基于质量弹簧系统的波浪能压电发电浮标

摘要

本发明公开一种基于质量弹簧系统的波浪能压电发电浮标，其外壳内设置有发电机构，发电机构包括质量弹簧系统和压电双晶片系统，质量弹簧系统包括质量块、弹簧、轨道管和轨道顶板；压电双晶片以轨道管轴线为中心向外发散分布，压电双晶片固定在支点柱上，支点柱固定在支架上，支架固定在外壳上，轨道顶板受弹簧压迫向外移动时推顶压电双晶片的一端，压电双晶片的另一端与电路连接头固接，的压电双晶片在近电路连接头一端处设置支点，在支点处放置所述的支点柱与压电双晶片固接。因海上波浪起伏较大，频率较高，通过质量弹簧系统能够使压电双晶片系统充分利用振动频率以转化获得更多的电能。

权利要求

1.一种基于质量弹簧系统的波浪能压电发电浮标，其特征是：包括柱状密封的外壳，外壳内设置有发电机构，外壳入水能够连带发电机构一通浮起，发电机构包括质量弹簧系统和压电双晶片系统，压电双晶片系统处于质量弹簧系统的两侧端，所述质量弹簧系统包括质量块、弹簧、轨道管和轨道顶板，所述质量块处于轨道管内，轨道管架设在外壳上，所述质量块的左右两端各连接一个处于轨道管内的弹簧，弹簧外端正对所述轨道顶板，轨道顶板至少局部套在所述轨道管上以规定轨道顶板沿轨道管轴线移动，所述轨道顶板处于轨道管的两端；所述压电双晶片系统包括支点柱、压电双晶片和电路连接头，所述压电双晶片以轨道管轴线为中心径向向外发散分布并处于所述轨道顶板的外侧，压电双晶片固定在所述支点柱上，支点柱固定在支架上，支架固定在外壳上，所述轨道顶板受弹簧压迫向外移动时推顶所述压电双晶片的一端，所述轨道顶板未受外力作用时所述轨道顶板与压电双晶片空隙以确保压电双晶片自由振动，所述压电双晶片的另一端与电路连接头固接，所述的压电双晶片在近电路连接头一端处设置支点，在支点处放置所述的支点柱与压电双晶片固接；所述轨道管内孔截面呈方形，所述质量块四面均装有与轨道管内壁匹配的导轮；所述轨道顶板内侧端带有与所述轨道管匹配的内沿管，内沿管套接在所述轨道管上；所述弹簧外端与轨道顶板连接，弹簧外端套接在缓冲柱体上，缓冲柱体采用弹性材料制成，缓冲柱体外端固定在所述轨道顶板上。

2.根据权利要求1所述的基于质量弹簧系统的波浪能压电发电浮标，其特征是：所述弹簧外端与轨道顶板连接，弹簧外端套接在缓冲柱体上，缓冲柱体采用弹性材料制成，缓冲柱体外端固定在所述轨道顶板上。

3.根据权利要求1或2所述的基于质量弹簧系统的波浪能压电发电浮标，其特征是：所述压电双晶片以所述轨道管轴线为中心向外发散分布有三条以上。

4.根据权利要求1或2所述的基于质量弹簧系统的波浪能压电发电浮标，其特征是：所述外壳为圆柱形空心结构，所述支架固定在外壳的侧端上；所述电路连接头与外壳不接触。

说明书

基于质量弹簧系统的波浪能压电发电浮标

技术领域

[0001] 本发明属于海浪发电和压电能量采集技术邻域，主要涉及一种基于质量弹簧系统的波浪能压电发电浮标。

背景技术

[0002] 随着传统化石燃料资源的枯竭和日益严重的生态环境问题，清洁能源的发展成为了现代经济社会必然趋势。2015年哥本哈根会议后，新一轮新能源开发热潮重新涌现，近几
年海上的波浪能引起了学者的极大关注。虽然波浪能与太阳能，风能相比，它的开发水平要
远远落后，但是太阳能受到天气影响，而风能受到地域环境的影响，这都将降低发电装置的
电气输出性能。而波浪能不受天气的影响，并且从能量密度上看，波浪能是风能的4 30倍，
~
因此波浪能的开发具有很大的市场潜力，在全世界范围内将近有40余家企业进行波浪能的
利用与商业化推广。如果能好好利用波浪能，将极大的推动新能源邻域的快速发展。

