一种基于压电效应的海洋能量收集装置

本发明涉及能量收集，具体涉及一种基于压电效应的海洋能量收集装置。

背景技术：

1、随着能源需求的不断增长和传统化石能源的日益枯竭，对可再生能源的需求越来越高。波浪能是一种广泛存在于海洋中的可再生能源，是海洋能源中非常重要的一种形式。与太阳能和风能相比，海洋波浪能够在不同的天气和季节下持续存在，具有更高的能量密度和更加稳定的供应。因此，波浪能收集技术一直是海洋能源研究领域的热点。

2、现有技术中，波浪能收集技术主要分为两种类型：一种是基于浮力的波浪能收集技术，另一种是基于运动学的波浪能收集技术。其中，基于压电效应的浮标式海洋波浪能量收集装置是一种利用压电效应来收集海洋波浪能量并将其转化为电能的设备，它通常由浮标和浮标上方的压电材料构成，具体包括浮标、压电材料、转换器和连接装置等。浮标通常为圆柱形，由耐海腐蚀材料制成；在浮标上方，压电材料被固定在一系列支架上，使其能够在海浪中运动。当海洋波浪通过浮标时，浮标会随波起伏并对压电材料产生力，使其变形并产生电荷。这些电荷通过连接装置被传输到转换器中，然后被转换器转化为实用的电能。但是，现有的浮标式海洋波浪能量收集装置在实际使用过程中存在以下问题：

3、1.现有的浮标式海洋能量收集装置需要在海面上运作，会对在海面上航行的船只造成一定的影响，特别是对于船只和航行安全，这些设备的安装和运行可能会干扰其航行路径和航线，对其造成负面影响；

4、2.现有的浮标式海洋能量收集装置只能够收集浮标上下起伏时的能量，没有有效收集浮标水平移动时的能量，能量收集效率较低；

5、3.现有的浮标式海洋能量收集装置需要使用大量的浮力装置来支撑整个系统，而这些浮力装置会造成水动力阻力。

技术实现思路

1、针对上述现有技术存在的问题，本发明提供一种基于压电效应的海洋能量收集装置，拟解决现有基于海洋能的能量收集装置能量收集效率低、容易影响海面船只活动、在海流方向变化时适应性不足等问题。为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

2、一种基于压电效应的海洋能量收集装置，包括支撑组件以及与所述支撑组件连接的发电组件，所述支撑组件用于支撑发电组件；所述发电组件上配合有转轴组件，所述转轴组件上端连接有浮动体；所述浮动体用于随水波上下或水平移动时，带动转轴组件同步移动，使发电组件发生形变从而发电。

3、进一步的，所述转轴组件包括竖直设置的主轴以及固定连接于所述主轴上端部的从轴，所述主轴和所述从轴垂直设置；所述发电组件包括至少一组水平设置的第一发电单元；所述主轴下端和第一发电单元连接；所述第一发电单元和所述支撑组件连接；所述从轴端部与所述浮动体连接。

4、进一步的，所述第一发电单元包括中心环和若干个第一压电片支撑板；所述中心环内配合有轴承；所述主轴下端穿过轴承与所述第一发电单元连接；所述第一压电片支撑板的第一端固定连接在中心环侧壁上，所述第一压电片支撑板的第二端和所述支撑组件连接；所述第一压电片支撑板上设有第一压电片。

5、进一步的，所述发电组件还包括竖直设置的第二发电单元；所述第二发电单元包括若干个第二压电片支撑板；所述第二压电片支撑板的第一端与主轴上端固定连接，所述第二压电片支撑板的第二端悬空；所述第二压电片支撑板上设有第二压电片。

6、进一步的，所述支撑组件包括载物盖；所述载物盖下表面竖直连接有若干根用于支撑载物盖的支撑立柱；所述主轴下端伸入到载物盖下方；所述支撑立柱和所述第一压电片支撑板一一对应；所述第一压电片支撑板的第二端和所述支撑立柱连接。

7、进一步的，所述支撑立柱上套设有立柱卡环；所述立柱卡环和所述第一压电片支撑板一一对应；所述立柱卡环用于限制第一压电片支撑板在一定范围内移动。

8、进一步的，相邻所述支撑立柱之间连接有横杆；所述支撑立柱底部设有载重底盘。

9、进一步的，所述第一发电单元下方固定连接有载重托盘。

10、进一步的，所述浮动体包括浮球，所述浮球通过连接绳与所述从轴端部连接。

11、本发明的有益效果是：

12、1.本发明提供的一种基于压电效应的海洋能量收集装置，采用压电能量收集的方式，压电材料能够将机械能直接转化为电能，避免了复杂的发电结构，实现了能量转化率的提高；

13、2.本发明提供的一种基于压电效应的海洋能量收集装置，结构简单，仅由一个浮球和海底压电能量收集装置组成，安装时不受地形限制，不占用过多海面，结构简单紧凑，实现了便于安装实施、维护方便的目的；

