摆动式水翼端部激振波浪能转换装置的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种能量转换装置，具体涉及一种摆动式水翼端部激振波浪能转换装置，属于海洋波浪能发电新能源领域。
【背景技术】
[0002]近年来随着能源危机的日益严重，新能源技术得到了广泛关注。在一些远离海岸线的偏远海岛或者海上作业平台，能源匮乏，物资运输成本高，导致一些设备不能正常工作，给岛上居民和平台工作人员生活带来极大不便。而海洋是一个非常巨大的能源宝库。据测算，海上波浪所蕴藏的能量高达5000GW，如果能够有效利用，不仅能够解决海上人员的能源问题，对缓解世界性的能源危机也有很大帮助。海洋能量储量丰富，如何将分散、低密度、不稳定的海洋波浪能量收集起来，集中、经济、高效的转化为电能，这是近些年来世界上众多科学家迫切想要解决的问题。英国最早投入对波浪能发电的研究，“点头鸭”式结构由于其构思巧妙，波浪能转换效率高，一度被认为是波浪能发电的典范，但是最终由于其结构复杂，海上工作安全性差，无法投入实际应用而退出历史舞台。上世纪80年代，日本的兆瓦级“海明号”波浪能发电船研制成功，船上有22个空气室，气室内特制的活塞随海浪的波动而上下运动，将波浪能转化为压缩空气的内能，压缩空气从气室喷嘴喷出，推动涡轮机运转，从而带动发电机发电。海明号属于振荡水柱式结构，可靠性好，抗风浪袭击能力强，但是建造成本高，转换效率低，发电成本昂贵，不适用于工程性发展。
[0003]公开日为2013年3月13日、公开号为CN102969937A、发明名称为“海洋压力发电装置”的专利申请，它提出了一种利用压电技术开发海洋能量的装置。它的主体是一个形如风向标的框架结构，框架内安装有压电板，利用压电材料的压电特性将海洋能量转化为电能。它充分利用了压电材料特性，结构简单，能量转换中间环节少，具有很好得优势，但是其只是单纯利用海水压力让压电悬臂梁组件产生变形，压电悬臂梁组件形变量小，发电量少，能量利用率低。
[0004]根据现有发电装置的能量传递和转换过程，海浪能的利用过程可分为三个阶段:一级转换、中间转换和二级转换。一次转换是将波浪的动能和势能吸收并转换为相应的机械能、气体内能等其他形式的能量，二次转换是将其他形式的能量转换成电能，中间转换是一次转换和二次转换的中间过度过程。现有发电装置普遍存在的问题是，结构复杂，抗风浪侵袭能力差，不利于集成化；中间转换环节多，不能对波浪能量有效利用，能量转换效率低；设备装置造价昂贵，发电成本高，不宜于大规模应用；能量输出不稳定，发电电压低等。
【发明内容】
[0005]本发明为解决现有海浪能发电装置结构复杂，设备装置造价昂贵，发电成本高，能量转换效率低及发电电压低的问题，进而提供一种摆动式水翼端部激振波浪能转换装置。
[0006]本发明为解决上述问题采取的技术方案是:摆动式水翼端部激振波浪能转换装置包括固定基座、隔水板、摆动翼板、两个支撑座、两组悬臂梁压电浮能器、多个激振永磁体和多个受振永磁体；每组悬臂梁压电浮能器包括多个悬臂梁压电浮能器；激振永磁体和受振永磁体的磁极性相同；
[0007]固定基座为具有凹槽的固定基座，两个支撑座并列固装在固定基座上，摆动翼板布置在两个支撑座之间且摆动翼板的后缘两端转动连接在两个支撑座上，隔水板和摆动翼板均为非铁磁材料，隔水板布置在摆动翼板的下方并盖合在凹槽上，隔水板与固定基座密封连接；两组悬臂梁压电浮能器和多个受振永磁体布置在凹槽内，两组悬臂梁压电浮能器以摆动翼板的横截面镜像设置，摆动翼板的后缘的下端面镶嵌有多个激振永磁体，多个悬臂梁压电浮能器的悬臂梁端与固定基座固接，多个悬臂梁压电浮能器的压电片水平布置，压电片为长条片状结构，位于摆动翼板下方的每个压电片自由端的上表面固装有受振永磁体。
