一种新型摆动式波浪能压电发电装置的制作方法

本发明主要涉及海洋观测领域，具体涉及一种基于波浪能的新型摆动式压电发电装置，可以为浮体上传感器等器件持续供电。

背景技术：

波浪能发电(wavepowergeneration)是以波浪的能量为动力生产电能。海洋波浪蕴藏着巨大的能量，正弦波浪每米波峰宽度的功率p≈htkw/m。式中，h为波高，单位是米(m)；t为波周期，单位为(s)。通过某种装置可将波浪的能量转换为机械的、气压的或液压的能量，然后通过传动机构、气轮机、水轮机或油压马达驱动发电机发电。全球有经济价值的波浪能开采量估计为1～10亿kw。中国波浪能的理论储量为7000万kw左右。

气动式发电是波浪能发电的一种，通过气室、气袋等泵气装置将波浪能转换成空气能，再由气轮机驱动发电机发电的方式。气动式发电结构复杂，维护和安装成本较高。

液压式发电也是波浪能发电的一种，通过某种泵液装置将波浪能转换为液体(油或海水)的压能或位能，再由油压马达或水轮机驱动发电机发电的方式。液压式发电一般只作用在水面上，且泵液装置及油压马达的能量利用率较低，固定及安装较困难。

机械式发电作为波浪能发电的一种，通过某种传动机构实现波浪能从往复运动到单向旋转运动的传递来驱动发电机发电的方式。旧式的机械式发电多是采用齿条、齿轮及棘轮的机械式装置，往往结构较笨重，可靠性不强。且传统的机械式发电成本较高。但新型的采用摆动式压电发电装置结构简单、能量利用效率高、维护及安放成本低、易于实现。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种成本低、能量利用效率高、结构简单、可靠性高、无污染且寿命长的基于波浪能的新型摆动式压电发电装置。

本发明采用的技术方案是：一种基于波浪能的新型摆动式压电发电装置，本装置包括：发电装置、上摆动体及下摆动体三部分。

所述发电装置包括：转子部分、压电陶瓷片、定子部分、陶瓷轴承、导电滑环、转轴；所述转子部分包括：传动轴、转子、扭簧；所述定子部分包括：定子、圆筒、端盖、套筒；所述传动轴与转子同圆心布置，通过平键相连接；所述扭簧一端固定于传动轴上，另一端固定于套筒上；所述压电陶瓷片位于定子内伸出端两侧，与定子通过螺钉相连接；所述定子与圆筒进行过盈配合，下部分嵌入圆筒中，上部分与陶瓷轴承外圈相接触，实现定子的紧固和定位；所述导电滑环一端线圈与压电陶瓷片相连接，另一端线圈与电缆相连接；所述端盖位于圆筒顶端和底端，通过螺钉与圆筒相连接；所述转轴位于发电装置上端，通过电缆与船体相连；

所述上摆动体具有六个叶片，类似螺旋桨结构，与圆筒通过螺纹相连接；

所述下摆动体同样具有六个叶片，叶片方向与上摆动体叶片方向相反，与传动轴通过螺纹相连接；

所述上下摆动体随波浪升沉由周期性上下直线运动转为相反方向的周期性往复圆周运动，带动定子上的压电陶瓷片与转子周期性碰撞产生振动进行发电。

进一步的特征在于：所述上下摆动体叶片偏角为正负14度，受到水对垂直于叶片方向的分力较大，易于实现上下摆动体进行相反方向的周期性往复圆周运动。

进一步的特征在于：所述转子在定子随摆动体进行相反方向的周期性往复圆周运动时，与压电陶瓷片相互碰撞，压电陶瓷片产生振动从而发电，本装置压电陶瓷片采用串联连接方式。

本装置的优点在于：

1.本装置制造、安放及维护成本较低，能量利用效率高，结构简单且实现集成化理念。

2.本装置基于波浪能，随海浪升降，由周期性上下直线运动转为周期性相反方向的周期性往复圆周运动，压电陶瓷片受到转子撞击的频率及力度较大，进而发电装置可靠性高。

3.本装置在进行压电发电过程中具有不发热、无电磁干扰、无污染的特点。

4.本装置具有良好的抗腐蚀性，使用寿命长，且可回收利用。

附图说明

下面将结合附图对本发明作进一步的说明，附图中：

图1是本发明一种基于波浪能的新型摆动式压电发电装置总体示意图；

图2是本发明一种基于波浪能的新型摆动式压电发电装置结构示意图；

图3是本发明中上下摆动体受力分析图；

图4是本发明中发电装置的结构示意图；

图5是本发明中发电原理示意图；

其中：1、船体，2、电缆，3、发电装置，4、上摆动体，5、下摆动体，6、传动轴，7、下端盖，8、陶瓷轴承a，9、转子，10、压电陶瓷片，11、定子，12、陶瓷轴承b，13、短套筒，14、扭簧，15、长套筒，16、导电滑环，17、转轴，18、陶瓷轴承c，19、上端盖，20、圆筒。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

参见图1-图2-图3，船体1通过电缆与本装置转轴17相连接。当船体1向波峰移动时，通过电缆2带动本装置向上移动，由于水对上摆动体4叶片存在竖直向下的作用力fao，可以将fao分解为垂直于叶片的力f0，沿叶片的力fa，将f0分解为水平方向上的分力f1，以及竖直方向上且方向向下的分力f2，在f1的作用下，上摆动体进行逆时针转动。上摆动体与圆筒20通过螺钉相连接，定子11与圆筒进行过盈配合，并嵌入到圆筒中，上摆动体带动定子进行逆时针转动。

同样当船体1向波峰移动时，通过电缆2带动本装置向上移动，由于水对下摆动体5叶片存在竖直向下的作用力fb3，可以将fb3分解为垂直于叶片的力f3，沿叶片的力fb，将f3分解为水平方向上的分力f4，以及竖直方向上且方向向下的分力f5，在f4的作用下，下摆动体进行顺时针转动。下摆动体与传动轴6通过螺纹连接，传动轴与转子9通过平键进行连接，下摆动体带动转子进行顺时针方向转动。

当船体1向波谷移动时，由于重力作用，本装置向下移动，与船体向波峰移动时相同，对上下摆动体进行受力分析，同理可知，由于水对上摆动体4叶片存在竖直向上的作用力，同样将此作用力进行力分解，上摆动体进行顺时针方向转动，而下摆动体5由于受到方向相反的作用力，进行逆时针方向转动。上摆动体与圆筒20通过螺钉相连接，定子11与圆筒进行过盈配合，并嵌入到圆筒中，上摆动体带动定子进行顺时针方向转动。下摆动体与传动轴6通过螺纹连接，传动轴与转子9通过平键进行连接，下摆动体带动转子进行逆时针方向转动。

参见图4-图5，在波峰及波谷情况中，当定子11与转子9在上下摆动体的作用下，进行相反方向的相对运动时，转子不断撞击压电陶瓷片10，从而使压电陶瓷片产生振动，进而发电。在传动轴上加入扭簧，在转动时增加扭矩，进而增加发电装置可靠性。

本发明中，压电陶瓷片采用串联的方式，利用导电滑环16进行电流的传递。导电滑环一端与压电陶瓷片连接，一段与电缆相连接。从而为浮体上器件进行供电。

应当理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。