[0003] 目前海浪发电装置形式有多种多样，根据能量传递方式不同，波浪发电装置可以分为机械式、液压式、 空气式、电磁式和压电式。

[0004] 其中液压式有体积小布置灵活的优点，但是有效率低、流体易泄露产生污染等缺点而受到限制，而空气式受到温度影响大，电磁式空间布置易受限制，这三者的结构均较为
复杂因此极大限制了他们的使用。而机械式和压电式结构简单，但是机械式磨损大维护成
本高，而其中压电式的装置能够直接将将波浪能通过压电材料的张拉转化为电能相对与其
他形式的发电装置其结构最为简单可靠，且不受温度影响成本低，因此开发一种基于质量
弹簧系统的波浪能压电发电浮标具有重要的意义。

发明内容

[0005] 本发明所要解决的技术问题是提供一种基于质量弹簧系统的波浪能压电发电浮标，该发电浮标的结构简单，故障率低，发电单元磨损小，发电量大。

[0006] 为此，本发明提供的基于质量弹簧系统的波浪能压电发电浮标，其特征是：包括柱状密封的外壳，外壳内设置有发电机构，外壳入水能够连带发电机构一通浮起，发电机构包
括质量弹簧系统和压电双晶片系统，压电双晶片系统处于质量弹簧系统的两侧端，所述质
量弹簧系统包括质量块、弹簧、轨道管和轨道顶板，所述质量块处于轨道管内，轨道管架设
在外壳上，所述质量块的左右两端各连接一个处于轨道管内的弹簧，弹簧外端正对所述轨
道顶板，轨道顶板至少局部套在所述轨道管上以规定轨道顶板沿轨道管轴线移动，所述轨
道顶板处于轨道管的两端；所述压电双晶片系统包括支点柱、压电双晶片和电路连接头，所
述压电双晶片以轨道管轴线为中心径向向外发散分布并处于所述轨道顶板的外侧，压电双
晶片固定在所述支点柱上，支点柱固定在支架上，支架固定在外壳上，所述轨道顶板受弹簧
压迫向外移动时推顶所述压电双晶片的一端，所述轨道顶板未受外力作用时所述轨道顶板
与压电双晶片空隙以确保压电双晶片自由振动，所述压电双晶片的另一端与电路连接头固
接，所述的压电双晶片在近电路连接头一端处设置支点，在支点处放置所述的支点柱与压
电双晶片固接。

[0007] 进一步的，所述轨道管内孔截面呈方形，所述质量块四面均装有与轨道管内壁匹配的导轮。上述轨道管和质量块的构造能够对质量块进行更好的导向。

[0008] 进一步的，所述轨道顶板内侧端带有与所述轨道管匹配的内沿管，内沿管套接在所述轨道管上。内沿管套在轨道管上能够使轨道顶板沿轴线移动而不偏离。

[0009] 进一步的，所述弹簧外端与轨道顶板连接，弹簧外端套接在缓冲柱体上，缓冲柱体采用弹性材料制成，缓冲柱体外端固定在所述轨道顶板上。上述缓冲柱体构成自动刹车装
置，当作用极大的波浪时，缓冲柱体能防止质量块由于过大的惯性对结构造成冲击，极大的
提高了结构的耐久性。

[0010] 进一步的，所述压电双晶片以所述轨道管轴线为中心向外发散分布有三条以上。上述压电双晶片所受力的大小可通过增减压电双晶片数量改变，也可以通过改变支点位置
来改变，增加了系统的灵活性。

[0011] 进一步的，所述外壳为圆柱形空心结构，所述支架固定在外壳的侧端上；所述电路连接头与外壳不接触。

[0012] 本发明的技术效果：

[0013] 1、该质量弹簧系统和压电双晶片系统结构简单，造价低，维护少，经济性较好；

[0014] 2、质量弹簧系统中采用弹簧对轨道压板和压电双晶片传递压力，对压电双晶片进行有效缓冲，提高产品的耐用性；并且该质量弹簧系统和压电双晶片系统的结合故障效率
更低；

[0015] 3、质量弹簧系统结合压电双晶片系统巧妙的利用了海上的大幅度振动，并通过质量弹簧系统放大振幅，有效的解决了传统浮标发电中前期投入成本大，发电效率低下的问
题。

