一種基于壓電效應的振蕩水柱式波浪能發電裝置的制造方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及可持續發電領域，尤其涉及一種基于壓電效應的振蕩水柱式波浪能發電裝置。
【背景技術】
[0002]隨著信息時代的發展，海洋中的燈塔、無線傳感設備以及其它小功率電器設備成為信息傳遞和轉換中不可缺少的一部分，而這些設備的運轉離不開持續、長久的電能供應，傳統的電池例如化學電池等因使用壽命有限而難以滿足無線傳感網絡多點布置，特別是廣闊海平面環境及國防安全監控需求。開發長期穩定供能方式成為該領域亟待解決的關鍵技術問題。

【發明內容】

[0003]本發明為避免上述現有技術存在的不足之處，提供了一種可以采集不同方向的波浪能以解決海洋中小型電器設備無線供能問題的基于壓電效應的振蕩水柱式波浪能發電
目.ο
[0004]本發明所采用的技術方案為:
[0005]—種基于壓電效應的振蕩水柱式波浪能發電裝置，包括自動調向波浪能采集機構、氣壓儲能機構、氣驅壓電發電機構以及用于傳遞氣驅壓電發電機構的電能的多自由度電刷機構；所述自動調向波浪能采集機構包括振蕩水柱式波浪能采集器、調向尾翼以及對振蕩水柱式波浪能采集器進行安裝定位的定位部，所述振蕩水柱式波浪能采集器包括波浪能采集部及與所述定位部相連的連接部，連接部設置在波浪能采集部的背面，且連接部的背面與調向尾翼相連，所述波浪能采集部包括振蕩水柱氣室；所述氣壓儲能機構包括壓力蓄能器，振蕩水柱氣室通過進氣管道與壓力蓄能器連通；所述氣驅壓電發電機構包括壓電片以及用于對壓電片進行擠壓的擠壓驅動部。
[0006]所述波浪能采集部還包括波浪能進出口，波浪能進出口與振蕩水柱氣室相連通，振蕩水柱氣室的頂端開設有吸氣口和排氣口，吸氣口上安裝有進氣單向閥，排氣口上安裝有雙作用閥，所述雙作用閥包括安全閥和排氣單向閥，排氣單向閥與上述進氣管道相連通。
[0007]所述連接部包括固連在振蕩水柱氣室背面的轉柱，所述定位部包括立柱，立柱的上部穿入轉柱的內部，立柱的下部與水泥塊固連，立柱的上部與轉柱之間設置有套筒，所述轉柱的底端設置有擋板，套筒與擋板固連。
[0008]所述氣驅壓電發電機構設置在壓力蓄能器的頂端，所述擠壓驅動部包括兩個背對設置的氣缸，各氣缸的外圍均設置有外部供氣管路，外部供氣管路與上述出氣管道連通，各外部供氣管路上均設置有換向閥，各氣缸的內部均設置有內部管路、閥控制管路和活塞，兩個氣缸的兩個活塞通過一根驅動軸相連，上述壓電片有兩組，其中一組安裝在驅動軸的一端、另外一組安裝在驅動軸的另一端。
[0009]所述多自由度電刷機構設置在轉柱的頂端，多自由度電刷機構包括兩根相互平行的定位桿，兩根定位桿的相向內側均開設有滑槽，兩根定位桿之間設置有可沿滑槽上下移動的T型連桿，T型連桿的下部套置有電刷芯和電刷外殼，電刷芯安裝在上述立柱的頂端，電刷芯外側設置有兩個滑環，滑環和電刷芯均套置在上述電刷外殼內，電刷外殼的一側設置有兩個碳刷，碳刷外側設置有碳刷蓋。
[0010]各壓電片的截面均呈圓形，兩組壓電片分別固定在由四個等弧度的絕緣固定殼和兩個等弧度的電極組成的圓柱筒內，兩個電極分別位于圓柱筒的頂端和底端，四個絕緣固定殼分別以圓柱筒的中心線為對稱軸兩兩對稱，兩個電極分別與電纜相連并將產生的電能傳遞至電纜。
[0011]各所述絕緣固定殼上均開設有用于安裝壓電片的圓弧形槽，絕緣固定殼和電極組成的圓柱筒的外側還套有一個鋼管套筒。
[0012]所述吸氣口有兩個。
[0013]所述壓力蓄能器的外輪廓呈橢球狀，壓力蓄能器兼做基于壓電效應的振蕩水柱式波浪能發電裝置的浮體。
[0014]所述調向尾翼包括擺桿，擺桿的一端與轉柱相連、另一端設置有擺片。
[0015]由于采用了上述技術方案，本發明所取得的有益效果為:
[0016]1、本發明中的調向尾翼以及波浪能采集部與定位部之間的連接關系，使振蕩水柱氣室的開口方向迎著波浪方向，以保證波浪流入氣室，因此可以采集不同方向的波浪能。
[0017]2、本發明中的蓄能器既能儲存壓縮空氣能量，為氣壓發電裝置提供持續穩定的動力源，還能為整個發電裝置提供浮力，使發電裝置浮于海洋表面。
[0018]3、本發明可以收集波浪能，并將波浪能轉化為空氣氣柱的氣壓能，利用氣壓能驅動壓電片變形產生電能，將本發明應用到海洋中，可以提供持續、長久的電能，從而解決海洋中小型電器設備的無線供能問題。
【附圖說明】
