CN214544152U - 一种基于海浪运动的压电－电磁复合式俘能器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种基于海浪运动的压电－电磁复合式俘能器,包括:压电－电磁复合式俘能器的外壳,设置于所述外壳内的导轨组件、压电发电模块以及电磁发电模块。所述压电发电模块具体为:在海浪低频运动触发下,导致压电片振动产生电能。所述电磁发电模块具体为:海浪低频运动触发压电悬臂梁振动,带动磁铁振动,磁铁相对于闭合线圈产生位移,从而切割磁感线,产生电能。该装置利用任意方向的海浪运动产生电能,提高了发电效率,且装置内部环形布置,提高了装置的稳定性,弥补了现有海浪能量收集技术的不足。

Description

一种基于海浪运动的压电－电磁复合式俘能器

技术领域

本实用新型涉及海洋能量收集领域,具体是一种基于海浪运动的压电－电磁复合式俘能器。

背景技术

在海洋中,海浪无处不在且蕴藏着巨大的能量,海浪能能量密度高于太阳能、风能,由于海浪能够持续供能,所以利用海浪能发电成为开采海洋能源最具潜力的方式之一。

目前,通常使用太阳能和化学电池交替使用的方式来对需要长期、连续工作的海洋观测遥测设备供电,如海洋浮标、海上航行器。化学电池寿命有限并且在极端恶劣的环境中无法正常供能,并且回收化学电池会对环境造成污染。太阳能虽然是清洁新能源,但是在夜晚、阴天等情况下,俘能受限。对于海洋设备,如果元件停止工作会造成巨大损失,开发利用基于海浪运动的俘能装置对海洋的监测和开发具有重要意义。

目前可集成在海洋设备内的俘能装置相对较少,大多直接与海水接触,由于海水腐蚀性, 减少了装置的寿命。传统的低频海浪俘能器,多为单一的摩擦、电磁或压电发电,复合式俘能装置较少,并且俘能方向单一。由于海浪运动的频率较低且不稳定,传统的压电俘能器工作频率窄,导致能量转换效率很低。

发明内容

基于上述,很有必要提供一种基于海浪运动的压电－电磁复合式俘能器,从而可以持续、稳定、高效的利用海浪能,提高发电效率,满足实际需要。

本实用新型通过以下技术方案实现。

所述一种基于海浪运动的压电－电磁复合式俘能器,其特征在于,该俘能器可以把海浪能转化为电能,用于对海洋浮标等海洋观测遥测设备供电。所述一种基于海浪运动的压电－电磁复合式俘能器包括:压电－电磁复合式俘能器的外壳,设置于所述外壳内的导轨组件、压电发电模块以及电磁发电模块。

所述导轨组件包括设于所述外壳底面上的导轨支柱,环形连接在所述导轨支柱上的导轨。

所述压电发电模块包括固定在所述外壳底面上的支座,由基板和梯形压电片组成,固定在所述支座上的压电悬臂梁,固定在所述压电悬臂梁自由端且与所述导轨在竖直方向上处于同一平面的磁铁,置于所述导轨内的铁球,通过粘贴方式固定在所述导轨内两端面上的钹形换能器。

所述电磁发电模块包括固定支座、磁铁、闭合线圈,闭合线圈固定在所述支座上并环绕所述磁铁设置;所述压电发电模块和电磁发电模块共用支座、磁铁。

所述基板上下两面均粘有所述梯形压电片,所述压电悬臂梁带动所述磁铁振动时,所述磁铁与所述闭合线圈、所述导轨均不接触。

通过改变所述磁铁的质量来改变所述压电悬臂梁固有频率,提高所述压电悬臂梁的俘能效率;通过改变所述磁铁的形状来增大线圈切割磁场的面积,提高电磁发电模块的俘能效率。

所述导轨与所述导轨支柱为螺纹连接,所述导轨上下均有所述压电悬臂梁。

所述导轨在水平方向有8个,可以捕获任意方向的海浪能。

本实用新型的有益效果是:本实用新型通过海浪运动使铁球运动,从而改变所述磁铁和所述铁球之间的磁力大小,使所述压电悬臂梁以其固有频率自由振动,相对于海浪频率,所述压电悬臂梁振动频率得到提高,梯形压电片的压电效率增大;通过所述钹形压电换能器收集所述铁球由于海浪产生的动能和势能;所述压电悬臂梁带动所述磁铁振动,所述磁铁与所述闭合线圈发生相对位移,做切割磁感线运动,所述闭合线圈有电流产生,实现压电－电磁复合式俘能;装置内部环形布置,提高了装置的稳定性,可多方向俘能,提高了海浪能利用率;所述导轨和所述导轨支柱螺纹连接,方便俘能器的安装与维修。