[0008]本发明的有益效果是:本发明的摆动式水翼端部激振波浪能转换装置主要通过摆动翼板的摆动而带动永磁体磁场周期性变化从而使压电悬臂梁组件在磁场力作用下产生形变的过程将波浪的动能转化为电能。摆动翼板采用两端支承形式，摆动结构稳定可靠，尾部的空腔使其能够始终竖直漂浮在海水中。固定基座可以通过某种方式固定在浅海海底，保证摆动翼板始终淹没在海水下。装置安装时，摆动翼板正面迎向海浪来袭方向，由于其宽大的结构形式，极易随海水产生运动，充分吸收海水波动能量，而由于支承轴的限制，翼板并不能产生除摆动之外的多余运动。摆动翼板摆动频率与波浪周期一致。压电悬臂梁组件分为两组安装在固定基座的空腔内，在摆动翼板两侧对称线性布置，头部刚性固定在压电悬臂梁组件固定件上，保证振动的有效性；永磁体根据其运动原理分为主动激振永磁体和被动受振永磁体，主动激振永磁体嵌入摆动翼板头部并随其一起摆动，产生磁场波动并对被动受振永磁体产生交变的磁场力，被动受振永磁体产生受迫振动，并带动悬臂梁压电浮能器振动。根据压电原理，悬臂梁压电浮能器在外力作用下产生形变，材料内部发生极化现象，从而在压电晶体两晶面上产生电荷，将机械能转化为电能。因此，可以将悬臂梁压电浮能器进行串联、并联以获得所需的电压、电流。本发明的摆动式水翼端部激振波浪能转换装置中悬臂梁压电浮能器与被动受振永磁体部件的固有频率为当地波浪频率的2倍。因为随海浪波动，其摆动周期与当地波浪周期一致，悬臂梁压电浮能器的振动周期是摆动翼板摆动周期的一半，所以悬臂梁压电浮能器处于共振状态，根据机械振动原理，共振将翼板机械能最大程度上转化为悬臂梁压电浮能器的机械能，提高输出电压幅值。本发明的摆动式振子端部激振波浪能发电装置具有结构简单，应用灵活，成本低，冲击小，抗风浪侵袭能力强，可靠性高和发电电压高的优点。同时采用压电发电形式，发电电压高，便于利用与集成化，可应用于海水波浪能发电的研究，也可改造后用于风能等其他流体动能发电装置的研究。
【附图说明】
[0009]图1是压电悬臂梁组件和永磁体布置立体示意图，图2是本发明的摆动式水翼端部激振波浪能转换装置的主剖面图，图3是固定基座的立体结构图，图4是摆动翼板的立体结构图，图5是支承座的立体结构图，图6是摆动翼板随波浪摆动示意图，图7是悬臂梁压电浮能器在磁场作用下的振动原理示意图。
【具体实施方式】
[0010]【具体实施方式】一:结合图1至图7说明，本实施方式的摆动式水翼端部激振波浪能转换装置包括固定基座1、隔水板3、摆动翼板7、两个支撑座9、两组悬臂梁压电浮能器5、多个激振永磁体6和多个受振永磁体10 ;每组悬臂梁压电浮能器5包括多个悬臂梁压电浮能器5 ;激振永磁体6和受振永磁体10的磁极性相同；固定基座I为具有凹槽1-1的固定基座，两个支撑座9并列固装在固定基座I上，摆动翼板7布置在两个支撑座9之间且摆动翼板7的后缘两端转动连接在两个支撑座9上，隔水板3和摆动翼板7均为非铁磁材料，隔水板3布置在摆动翼板7的下方并盖合在凹槽1-1上，隔水板3与固定基座I密封连接；两组悬臂梁压电浮能器5和多个受振永磁体10布置在凹槽1-1内，两组悬臂梁压电浮能器5以摆动翼板7的横截面A镜像设置，摆动翼板7的后缘的下端面镶嵌有多个激振永磁体6，多个悬臂梁压电浮能器5的