一种基于压电材料的波浪能发电装置

本发明涉及发电装置的技术领域，特别涉及一种基于压电材料的波浪能发电装置。

背景技术：

海洋占据了地球表面70％以上的面积，内部蕴藏着丰富的资源。各国科研人员借助海洋探测装备(例如auv)一直进行着海洋资源的观测、探测活动，在海洋资源的探测过程中遇到的主要难题之一是auv等装备的长期供电问题。目前已经投入使用的auv绝大部分只能实现短期的海洋观测，所携带能源难以满足长期海洋观测活动的需要；远洋与深海活动中所使用的装备，如航行器，也面临长期供电难的问题。针对上述问题，如何实现就近取能、为海洋装备供电，具有紧迫的现实意义。

波浪能被认为是海洋资源中具有较高开发价值的能源之一，是目前沿海国家和地区研究的热点之一。岸基固定式和近海浮式波浪能发电技术日趋成熟，如振荡水柱式波浪能发电装置将波浪能转换为气轮机的动能，带动电机转换为电能，此外还有其他类型的波浪能发电装置，如摆式波浪能发电装置、筏式波浪能发电装置、直驱式波浪能发电装置。

风能发电属于目前发展比较成熟的技术，发达、发展中国家都将风能作为可利用的可再生能源之一。风能发电装置将风能转化为风机的动能，进而推动发电机转换为电能。海洋环境拥有着远高于陆地的风能资源，可以利用风能实现对海洋装备的供能。

太阳能发电装置利用具有光电化学反应的器件，将太阳能直接转换为电能。太阳能的能量来源于太阳，属于可再生能源，能源储量大，太阳能发电装置造价便宜，借助太阳能对海洋装备进行供能被证实是可行的。

此外，海洋环境中可以利用的能量形式还有潮汐能、盐差能、温差能等形式，但是由于这些能量形式的可开发价值较风能、波浪能小，目前并不是研究热点。

但传统的波浪能、风能发电装置结构比较复杂，造价较高，工作时需要系泊系统进行定位，也不能在极端恶劣的海洋环境下(比如台风)工作，更难以满足为移动型海洋装备供能的要求。太阳能发电装置与风能、波浪能发电装置相比虽然造价简单，但是其功率密度低，且受日照强度、日照时间等因素影响，在夜晚、阴雨天、非表层海水等环境下没有发电效果，难以满足为海洋观测装备长期供能的要求。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种基于压电材料的波浪能发电装置，以解决现有海洋探测设备续航时间短的问题。

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种基于压电材料的波浪能发电装置，包括外壳、压电材料和滚珠；所述外壳内部设有封闭的轨道槽，所述压电材料铺设于所述轨道槽的表面，所述滚珠放置于所述轨道槽内，所述滚珠于所述压电材料上的滚动用于触发所述压电材料发电。

其特征在于，所述外壳为圆环状，所述轨道槽为弧形状。

其特征在于，所述轨道槽为多条，多条所述轨道槽沿所述外壳的形状轨迹排列布置为环状，多条所述轨道槽内均设有所述压电材料和所述滚珠。

其特征在于，所述轨道槽的截面为圆形，所述压电材料在所述轨道槽的内壁呈周向铺设一圈。

其特征在于，所述外壳包括第一壳体和第二壳体，所述第一壳体和所述第二壳体拼接围成所述轨道槽；所述压电材料包括第一压电层和第二压电层，所述第一压电层设于所述第一壳体用于围成所述轨道槽的部位内，所述第二压电层设于所述第二壳体用于围成所述轨道槽的部位内。

其特征在于，所述轨道槽的端部均设有缓冲垫，所述缓冲垫用于与所述滚珠弹性抵接。

其特征在于，所述轨道槽的端部设有弹簧，所述弹簧用于与所述滚珠弹性抵接。

本发明的有益效果如下：

在进行应用时，可将波浪能发电装置安装于海洋探测设备内，海洋探测设备会在海中运动，由于所述滚珠放置于所述轨道槽内，所述滚珠于所述压电材料上的滚动用于触发所述压电材料发电，所以在波浪驱使波浪能发电装置运动的过程中，滚珠将可在压电材料上滚动产生电能，即此方案不但结构简单，而且发电结构不外露，工作稳定性高、可靠性强，实现了不同海域、不同浪况下的发电，在利用此装置对海洋探测设备进行供电后，可切实解决现有海洋探测设备续航时间短的问题。

