[实用新型]一种复摆升频式波浪能收集装置

说明书

本实用新型公开一种复摆升频式波浪能收集装置，包括浮于水面上并随波浪起伏而摇摆的壳体、可旋转地设置于壳体内并随其摇摆而转动的复摆机构、可旋转地设置于壳体内并与复摆机构同步转动的主动齿轮、设置于壳体内并用于与主动齿轮啮合传动以在其驱动下通过电磁感应发电的电磁发电机构，以及设置于壳体内并位于主动齿轮的端面上方、用于在其转动时产生形变以通过压电效应发电的压电发电机构。如此，当壳体跟随波浪起伏而不定向摇摆时，复摆机构产生不定向转动，适应波浪能的动态变化，具有较高的俘能效率。同时，电磁发电机构与压电发电机构通过两种不同的机电耦合换能机制进行能量转化，对波浪能的频谱覆盖范围较广，适应性较强，转化效率较高。

技术领域

本实用新型涉及发电技术领域，特别涉及一种复摆升频式波浪能收集装置。

背景技术

目前海洋环境观测主要通过各种海洋观测设备及系统进行定点平台观测和移动立体网观测，如搭载多参量传感器的通用型和专用型海洋资料浮标、拉格朗日漂流浮标等。这些海洋观测设备长期进行机动运行并携带多种传感器，在产生大量数据的同时还需要消耗大量的能源。仅靠携带高容量的电池和降低能耗是远远不够的，必要时还要从海洋环境中获取能量或从系统回馈能量，才能保证系统的长期工作。

海洋约覆盖了地球表面积的71％，蕴含着大量的可再生能源，如潮汐能、波浪能、海流能、温差能以及海上太阳能和风能等。其中海洋波浪能是指海洋表面波浪所具有的动能和势能，波浪能不受温度、天气、昼夜、季节等自然条件的影响，具有能量密度高，分布面广等优点，是一种最易于直接利用、取之不竭的全天候可再生清洁能源，同时也是海洋设备可获取的最为直接的能源。据估计，全球海域波浪能每年储备量在0.1×1010～1.0×1010kW，平均每米波峰传递的能量可达10-50kW。若将海洋波浪能资源加以俘获、转换和存储，为海洋设备提供能量，将极大提高其续航能力和自主生存能量，实现海洋观测设备的长时间、大范围、无人职守工作，这对提高人类在海洋资源与环境的科学观测和开发利用等方面具有重大意义。

目前对波浪能的开发和利用主要集中在千瓦、兆瓦级别的大型波浪能发电装置，较为常见的大型波浪能俘能方式包括悬挂摆式、浮力摆式、越浪式、振荡水柱式、振荡浮体式、点头鸭式等。波浪能收集装置主要由俘能机制(吸收波浪能)和机电耦合换能机制组成，其实质是利用俘能机制吸收海洋波浪超低频多方向随机振动能，以相对直线运动、相对摆动或相对转动的运动形式驱动机电耦合换能机制将动能转化为电能。俘能机制通常采用惯性滑块、惯性球或惯性摆在波浪作用下发生相对滑动、滚动或转动，实现非谐振式或非线性俘能，但是现有的惯性俘能机制在极低的海洋波浪频率下工作俘能效率普遍不高。

常用的三种机电耦合换能机制包括压电式、电磁式和纳米摩擦式。电磁式换能机制基于电磁感应原理将磁体和线圈的相对直线运动或相对转动转化为电能；纳米摩擦式换能机制基于静电感应和摩擦起电耦合效应，通常采用多层堆叠的方式提高能量转换效率；压电式换能机制在压电材料发生机械变形时基于压电效应产生电能输出，具有体积小、输出功率密度高等优点，在高频换能方面具有优势，但是在低频环境中的能量收集效率很低。

目前，面向小型海洋观测设备供能的微小型波浪能收集装置研究较少，已有的微型波浪能收集装置存在能量转换效率低、输出功率密度小的共性关键问题，难以为海洋观测设备的传感器负载或电池长时间供电。为了能够高效率俘获波浪能，俘能机制的工作频率需与海洋波浪环境超低频振动(一般小于1Hz)相匹配，同时要有较宽的工作频带和多方向工作模式以适应海洋波浪频率和方向的随机变化。但现有的惯性俘能机制在极低频率下工作的俘能效率普遍不高，装置输出功率密度低。并且现有的微小型波浪能收集装置采用的机电耦合换能机制比较单一，仅使用电磁转换、压电转换或摩擦发电中的某一种，对海洋波浪能的适应性均不强，能量转换效率低。

因此，如何提高对波浪能的俘获效率和机电能量转化效率，是本领域技术人员所面临的技术问题。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种复摆升频式波浪能收集装置，能够提高对波浪能的俘获效率和机电能量转化效率。