[发明专利]一种垂摆升频式波浪能收集装置及搭载设备

说明书

本发明公开了一种垂摆升频式波浪能收集装置及搭载设备，该装置在壳体内设有：俘能系统，包括质量摆和俘能磁铁，质量摆的上端与壳体转动连接，俘能磁铁与质量摆连接；电磁换能系统，设于质量摆的一侧，电磁换能系统包括固定座、旋转支架、金属线圈、换能磁铁，金属线圈套设在固定座上，旋转支架设于固定座内并与固定座转动连接，换能磁铁与旋转支架连接；质量摆可带动俘能磁铁摆动，俘能磁铁对换能磁铁施加不断变换的吸引力和排斥力，以驱动换能磁铁往复旋转，使金属线圈切割换能磁铁往复旋转时的磁感线，并产生交流电流。本发明可实现非接触式升频，可产生高频交流电输出，实现波浪能的高效转换，避免齿轮接触而产生的磨损。

技术领域

本发明涉及波浪能收集技术领域，特别涉及一种垂摆升频式波浪能收集装置及搭载设备。

背景技术

波浪能是指海洋表面波浪所具有的动能和势能。海洋波浪的能量资源丰富，发掘利用波浪能为海洋装备续航有很大的应用空间。波浪能收集目前主要有两种类型：一种是能量收集装置直接与海水接触，通过运动的海水直接驱动能量转换装置；另一种是能量收集装置集成搭载平台内部，通过收集平台受到波浪作用产生的振动能量，间接收集波浪能。人类对于海水直接接触驱动的能量收集装置的研究相对较多，如直接机械传动、低压水力传动、高压液压传动、气动传动等，但是大多都分布于沿海或近海地区，且装置体积巨大。间接收集波浪能的装置发展较晚，具有体积小、易于集成等优点。为了监测海洋环境和开发海洋资源，将间接收集波浪能的装置集成于海上观测平台，如海洋浮标、海上航行器等，可在非沿海近海地区进行能源收集，为这些设备平台中的传感器供电并延长设备的使用周期，对海洋的监测和开发具有重要意义。

目前，可集成在海上以及海中的设备平台内间接收集波浪能的装置或直接布置在海平面上下的波浪能收集装置相对较少。现有装置一般采用俘能结构与电磁发电、压电发电或摩擦发电等几种发电类型相结合的形式。电磁发电类型一般采用弹簧振子结构，以及齿轮增速升频机构。搭载平台在海浪作用下运动并带动固定在弹簧活动端的质量块产生受迫振动，进而由齿轮组驱动磁体或金属线圈转动，使能量收集器上的感应金属线圈产生感生电势并输出电能。由于海洋波浪振动具有频率极低、空间中振动波形复杂的特点，这种电磁发电能量收集装置的振动频率极低，齿轮组升频操作过程中能量损失较大，金属线圈磁通量的变化率小，发电输出功率不高。压电发电类型一般采用末端附带质量块的悬臂梁结构，在海浪作用以及惯性作用下由质量块带动自发振动，从而使压电材料的悬臂梁产生正负挠度变化，从而发生压电效应，产生能量输出。由于悬臂梁固有频率较高，与海洋波浪振动频率契合程度低、在前端没有相关升频机制的前提下，这种收集装置的海洋环境适应性差，难以满足需求。摩擦式发电类型是通过两种材料的表面相互接触和分离，根据摩擦生电和静电感应的耦合来实现电能输出。一般是在波浪振动产生的外力作用下，通过某种方式，如在平面上自由滚动小球相互撞击摩擦等，使两种不同的材料表面产生接触和分离，产生电能并输出。同样由于海洋中的波浪振动的频率较低、空间中振动波形复杂的原因，使得摩擦材料表面的接触和分离的频率较低，且相互间刚体撞击极大损失能量，摩擦使之寿命缩短，所以输出的电能较低使用寿命不长。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种可在波浪幅度极小、频率极低条件下实现高功率能量收集与高效率转化输出的垂摆升频式波浪能收集装置。

为了解决上述问题，本发明提供了一种垂摆升频式波浪能收集装置，其包括壳体，所述壳体内设有：

俘能系统，包括质量摆和俘能磁铁，所述质量摆的上端与所述壳体转动连接，所述俘能磁铁与所述质量摆连接；

电磁换能系统，设于所述质量摆的一侧，所述电磁换能系统包括固定座、旋转支架、金属线圈、换能磁铁，所述金属线圈套设在所述固定座上，所述旋转支架设于所述固定座内并与固定座转动连接，所述换能磁铁与所述旋转支架连接；

所述质量摆可带动所述俘能磁铁摆动，所述俘能磁铁在摆动时对所述换能磁铁施加不断变换的吸引力和排斥力，以驱动所述换能磁铁往复旋转，使所述金属线圈切割所述换能磁铁往复旋转时的磁感线，并产生交流电流。