14、3.本发明提供的一种基于压电效应的海洋能量收集装置，减少了浮力装置，采用了可以同时收集浮球随波浪上下起伏和水平移动时的能量的结构，相比于其他海洋压电能量收集装置，更为高效，实现了高效的海洋波浪能量收集；

15、4.本发明提供的一种基于压电效应的海洋能量收集装置，采用了可自动调节转向结构，该结构能够根据实时监测到的海流方向进行调整，使能量收集器能够始终面向流动的海流，从而最大限度地捕捉和利用海洋动能，提高能量收集效率；

16、5.本发明提供的一种基于压电效应的海洋能量收集装置，采用了模块化连接设计，将能量收集装置分为多个独立模块，每个模块具有可拆卸的连接件，使得能量收集装置的组装和拆卸更加方便和自由，使能量收集装置能够根据实际需求灵活调整压电片支撑数量，以最大程度地捕捉海洋中的能量。

技术特征：

1.一种基于压电效应的海洋能量收集装置，其特征在于：包括支撑组件以及与所述支撑组件连接的发电组件，所述支撑组件用于支撑发电组件；所述发电组件上配合有转轴组件，所述转轴组件上端连接有浮动体(1)；所述浮动体(1)用于随水波上下或水平移动时，带动转轴组件同步移动，使发电组件发生形变从而发电。

2.根据权利要求1所述的一种基于压电效应的海洋能量收集装置，其特征在于：所述转轴组件包括竖直设置的主轴(2)以及固定连接于所述主轴(2)上端部的从轴(3)，所述主轴(2)和所述从轴(3)垂直设置；所述发电组件包括至少一组水平设置的第一发电单元；所述主轴(2)下端和第一发电单元连接；所述第一发电单元和所述支撑组件连接；所述从轴(3)端部与所述浮动体(1)连接。

3.根据权利要求2所述的一种基于压电效应的海洋能量收集装置，其特征在于：所述第一发电单元包括中心环(4)和若干个第一压电片支撑板(5)；所述中心环(4)内配合有轴承(6)；所述主轴(2)下端穿过轴承(6)与所述第一发电单元连接；所述第一压电片支撑板(5)的第一端固定连接在中心环(4)侧壁上，所述第一压电片支撑板(5)的第二端和所述支撑组件连接；所述第一压电片支撑板(5)上设有第一压电片(7)。

4.根据权利要求3所述的一种基于压电效应的海洋能量收集装置，其特征在于：所述发电组件还包括竖直设置的第二发电单元；所述第二发电单元包括若干个第二压电片支撑板(8)；所述第二压电片支撑板(8)的第一端与主轴(2)上端固定连接，所述第二压电片支撑板(8)的第二端悬空；所述第二压电片支撑板(8)上设有第二压电片(9)。

5.根据权利要求3所述的一种基于压电效应的海洋能量收集装置，其特征在于：所述支撑组件包括载物盖(10)；所述载物盖(10)下表面竖直连接有若干根用于支撑载物盖(10)的支撑立柱(11)；所述主轴(2)下端伸入到载物盖(10)下方；所述支撑立柱(11)和所述第一压电片支撑板(5)一一对应；所述第一压电片支撑板(5)的第二端和所述支撑立柱(11)连接。

6.根据权利要求5所述的一种基于压电效应的海洋能量收集装置，其特征在于：所述支撑立柱(11)上套设有立柱卡环(12)；所述立柱卡环(12)和所述第一压电片支撑板(5)一一对应；所述立柱卡环(12)用于限制第一压电片支撑板(5)在一定范围内移动。

7.根据权利要求5所述的一种基于压电效应的海洋能量收集装置，其特征在于：相邻所述支撑立柱(11)之间连接有横杆(13)；所述支撑立柱(11)底部设有载重底盘(14)。

8.根据权利要求3所述的一种基于压电效应的海洋能量收集装置，其特征在于：所述第一发电单元下方固定连接有载重托盘(15)。

9.根据权利要求2所述的一种基于压电效应的海洋能量收集装置，其特征在于：所述浮动体(1)包括浮球，所述浮球通过连接绳与所述从轴(3)端部连接。

技术总结
本发明公开了一种基于压电效应的海洋能量收集装置，属于能量收集技术领域，包括支撑组件以及与所述支撑组件连接的发电组件，所述支撑组件用于支撑发电组件；所述发电组件上配合有转轴组件，所述转轴组件上端连接有浮动体；所述浮动体用于随水波上下或水平移动时，带动转轴组件同步移动，使发电组件发生形变从而发电。本发明提供的海洋能量收集装置减少了浮力装置，采用了可以同时收集浮球随波浪上下起伏和水平移动时的能量的结构，相比于其他海洋压电能量收集装置，更为高效，实现了高效的海洋波浪能量收集。本发明能有效改善现有基于海洋能的能量收集装置能量收集效率低、容易影响海面船只活动、在海流方向变化时适应性不足等问题。

技术研发人员：丁基恒,周代灿,王敏,李忠杰,郑建勇,彭艳
受保护的技术使用者：上海大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/16