[0019]圖1為本發明的斜軸測圖。
[0020]圖2為本發明中波浪能采集部的軸測圖。
[0021]圖3為本發明中波浪能采集部與定位部的裝配剖面圖。
[0022]圖4為本發明中氣驅壓電發電機構活塞往復運動控制原理示意圖。
[0023]圖5為本發明中氣驅壓電發電機構的結構示意圖。
[0024]圖6為圖5的A-A向剖示圖。
[0025]圖7為本發明中壓電片、絕緣固定殼、電極以及鋼管套筒的裝配后的左視圖。
[0026]圖8為圖7的B-B向剖視圖。
[0027]圖9為本發明中多自由度電刷裝置的軸測圖。
[0028]其中，
[0029]1、振蕩水柱式波浪能采集器101、波浪能進出口 102、前墻103、右側板104、斜板105、頂板106、吸氣口 107、排氣口 108、轉柱2、進氣單向閥3、雙作用閥4、多自由度電刷機構4001、滑槽4002、T型連桿4003、電刷外殼4004、碳刷4005、碳刷蓋4006、滑環4007、電刷芯4008、定位桿5、氣驅壓電發電機構5001、鋼管套筒5002、電極5003、閥控制管路5004、外部供氣管路5005、換向閥5006、活塞5007、第二出氣口 5008、驅動軸5009、壓電片5010、絕緣層5011、外部供氣管路入口 5012、第一出氣口 2013、內部管路5014、上部先導閥撞針5015、下部先導閥撞針5016、絕緣固定殼6、壓力蓄能器7、調向尾翼701、擺桿702、擺片8、定位部8001、水泥塊8002、立柱8003、擋板8004、套筒9、進氣管道10、出氣管道
【具體實施方式】
[0030]下面結合附圖和具體的實施例對本發明作進一步的詳細說明，但本發明并不限于這些實施例。
[0031]如圖1至圖3所示，一種基于壓電效應的振蕩水柱式波浪能發電裝置，包括自動調向波浪能采集機構、氣壓儲能機構、氣驅壓電發電機構5以及用于傳遞氣驅壓電發電機構5的電能的多自由度電刷機構4 ;所述自動調向波浪能采集機構包括振蕩水柱式波浪能采集器1、調向尾翼7以及對振蕩水柱式波浪能采集器I進行安裝定位的定位部，所述振蕩水柱式波浪能采集器I包括波浪能采集部及與所述定位部8相連的連接部，連接部設置在波浪能采集部的背面，且連接部的背面與調向尾翼7相連，所述波浪能采集部包括振蕩水柱氣室和波浪能進出口 101，波浪能進出口與振蕩水柱氣室相連通，所述振蕩水柱氣室包括前墻102、后墻、左側板、右側板103、底板以及頂板105，前墻102通過斜板104與頂板105相連，所述前墻102與底板之間配合形成上述波浪能進出口 101，所述頂板105上開設有吸氣口106和排氣口 107，吸氣口 106有兩個，各吸氣口 106上均安裝有進氣單向閥2，排氣口 107上安裝有雙作用閥3，所述雙作用閥3包括安全閥和排氣單向閥，排氣口 107與上述進氣管道9相連通；所述連接部包括固連在振蕩水柱氣室背面的轉柱108，所述定位部8包括立柱8002，立柱8002的上部穿入轉柱108的內部，立柱8002的下部與水泥塊8001固連，立柱8002的上部與轉柱108之間設置有具有減小摩擦的套筒8004，所述轉柱108的底端設置有擋板8003，套筒8004與擋板8003相連，套筒8004與振蕩水柱氣室一起上下浮動及轉動。所述調向尾翼7包括擺桿701，擺桿701的一端與轉柱108相連、另一端設置有擺片702，擺桿701的長度和擺片702的面積大小必須能夠保證帶動氣室的旋轉；所述氣壓儲能機構包括壓力蓄能器6，所述壓力蓄能器6的外輪廓呈橢球狀，壓力蓄能器6兼做基于壓電效應的振蕩水柱式波浪能發電裝置的浮體，振蕩水柱氣室通過進氣管道9與壓力蓄能器6連通。實際使用過程中，波浪由波浪能進出口 101進入振蕩水柱氣室，流過前墻102的波浪在氣室內部形成上下振蕩的水柱，使氣室內的氣壓發生變化，在排氣時，氣體經排氣口 107進入壓力蓄能器6，在吸氣時，外界氣體經安裝在吸氣口 106處的進氣單向閥2進入氣室；調向尾翼7在波浪的推動下，帶動振蕩水柱氣室繞立柱8002旋轉，使振蕩水柱氣室的入口調整為正對波浪的方向，以便于海水涌入振蕩水柱氣室，海水涌入振蕩水柱氣室并在其內往復振動進而驅動氣室內部空氣流動，在氣壓低時，進氣單向閥2打開，振蕩水柱氣室吸氣，在氣壓高時雙作用閥中的排氣單向閥3打開，高壓氣體經進氣管道9進入壓力蓄能器6，當壓力蓄能器6內的氣壓達到設定值時，雙作用閥3中的安全閥打開，實現保護功能。