[发明专利]一种振动能量收集装置

说明书

技术领域

本发明涉及振动能量收集领域，尤其涉及一种振动能量收集装置。

背景技术

能量收集(Energy Harvest)，意为捕获、收集周围环境的能量，产生电力。通常所说的环境能包括太阳能、风能、机械能、海洋波浪能、海洋潮汐能等。机械振动是一种重要的环境能形式，也是一种重要的能量收集方式。通常的机械振动能量收集系统如图1所述，包括质量块、弹簧和阻尼器，外界振动通过一定的传导机制，使得机械振动能量收集系统的质量块产生振动形式的机械运动，带动发电机运动，产生电力。质量块一般做直线运动，也有的做扭转振动。通常的发电机为电磁感应式，也有静电感应式，以及压电陶瓷结合悬臂梁的形式。振动能量收集也可称为振动发电。

海洋观测小型航行器，包括AUV(Autonomous Underwater Vehicle，自主水下航行器)，水下滑翔机(Glider)，波浪能滑翔机(Wave Glider)等形式，用于观测海洋系统的各种技术参数，需要长期在海洋中航行。能源供应是一个重要的制约因素，AUV和水下滑翔机通常携带电池，受电池容量的限制，海上航行期限受到限制，电池耗尽时，必须回收航行器以更换电源，才能开始下一次的任务。水下滑翔机由于采用极为节能的水下滑翔运动形式，航行周期长，但由于没有随身携带的可持续的能源供应，也必须到期回收。波浪能滑翔机是一种水面航行器，通过一定的机械结构设计，能够收集海洋波浪能，转换为推进动力，持续航行，无需回收。

本发明意在为水下/水面航行器提供波浪能收集装置，通过将波浪能转换为机械振动，并通过发电机继而产生电力，持续的供应航行器，做到无需回收的持续航行。海洋观测小型航行器通常为鱼雷形状，尺寸有限。能量收集装置安装于航行器时，其垂直高度受限，导致质量块振幅受限，产生的电力比较微弱，导致推进动力不足。

发明内容

本发明提供一种振动能量收集装置，收集海洋波浪能，提高将机械能转化为电能的转化效率，进而提高输出电量。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种振动能量收集装置，包括箱体，及固定在箱体上的外部波浪作用力接收装置、传动轴、内部传动装置、增速齿轮机构、发电机，其中在箱体边缘沿水平方向设置传动轴，外部波浪作用力接收装置通过所述传动轴与内部传动装置相连，内部传动装置与增速齿轮机构相连，增速齿轮机构与所述发电机相连。

按上述技术方案，所述增速齿轮机构包括齿轮一、齿轮二，通过齿轮连接的方式相连；齿轮三与齿轮二通过轴连接的方式相连，设置齿轮四，其与齿轮三通过齿轮连接的方式相连；其中齿轮一的齿数大于齿轮二，齿轮三的齿数大于齿轮四。

按上述技术方案，所述外部波浪作用力接收装置为翼形结构。

按上述技术方案，所述翼形结构包括襟翼装置和转动轴，襟翼装置在波浪作用下绕转动轴转动。

按上述技术方案，所述内部传动装置为齿轮五，所述齿轮五的齿轮轴与所述传动轴相连且同步运动。

按上述技术方案，还包括弹簧、质量块、阻尼，所述弹簧的上端头固定在箱体上端面，弹簧的下端头与质量块相连，质量块下方设置阻尼，质量块设置在内部传动装置与增速齿轮机构之间，所述内部传动装置为条状长板，条状长板的一端固定在所述传动轴上，另一端开设条型槽，所述条型槽与条状长板长度方向一致，质量块上端面的中心处设置突出结构，质量块上端面中心处的突出结构嵌入条状长板的条型槽且可沿条型槽滑动；质量块远离内部传动装置的一侧固定齿条及与其配合的齿轮六，齿轮六与所述增速齿轮机构的齿轮一相连。

按上述技术方案，还包括固定在所述质量块上的永久磁铁，和固定在箱体上的线圈，线圈切割永久磁铁产生的电流通过线圈端子输出到外部。

本发明振动能量收集装置的工作原理是：根据现有振动能量收集装置的工作模型，建立质量块的运动方程为：

假设该装置收集的能量为阻尼系统的能量消耗，经过计算，其平均功率为：

其中，m：质量块的质量，c：阻尼系统的阻尼系数，k：弹簧的刚度，ω：海洋波浪频率，y(t)：惯性坐标系中箱体的位置坐标，z(t)：质量块相对于箱体的位置坐标，Z：质量块相对于箱体的振幅，Y：惯性坐标系中海洋波浪激励下的箱体框架的振幅，平均功率。