压电能量转化系统和波能发电装置

本发明涉及波能采集领域，尤其涉及一种压电能量转化系统和波能发电装置。

背景技术：

1、波能是发展绿色能源一个重要选项。国内外现有的波能转换器一般都包括运动机构和发电装置两部分。通过运动机构将波能转换为机械运动的能量，再带动发电装置将机械能转换为电能。在海洋环境中的运动机构都面临严重的腐蚀问题。因此，现有波能转换器的后期维护费用都很高。

技术实现思路

1、有鉴于现有技术的上述缺陷，本发明的目的是提供一种适用于波能转换的压电能量转化系统和波能发电装置。

2、为实现上述目的，本发明提供了一种压电能量转化系统，包括多个压电能量转化器、第一比较器和变压器，

3、所述压电能量转化器包括压电能量转化单元和单元控制电路；

4、所述压电能量转化单元，包括：压电模组、外壳、固定施压装置和电缆；所述压电模组包括两个连接电极和通过两个连接电极并联连接的多个呈层叠放置的片状压电模块；所述固定施压装置，用于密封所述压电模组，并从所述压电模组的上下表面对所述压电模组施加预设的压应力；所述电缆，用于将所述压电模组的两个连接电极从所述固定施压装置内部引出；

5、所述单元控制电路包括第一电能输入端、第二电能输入端、第一电能输出端、第二电能输出端、换向控制端；

6、所述单元控制电路的第一电能输入端、第二电能输入端分别和所述压电能量转化单元的两条电缆连接；

7、各单元控制电路的换向控制端和信号总线连接；根据换向控制端的信号电平，控制第一电能输入端、第二电能输入端与第一电能输出端、第二电能输出端的平行连接或交叉连接；

8、各单元控制电路的第一电能输出端、第二电能输出端分别和动力总线的动力线、地线连接；

9、所述变压器包括原边电感和副边电感，所述原边电感的两端分别连接动力总线的动力线、地线；所述副边电感的两端和外部电路连接，进行电能输出；

10、所述第一比较器包括两个输入端和一个输出端，两个输入端分别和动力总线的动力线、地线连接，输出端和信号总线连接。

11、进一步的，所述单元控制电路包括电阻、双路电子换向开关、同或门和第二比较器；

12、所述双路电子换向开关包括第一输入端、第二输入端、第一输出端、第二输出端和控制端，所述第一输入端通过所述电阻和所述第一电能输入端连接，所述第二输入端和所述第二电能输入端连接；所述第一输出端和所述第二输出端分别和所述第一电能输出端和所述第二电能输出端连接；

13、所述第二比较器包括两个输入端和一个输出端，两个输入端分别和所述电阻的两端连接；输出端和所述同或门的一个输入端连接；

14、所述同或门包括第一输入端、第二输入端和输出端，所述第一输入端和所述第二比较器的输出端连接，所述第二输入端和所述换向控制端连接，所述输出端和所述双路电子换向开关的控制端连接。

15、进一步的，所述双路电子换向开关包括四个双向晶闸管和一个非门，所述四个双向晶闸管相互连接形成环状：

16、第一双向晶闸管的第一端和第二晶闸管的第一端连接，作为所述双路电子换向开关的第一输入端；

17、第三双向晶闸管的第一端和第四晶闸管的第一端连接，作为所述双路电子换向开关的第二输入端；

18、第一双向晶闸管的第二端和第三晶闸管的第二端连接，作为所述双路电子换向开关的第一输出端；

19、第二双向晶闸管的第二端和第四晶闸管的第二端连接，作为所述双路电子换向开关的第二输出端；

20、所述非门的输出端和第一双向晶闸管的控制端、第四双向晶闸管的控制端连接；所述非门的输入端和第二双向晶闸管的控制端、第三双向晶闸管的控制端连接；所述非门的输入端和所述双路电子换向开关的控制端连接。

21、进一步的，所述片状压电模块包括依次层叠的第一绝缘介质片、第一电极片、压电陶瓷片、第二电极片和第二绝缘介质片；所述第一电极片和所述第二电极片设置有突出所述片状压电模块本体的引出脚，两引出脚之间呈上下错开设置。

