于上壳体内部顶面；下壳体内部高度的三分之一处为实球体构成的平面，呈环状设有正六边形分布的凹槽，双晶压电片的下部嵌立于所述凹槽内，下壳体的内部的平面上镶嵌有铜线圈。

所述左球铰座、右球铰座通过螺钉与上壳体内部顶面固定。

所述上壳体的开口处设有内螺纹，下壳体的开口处设有外螺纹。

所述双晶压电片为矩形形状，共有十二块。

所述双晶压电片为压电陶瓷材料。

所述圆形永磁铁为铷硼磁铁材料

本发明的工作过程和工作原理是：

将本装置至于海面上，在外界没有振动时，摆锤受重力作用垂直于海平面，装置不会产生电能，当装置随波浪的起伏时，摆锤随波浪往复摆动，磁铁相对于下方铜线圈运动，根据法拉第电磁感应定律，线圈中磁通量发生变化从而产生电信号。

同时，在摆锤往复摆动过程中会拍打压电片，压电片上的压电陶瓷受力，发生机械形变，使得压电片两个相对表面上出现相反的电荷从而形成电位差，实现将机械能转化为电能。

电磁和压电部分得到的电能通过整流稳压电路转换为直流电并储存在蓄电池中，可以为各种传感器供电，实现装置的自供电。

本发明的有益效果是：

1.本发明的复合式能量采集技术在采集功率、提取效率、工作频带和负载范围等方面相比较单一能量采集技术具有明显的优势

2.摆锤连接处采用球铰连接，实现了摆锤的全向摆动，以适应波浪方向的随机性。

3.本发明结构小巧简单，易于加工制作，适用范围广。

附图说明

图1是本发明外观示意图。

图2是上壳体结构示意图。

图3是下壳体结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

一种全向压电电磁复合式波浪能采集装置，球形外壳分为上壳体1和下壳体2，上壳体1、下壳体2的开口处均设有相互配合的螺纹；上壳体1内部顶面为平面，设有四个螺纹孔，左球铰座3、右球铰座5的上部均为平板且设有一对螺孔结构，下部均带有半球形的空腔，摆锤6摆杆的上部为球形体，下部为圆饼状结构，该圆饼状结构下表面镶嵌有圆形永磁铁7；上部的球形体通过左球铰座3、右球铰座5下部的半球形的空腔两者合体间隙配合固定于上壳体1内部顶面；下壳体2内部高度的三分之一处为实球体构成的平面，呈环状设有正六边形分布的凹槽，双晶压电片9的下部嵌立于所述凹槽内，下壳体2的内部的平面上镶嵌有铜线圈8。

所述左球铰座3、右球铰座5通过螺钉4与上壳体1内部顶面固定。

所述上壳体1的开口处设有内螺纹，下壳体2的开口处设有外螺纹。

所述双晶压电片9为矩形形状，共有十二块。

所述双晶压电片9为压电陶瓷材料。

所述圆形永磁铁7为铷硼磁铁材料

本发明的工作过程和工作原理是：

将本装置至于海面上，在外界没有振动时，摆杆顶部离水面最远，摆锤6受重力作用垂直于海平面，装置不会产生电能，当装置随波浪的起伏时，摆锤6随波浪往复摆动，磁铁7相对于下方铜线圈8运动，根据法拉第电磁感应定律，线圈中磁通量发生变化从而产生电信号。

同时，在摆锤6往复摆动过程中会拍打压电片9，压电片9上的压电陶瓷受力，发生机械形变，使得压电片9两个相对表面上出现相反的电荷从而形成电位差，实现将机械能转化为电能。

电磁和压电部分得到的电能通过整流稳压电路转换为直流电并储存在蓄电池中，可以为各种传感器供电，实现装置的自供电。

技术特征：

1.一种全向压电电磁复合式波浪能采集装置，包括球形外壳、电磁式能量采集机构和压电式能量采集机构，其特征在于：球形外壳分为上壳体(1)和下壳体(2)，上壳体(1)、下壳体(2)的开口处均设有相互配合的螺纹；上壳体(1)内部顶面为平面，设有四个螺纹孔；左球铰座(3)、右球铰座(5)的上部均为平板且设有一对螺孔结构，下部均带有半球形的空腔；摆锤(6)摆杆的上部为球形体，下部为圆饼状结构，该圆饼状结构下表面镶嵌有圆形永磁铁(7)；上部的球形体通过左球铰座(3)、右球铰座(5)下部的半球形的空腔两者合体间隙配合固定于上壳体(1)内部顶面；下壳体(2)内部高度的三分之一处为实球体构成的平面，呈环状设有正六边形分布的凹槽，双晶压电片(9)的下部嵌立于所述凹槽内，下壳体(2)的内部的平面上镶嵌有铜线圈(8)。

2.根据权利要求1所述的一种全向压电电磁复合式波浪能采集装置，其特征在于：所述左球铰座(3)、右球铰座(5)通过螺钉(4)与上壳体(1)内部顶面固定。

3.根据权利要求1所述的一种全向压电电磁复合式波浪能采集装置，其特征在于：所述上壳体(1)的开口处设有内螺纹，下壳体(2)的开口处设有外螺纹。

4.根据权利要求1所述的一种全向压电电磁复合式波浪能采集装置，其特征在于：所述双晶压电片(9)为矩形形状，共有十二块。

5.根据权利要求1所述的一种全向压电电磁复合式波浪能采集装置，其特征在于：所述双晶压电片(9)为压电陶瓷材料。

6.根据权利要求1所述的一种全向压电电磁复合式波浪能采集装置，其特征在于：所述圆形永磁铁(7)为铷硼磁铁材料。

技术总结
本发明提供了一种全向压电电磁复合式波浪能采集装置，属于能量收集装置设计制造领域。球形外壳分为上壳体和下壳体，上壳体、下壳体的开口处均设有相互配合的螺纹；上壳体内部顶面为平面，设有四个螺纹孔，左球铰座、右球铰座的上部均为平板且设有一对螺孔结构，下部均带有半球形的空腔，摆锤摆杆的上部为球形体，下部为圆饼状结构，该圆饼状结构下表面镶嵌有圆形永磁铁；上部的球形体通过左球铰座、右球铰座下部的半球形的空腔两者合体间隙配合固定于上壳体内部顶面；下壳体内部高度的三分之一处为实球体构成的平面，呈环状设有正六边形分布的凹槽，双晶压电片的下部嵌立于所述凹槽内，下壳体的内部的平面上镶嵌有铜线圈。

技术研发人员：张祖涛;王伟;郑鹏;陈江帆;袁艳平;罗大兵;潘亚嘉
受保护的技术使用者：西南交通大学
技术研发日：2020.01.16
技术公布日：2020.05.15