一种基于压电材料的发电装置及水下滑翔器和水下机器人的制作方法

本发明属于海流能量收集和海洋发电技术领域，具体涉及一种基于压电材料的发电装置及带有该装置的水下滑翔器和水下机器人。

背景技术：

压电纳米发电机：利用特殊纳米材料(氧化锌)的压电性能与半导体性能，把弯曲和压缩的机械能转变为电能的微型发电机。

压电材料：受到压力作用时会在两端面间出现电压的晶体材料。我们知道，在有些具有电介质特性的材料的特定方向上施加一定的外力，就会使其材料中产生极化，并导致相对表面上分别聚集正电荷和负电荷，显示代正性。再把施加的外力取消之后，恢复原始的形态，其电性也随之消失，我们将这种现象叫做压电效应。而具有这种特性的材料称为压电材料。利用压电材料的压电特性，可以巧妙的将动能、势能等转化为电能。

现有应用在海洋中的压电发电装置大多系泊在水下，当水流流过时带动装置发电。但在深海无流的地方，这些装置就不会再进行发电了，也就失去了实用性。

对于滑翔器或者水下机器人而言，现有技术是对其使用蓄电池进行供电，其一，蓄电池是有使用寿命的，当蓄电池中的电能被耗尽之后就需要使滑翔器或者水下机器人进行返航，对滑翔器或者水下机器人进行拆卸重新安装蓄电池；并且对蓄电池进行处理，也是再给生态环境进行施压，这不是一个长久之计。

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发电装置。

本发明的目的通过如下技术方案来实现：包括压电材料片和薄板；所述的压电材料片前端的左右两侧及中央分别设置有一个连接板；所述的薄板固定在压电材料片的尾部，薄板的宽度大于压电材料片，薄板的左右两端分别通过连接绳与压电材料片前端左右两侧的连接板连接。

本发明的目的还在于提供一种带有基于压电材料的发电装置的水下滑翔器。

本发明的目的通过如下技术方案来实现：以基于压电材料的发电装置替代蓄电池供电；所述的基于压电材料的发电装置包括压电材料片和薄板；所述的压电材料片前端的左右两侧及中央分别设置有一个连接板，压电材料片通过3个连接板安装在水下滑翔器的尾部；所述的薄板固定在压电材料片的尾部，薄板的宽度大于压电材料片，薄板的左右两端分别通过连接绳与压电材料片前端左右两侧的连接板连接。

本发明的目的还在于提供一种带有基于压电材料的发电装置的水下机器人。

本发明的目的通过如下技术方案来实现：以基于压电材料的发电装置替代蓄电池供电；所述的基于压电材料的发电装置包括压电材料片和薄板；所述的压电材料片前端的左右两侧及中央分别设置有一个连接板，压电材料片通过3个连接板安装在水下机器人的尾部；所述的薄板固定在压电材料片的尾部，薄板的宽度大于压电材料片，薄板的左右两端分别通过连接绳与压电材料片前端左右两侧的连接板连接。

本发明的有益效果在于：

本发明的一种基于压电材料的发电装置与水下滑翔器或水下机器人结合时，只是安装于水下滑翔器或水下机器人的尾部，不占用水下滑翔器或水下机器人内部空间，也不会影响设备的正常工作，替代了以往的蓄电池供电。在水下滑翔器或水下机器人从水面落下海底过程中，可以带动压电材料片进行发电；并且在深海无浪无流处，随着水下滑翔器或水下机器人的运动，压电材料片也会随之上下摆动，这些电能可以存储在水下滑翔器或水下机器人内部的电能储存装置中近距离的进行供电，免去了频繁更换蓄电池的缺点。

附图说明

图1为本发明的一种基于压电材料的发电装置的整体结构示意图。

图2为本发明的一种基于压电材料的发电装置的俯视图。

图3为本发明的一种基于压电材料的发电装置的局部放大图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步描述。

本发明公开了一种基于压电材料的适合水下滑翔器的发电装置。本发明的巧妙之处在于利用基于压电材料的适合水下滑翔器的发电装置来替换蓄电池，发电装置可自行发电，并且一经使用，无需替换。对于发电装置利用压电纳米发电机收集到的能量可以存储在电能存储装置中，通过与滑翔器或者水下机器人结合，近距离的给滑翔器或者水下机器人供电。发电装置通过滑翔器或者水下机器人的运动，带动压电材料片的运动，将深海中水流的能量转为电能，整个装置结构简单，不存在维修困难的问题，并具有成本低、实用性强等优势，与滑翔器或者水下机器人结合后，可以解决深海无浪无流下其他装置无法发电的问题。

为了加强海洋中压电发电装置的实用性，解决滑翔器或者水下机器人对提供电能的蓄电池需要经常更换的问题，本发明提供了一种基于压电材料的适合水下滑翔器的发电装置。该装置可以使压电发电装置更具有实用性，为滑翔器或者水下机器人提供电能，解决蓄电池使用寿命的问题。