附图说明

为了更清楚地说明本发明的技术方案，下面将对实施方式中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明波浪能发电装置实施例提供的结构示意图；

图2是图1的拆解结构示意图；

图3是图1的第二壳体装配结构示意图。

附图标记如下：

10、外壳；11、第一壳体；12、第二壳体；

20、压电材料；21、第一压电层；22、第二压电层；

30、滚珠；

40、轨道槽；41、端部。

具体实施方式

下面将结合本发明实施方式中的附图，对本发明实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述。

本发明提供了一种基于压电材料的波浪能发电装置，其实施例如图1至图3所示，包括外壳10、压电材料20和滚珠30；外壳10内部设有封闭的轨道槽40，压电材料20铺设于轨道槽40的表面，滚珠30放置于轨道槽40内，滚珠30于压电材料20上的滚动用于触发压电材料20发电。

在进行应用时，可将波浪能发电装置安装于海洋探测设备内，由于海洋探测设备会在海中运动，所以波浪将会驱使波浪能发电装置运动，滚珠30将在压电材料20上滚动，受压的压电材料20因此产生电能，即此方案不但结构简单，而且发电结构不外露，工作稳定性高、可靠性强，实现了不同海域、不同浪况下的发电，故在利用此装置对海洋探测设备进行供电后，可切实解决现有海洋探测设备续航时间短的问题。

如图1和图2所示，外壳10为圆环状，轨道槽40为弧形状。

将外壳10设置为圆环状结构后，轨道槽40将可布置于一个圆环轨迹内，即在轨道槽40设置同样长度的基础上，此结构能够减少波浪能发电装置的占用空间，更便于滚珠30在轨道槽40内实现往返移动，从而提高了电能的产生效率。

如图1和图2所示，轨道槽40为多条，多条轨道槽40沿外壳10的形状轨迹排列布置为环状，多条轨道槽40内均设有压电材料20和滚珠30。

譬如在此实施例中，轨道槽40为四条，四条轨道槽40的布置轨迹均呈圆弧状，四条轨道槽40以等间距的形式布置为一圆形轨道，由于四条轨道槽40相互独立，所以当四个滚珠30分别在四条轨道槽40内进行运动时，则实现了多个压电材料20的同步发电，而且由于四条轨道槽40布置位置各不相同，所以也确保了滚珠30在各种情况下均能实现与压电材料20的滚动抵接，实现了持续性发电，从而大大提高了发电效率。

如图1和图2所示，轨道槽40的截面为圆形，压电材料20在轨道槽40的内壁呈周向铺设一圈。

将轨道槽40设置为截面呈圆形后，则可使得轨道槽40的外形与滚珠30的外形相匹配，从而便于滚珠30在轨道槽40内进行顺畅的滚动，而压电材料20在轨道槽40内的周向铺设，也确保了压电材料20对轨道槽40内部的全面覆盖，保证滚珠30在何种运动状态下均能与压电材料20接触，以此进一步提高发电效率。

如图1和图2所示，外壳10包括第一壳体11和第二壳体12，第一壳体11和第二壳体12拼接围成轨道槽40；压电材料20包括第一压电层21和第二压电层22，第一压电层21设于第一壳体11用于围成轨道槽40的部位内，第二压电层22设于第二壳体12用于围成轨道槽40的部位内。

在图示方向中，第一壳体11和第二壳体12呈上下相对布置，第一壳体11的下表面往上凹陷形成有环形槽，第二壳体12的上表面也往下凹陷形成有环形槽，所以利用螺钉螺栓将第一壳体11和第二壳体12拼接固定后，两个环形槽将拼合形成轨道槽40；所以此实施例将压电材料20设置为第一压电层21和第二压电层22后，则便于实现压电材料20在轨道槽40内的安装。

如图2所示，可在轨道槽40的端部41均设有缓冲垫(未示出)，缓冲垫用于与滚珠30弹性抵接，在采用此设置方式后，缓冲垫能够降低滚珠30在滚动时产生的冲击，从而为波浪能发电装置提供了更好的保护；类似的，也可以在轨道槽40的端部41设有弹簧(未示出)，弹簧用于与滚珠30弹性抵接，所以弹簧不但能够降低滚珠30在滚动时产生的缓冲，更能推动滚珠30实现反向滚动，提高了滚珠30的滚动效率，从而进一步提高了发电效率。

以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。