附图说明

图1为本实用新型结构示意图。

图2压电悬臂梁发电与电磁发电示意图。

图3压电悬臂梁主视图。

图4钹形压电换能器发电示意图。

图5导轨支柱示意图。

图中1－外壳；2－支座；3－压电悬臂梁；4－磁铁；5－导轨；6－导轨支柱；7－钹形压电换能器；8－铁球；9－闭合线圈；10－基板；11－梯形压电片。

具体实施方式

下面结合图1－图5说明本实施方式。

一种基于海浪运动的压电－电磁复合式俘能器,其特征在于,包括:外壳1、轨道组件、压电发电模块以及电磁发电模块。

外壳1集成在海洋浮标等设备内,不仅可以有效利用海洋浮标等设备的空间,而且不用考虑俘能器防腐,经济性更好。

所述导轨组件包括设于外壳1底面上的导轨支柱6,环形连接在导轨支柱6上的导轨5。

所述压电发电模块包括固定在外壳1底面上的支座2,固定在支座2上的压电悬臂梁3,固定在压电悬臂梁3自由端且与导轨5在竖直方向上处于同一平面的磁铁4,置于导轨5内的铁球8,通过粘贴方式固定在导轨5内两端面上的钹形换能器7。

所述电磁发电模块包括支座2、磁铁4、闭合线圈9,闭合线圈9固定在支座2上并环绕磁铁4设置;所述压电发电模块和电磁发电模块共用支座2、磁铁4。

压电悬臂梁3由基板10和梯形压电片11组成,基板10上下两面均粘有梯形压电片11。

所述压电发电模块具体为:在海浪低频运动触发下,导致压电片振动产生电能。所述电磁发电模块具体为:海浪低频运动触发压电悬臂梁3振动,带动磁铁4振动,磁铁4相对于闭合线圈9产生位移,从而切割磁感线,产生电流。

所述压电悬臂梁带动磁铁4上下振动时,磁铁4与导轨5、闭合线圈9均不接触。

通过改变所述磁铁4的质量来改变压电悬臂梁3固有频率,提高压电悬臂梁的俘能效率; 通过改变所述磁铁4的形状来增大线圈切割磁场的面积,提高电磁发电模块的俘能效率。

导轨5与导轨支柱6为螺纹连接, 使俘能器安装、维修方便。螺纹连接与焊接连接方式相比,操作简单,装拆方便、成本低; 螺纹连接与铆接连接方式相比,强度大、刚度大。

导轨5在水平方向上有8个,一方面俘能器可以捕获到任意方向的海浪能,提高了海浪能的利用率;另一方面内部零件围绕导轨支柱6环形布置增加了俘能器的稳定性。

工作状态:将此发电装置集成在海洋浮标等设备中,海洋浮标等设备受到海浪冲击发生倾斜,俘能器跟随海洋浮标等设备倾斜,铁球8在导轨5内滚动,随着铁球8滚动,逐渐靠近磁铁4,磁铁4和铁球8间的磁力逐渐增大从而使压电悬臂梁3朝向圆柱形轨道5弯曲,当铁球8进一步滚动并远离磁铁4时,磁力急剧减小,铁球8和磁铁4之间的磁力不足以使压电悬臂梁3弯曲,压电悬臂梁3被释放,以其固有频率自由振动,导致基板10上的梯形压电片11发生变形而发电。当导轨5内的铁球8滚动到导轨的两端时,与设置于导轨内两端面上的钹形压电换能器7发生撞击,使钹形压电换能器7发电。所述压电悬臂梁3带动磁铁4振动时,磁铁4相对于闭合线圈9产生位移,从而切割磁感线,产生电流。

上述实施例只为说明本实用新型的技术构思及特点,其目的在于让熟悉此领域技术的人士能够了解本实用新型内容并加以实施,并不能以此限制本实用新型的保护范围。凡根据本实用新型精神实质所作的等效变化或修饰,都应涵盖在本实用新型的保护范围内。

Claims (4)

1.一种基于海浪运动的压电－电磁复合式俘能器,其特征在于,包括:压电－电磁复合式俘能器的外壳,设置于所述外壳内的导轨组件、压电发电模块以及电磁发电模块;所述导轨组件包括设于所述外壳底面上的导轨支柱,环形连接在所述导轨支柱上的导轨;所述压电发电模块包括固定在所述外壳底面上的支座,由基板和梯形压电片组成,固定在所述支座上的压电悬臂梁,固定在所述压电悬臂梁自由端且与所述导轨在竖直方向上处于同一平面的磁铁,置于所述导轨内的铁球,通过粘贴方式固定在所述导轨内两端面上的钹形换能器;所述电磁发电组件包括支座、磁铁、闭合线圈,所述闭合线圈固定在所述支座上并环绕所述磁铁;所述压电发电模块和电磁发电模块共用支座、磁铁。

2.如权利要求1所述的基于海浪运动的压电－电磁复合式俘能器,其特征在于,所述基板上下两面均粘有所述梯形压电片,所述压电悬臂梁带动所述磁铁振动时,所述磁铁与所述闭合线圈、所述导轨均不接触。

3.如权利要求1所述的基于海浪运动的压电－电磁复合式俘能器,其特征在于,通过改变所述磁铁的质量来改变所述压电悬臂梁固有频率,提高所述压电发电模块的俘能效率;通过改变所述磁铁的形状来增大线圈切割磁场的面积,提高电磁发电模块的俘能效率。

4.如权利要求1所述的基于海浪运动的压电－电磁复合式俘能器,其特征在于,所述导轨与所述导轨支柱为螺纹连接,所述导轨上下均有所述压电悬臂梁。

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