附图说明

[0016] 图1为本发明提供的基于质量弹簧系统的波浪能压电发电浮标的结构示意图。

[0017] 图2为图1的轴向剖视示意图。

[0018] 图3为压电双晶片的结构放大示意图。

[0019] 图4为图2中的压电双晶片系统的A向侧视示意图。

[0020] 图5为图2中的轨道管、缓冲柱体和内沿管处的A‑A剖视示意图图。

[0021] 图6为质量块的结构示意图。

具体实施方式

[0022] 下面结合附图和实施例，对本发明进一步详细说明。其中相同的零部件用相同的附图标记表示。需要说明的是，下面描述中使用的词语“前”、“后”、“左”、“右”、“上”和“下”
指的是附图中的方向，词语“底面”和“顶面”、“内”和“外”分别指的是朝向或远离特定部件
几何中心的方向。

[0023] 参照图1‑6所示，本发明提供的基于质量弹簧系统的波浪能压电发电浮标，包括柱状密封的外壳1，外壳1为圆柱形空心结构,圆柱形的外壳1平躺于海上，无论怎么翻转其内
部的发电机构都处于同一状态，有极好的内部稳定性。外壳1内设置有发电机构，外壳1入水
能够连带发电机构一同浮起，发电机构包括质量弹簧系统和压电双晶片系统，压电双晶片
系统处于质量弹簧系统的两侧端，所述质量弹簧系统包括质量块2、弹簧3、轨道管4和轨道
顶板5，所述质量块2处于轨道管4内，轨道管4架设在外壳1上，本实施例中轨道管4采用支撑
架6固定在外壳1的内壁上，所述质量块2的左右两端各连接一个处于轨道管4内的弹簧3，弹
簧3外端正对所述轨道顶板5，轨道顶板5至少局部套在所述轨道管4上以规定轨道顶板5沿
轨道管4轴线移动，所述轨道顶板5处于轨道管4的两端，轨道顶板5呈圆形，质量块2的作用
力通过弹簧3传递给轨道顶板5，圆形轨道顶板5能将作用力均匀的传递给每一个压电双晶
片6，使其受力更加均匀；所述压电双晶片系统包括支点柱8、压电双晶片9和电路连接头10，
所述压电双晶片9以轨道管4轴线为中心径向向外发散分布并处于所述轨道顶板5的外侧，
压电双晶片9固定在所述支点柱8上，支点柱8固定在支架11上，支架11固定在外壳1上，本实
施例中支架11固定在外壳1的侧端上，所述轨道顶板5受弹簧3压迫向外移动时推顶所述压
电双晶片9的一端，所述轨道顶板5未受外力作用时所述轨道顶板5与压电双晶片9空隙以确
保压电双晶片9自由振动，所述压电双晶片9的另一端与电路连接头10固接，电路连接头10
与外壳1不接触，所述的压电双晶片6在近电路连接头10一端处设置支点，在支点处放置所
述的支点柱8与压电双晶片9固接。

[0024] 参照图2、图5、图6所示，上述轨道管4内孔截面呈方形，所述质量块2四面均装有与轨道管4内壁匹配的导轮13。上述轨道管4和质量块2的构造能够对质量块2进行更好的导
向。

[0025] 参照图2、图5所示，上述轨道顶板5内侧端带有与所述轨道管4匹配的内沿管51，内沿管51套接在所述轨道管4上。内沿管51套在轨道管上能够使轨道顶板5受到轨道管4的约
束沿轴线移动而不偏离。

[0026] 参照图2、图5所示，所述弹簧3外端与轨道顶板5连接，弹簧3外端套接在缓冲柱体14上，缓冲柱体14采用弹性材料制成，如高弹性橡胶，缓冲柱体14外端固定在所述轨道顶板
5上。上述缓冲柱体14构成自动刹车装置，并且弹簧3可以套在缓冲柱体14上以定位，当作用
极大的波浪时，缓冲柱体14能防止质量块2由于过大的惯性对结构造成冲击，极大的提高了
结构的耐久性。

[0027] 参照图2、图3、图4所示，上述压电双晶片9以所述轨道管4轴线为中心向外发散分布有三条以上。上述压电双晶片9所受力的大小可通过增减压电双晶片9数量改变，也可以
通过改变支点柱（也就是支点）位置来改变，增加了系统的灵活性。而且，海上波浪起伏较
大，频率较高，特别是风雨时期海浪将产生极大的振动频率，本发明的压电双晶片系统将能
充分利用该振动频率将其转换成电能。在本实施例中，压电双晶片系统采用16个压电双晶
片9并联连接，通过整流和储能电路将能量储存到超级电容中，给LED灯泡或者水下传感器
供能。

[0028] 以上所述仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。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前提下的若干改进和润饰，这些改进和润饰也
应视为本发明的保护范围。