实施例1：

如图1所示，一种基于压电材料的适合水下滑翔器的发电装置，由压电纳米发电机和连接绳两部分组成。所述压电纳米发电机由压电材料片1-1、第一连接板1-2、第二连接板1-3、第三连接板1-4及薄板1-5组成。如图1及图3所示，连接绳由钢丝绳2-1和第一圆环2-2、第二圆环2-3组成。所述压电纳米发电机中，压电材料片1-1是利用压电材料制造的，不受外力情况下压电材料片是一个长30cm、宽80cm、厚1cm的长方体。焊接在压电材料片1-1上的第一连接板1-2、第二连接板1-3、第三连接板1-4是三块相同的长方体，第一连接板1-2是长5cm，宽7cm、厚1cm的长方体，第二连接板1-3和第三连接板1-4大小与连接板1-2相同，在第一连接板1-2外侧和第三连接板1-4外侧有直径为0.08cm的孔。薄板1-5是长35cm，宽5cm、厚0.6cm的长方体。在薄板1-5的两侧有两个大小相同直径0.08cm的孔。所述连接绳由钢丝绳2-1及第一圆环2-2、第二圆环2-3组成。钢丝绳2-1长度是55cm，第一圆环2-2和第二圆环2-3的内直径是0.08cm。对于基于压电材料的适合水下滑翔器的发电装置而言，利用钢丝绳2-1将第一连接板1-2、第三连接板1-4与薄板1-5连接在一起，使压电材料片1-1在钢丝绳2-1的拉力下处于弯曲状态，这样在海洋中遇到水流时，压电纳米发电机通过压电材料片1-1的形变来发电，电能存储于滑翔器或者水下机器人内部的电能存储装置中，这样就可以利用基于压电材料的适合水下滑翔器的发电装置来替代蓄电池的使用。

压电材料片1-1是压电纳米发电机的主要部分，该压电材料片可以有效的将动能转为电能。第一连接板1-2、第二连接板1-3、第三连接板1-4的作用分别是使压电纳米发电机与滑翔器或者水下机器人相连接，以及作为钢丝绳2-1的连接依托。薄板1-5焊接在压电材料片1-1上，作为钢丝绳2-1的依托。钢丝绳2-1分别与第一圆环2-2、第二圆环2-3和第三圆环2-4、第四圆环2-5焊接，组成两个整体，这两个整体通过螺栓及螺母把连接板1-2与薄板1-5相连接。这样可以保证压电材料片1-1呈弯曲状态。

所述第一圆环2-2、第二圆环2-3和第三圆环2-4、第四圆环2-5均是内部带有螺纹的结构，可以利用螺栓及螺母把第一圆环2-2、第三圆环2-4和第一连接板1-2、第三连接板1-4固定，把第二圆环2-3、第四圆环2-5和薄板1-5的两侧进行固定。

在基于压电纳米材料适合水下滑翔器的发电装置结构中，在压电纳米材料片的一端连着三块相同的连接板，而在压电纳米材料片的另一端连着一块薄板，压电纳米发电机上结构之间的连接方式均为焊接。钢丝绳的两端各有一个圆环，通过铰接使三个部件合为一体。

本发明中，一种基于压电材料的发电装置可以安装于滑翔器或水下机器人的尾部，在滑翔器或水下机器人从水面落下海底过程中，可以带动压电纳米发电机进行发电；并且在深海无浪无流处，随着滑翔器或水下机器人的运动，压电材料片1-1及随之上下摆动，此过程也是可以把动能转换为电能，这些电能可以存储在滑翔器或水下机器人内部的电能储存装置中，这些存储的电能可以近距离的为滑翔器或水下机器人进行供电，免去了频繁更换蓄电池的缺点。

本发明提供了一种结构简单、使用寿命长的一种基于压电材料的发电装置。该装置随着滑翔器或水下机器人多数是在水下工作，所以不会对往来船只造成困扰，也不会对视觉环境造成影响。并且对装置的安装及维修工作可以在陆地上进行，避免了水下作业，降低了安装及维修困难的问题。巧妙的把压电纳米发电机应用于滑翔器或者水下机器人上，不仅可以近距离的对滑翔器或者水下机器人供电，还攻克了深海无浪无流处波能发电装置不能发电的问题。

本发明的一种基于压电材料的发电装置可以近距离为滑翔器或水下机器人供电，替代以往的蓄电池供电，此发电装置可以自行发电，并且一经使用，无需更换。通过把基于压电材料的适合水下滑翔器的发电装置与滑翔器或水下机器人相结合，在深海无浪无流处，发电装置可以充分利用滑翔器或水下机器人的运动来发电。本发明的一种基于压电材料的发电装置是一个轻便、体型小的装置，在与滑翔器或水下机器人结合时，只是安装于滑翔器或水下机器人的尾部，不占滑翔器或水下机器人内部空间，也不会影响设备的正常工作。本发明的一种基于压电材料的发电装置结构简单，建造及维修成本低，提高了整个装置的可维修性，延长使用寿命，降低维修成本。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。