22、进一步的，所述片状压电模块的层叠层数为100～200层。

23、进一步的，所述预设的压应力不小于100mpa。

24、进一步的，所述固定施压装置，包括外壳、上法兰、下法兰和预紧螺栓，所述外壳为空心柱体，所述压电模组封装在所述外壳内部；所述上法兰和所述下法兰通过预紧螺栓连接，所述上法兰和所述下法兰的内端面分别从所述外壳的上下开口和所述压电模组的两端面抵触，通过调节预紧螺栓从所述压电模组的上下表面给所述压电模组施加预设的压应力；所述上法兰和所述下法兰的外端面为施力面，分别和外部装置连接。

25、一种波能发电装置，包括浮体和压电能量转化系统，所述压电能量转化系统为如上所述的压电能量转化系统；所述压电能量转化系统中的压电能量转化单元设置在两个浮体之间或浮体的相对运动的两个部件之间，并使两个浮体或浮体部件之间的作用力作用于所述压电能量转化单元的施力面上，从而引起所述压电能量转化单元的压应力变化，并输出电流。

26、进一步的，所述压电能量转化单元的外部通过防腐材料包裹；或所述压电能量转化单元及其单元转换电路的外部通过防腐材料包裹。

27、本发明的波能发电装置，和现有的波能转换器相比，具有以下优势：

28、(1)结构简单、无需运动机构，直接将波能转换为电能，减小机械损耗；

29、(2)由于没有运动机构，整个压电能量转化单元(或压电能量转化单元及其单元转换电路)可采用防腐材料完全密封在一个与海水(或海气)环境隔绝的壳体中，避免了海洋环境对波能转换器内部结构造成的腐蚀问题。

30、(3)耐久性好，可长期使用，几乎不需要后期维护，从而大大减少了传统波能转换器后期的巨额维护费用。

技术特征：

1.一种压电能量转化系统，其特征在于，包括多个压电能量转化器、第一比较器和变压器，

2.如权利要求1所述的压电能量转化系统，其特征在于，所述单元控制电路包括电阻、双路电子换向开关、同或门和第二比较器；

3.如权利要求2所述的压电能量转化系统，其特征在于，所述双路电子换向开关包括四个双向晶闸管和一个非门，所述四个双向晶闸管相互连接形成环状：

4.如权利要求1所述的压电能量转化系统，其特征在于，所述片状压电模块包括依次层叠的第一绝缘介质片、第一电极片、压电陶瓷片、第二电极片和第二绝缘介质片；所述第一电极片和所述第二电极片设置有突出所述片状压电模块本体的引出脚，两引出脚之间呈上下错开设置。

5.如权利要求1所述的压电能量转化系统，其特征在于：所述片状压电模块的层叠层数为100～200层。

6.如权利要求1所述的压电能量转化系统，其特征在于：所述预设的压应力不小于100mpa。

7.如权利要求1所述的压电能量转化系统，其特征在于：所述固定施压装置，包括外壳、上法兰、下法兰和预紧螺栓，所述外壳为空心柱体，所述压电模组封装在所述外壳内部；所述上法兰和所述下法兰通过预紧螺栓连接，所述上法兰和所述下法兰的内端面分别从所述外壳的上下开口和所述压电模组的两端面抵触，通过调节预紧螺栓从所述压电模组的上下表面给所述压电模组施加预设的压应力；所述上法兰和所述下法兰的外端面为施力面，分别和外部装置连接。

8.一种波能发电装置，其特征在于，包括浮体和压电能量转化系统，所述压电能量转化系统为权利要求1-7任一项所述的压电能量转化系统；所述压电能量转化系统中的压电能量转化单元设置在两个浮体之间或浮体的相对运动的两个部件之间，并使两个浮体或浮体部件之间的作用力作用于所述压电能量转化单元的施力面上，从而引起所述压电能量转化单元的压应力变化，并输出电流。

9.如权利要求8所述的波能发电装置，其特征在于：所述压电能量转化单元的外部通过防腐材料包裹；或所述压电能量转化单元及其单元转换电路的外部通过防腐材料包裹。

技术总结
本发明公开了一种压电能量转化系统和波能发电装置。压电能量转化系统包括多个压电能量转化器、第一比较器和变压器，所述压电能量转化器包括压电能量转化单元和单元控制电路；所述压电能量转化单元用于将压应力的变化转化成电流输出；所述单元控制电路用于控制压电能量转化单元输出电流的相位，使之始终对外做正功。从而可以通过并联的方式，形成大功率的能量输出。所述压电能量转化系统可以结合浮体组成波能发电装置，通过浮体之间或浮体组件之间的相对运动引起压电能量转换单元的压应力变化进行发电。

技术研发人员：刘春嵘,马科元
受保护的技术使用者：厦门理工学院
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13