[发明专利]一种漂浮式全方向波浪能收集装置及方法

说明书

本发明属于波浪振动发电装置技术领域，涉及一种漂浮式全方向波浪能收集装置及方法，漂浮式全方向波浪能收集装置包括重力锚、浮漂板、激励机构以及能量收集机构，浮漂板与激励机构转动式连接，激励机构与能量收集机构转动式连接；能量收集机构包括能量收集壳体以及位于能量收集壳体内的磁铁与磁致伸缩悬臂梁；磁致伸缩悬臂梁包括磁致伸缩片与缠绕在磁致伸缩片外的感应线圈；激励机构包括波浪能转换体和伸入至能量收集壳体内的激励体。漂浮式全方向波浪能收集方法包括将任意方向的波浪能转换为激励体的旋转并使激励体于磁致伸缩片表面运动，使磁致伸缩片产生弯曲变形。本发明能够对全方向的波浪能进行转换与收集。

技术领域

本发明属于波浪振动发电装置技术领域，涉及一种漂浮式全方向波浪能收集装置及方法。

背景技术

海洋是地球上广阔连通的水域，占据了地球表面约71％的面积，且海洋能是蕴藏在海洋中的可再生能源，包括温差能、海流能、波浪能、潮汐能等自然资源。其中波浪能在海洋中无处不在，蕴藏着丰富的能量，波浪能实质上是海洋在吸收风能后产生的动能和势能，并且常常以机械能形式存在，不受温度、天气、昼夜、季节等自然条件的影响，是一种取之不竭、易于直接利用的全天候可再生清洁能源。

随着无线传感网检测技术的发展和海洋开发的需要，无线传感网开始大量使用在海洋平台监测、海洋生态环境及水温气象参数测量、海水盐度等指标的测量等方面。随着海洋无线传感网的研究应用日益广泛，发现能量供给问题是制约海洋无线传感网应用和发展的主要问题。无线传感网的能量供给主要通过蓄电池、太阳能、风能和波浪能等。蓄电池使用寿命受限于电池容量，而且蓄电池充电或更换操作复杂，成本高昂。太阳能和风能容易受自然环境的影响，不稳定。目前，通过收集周围环境中的能量并转换为电能是一种替代传统供电方式的有效方式。本装置通过将波浪能中的动能和势能转换为机械能，并将机械能转换为电能存储起来为传感器供电，将成为一个节能环保的新能源。

通过调查目前的波浪振动能量收集技术，主要方法可分为电磁式、压电式、机械式和磁致伸缩式。例如公开号为中国专利申请号为202010047356.6公开的“一种全向压电电磁复合式波浪能采集装置”，为一种内部结构为底面放置线圈，四周安装环绕形立式压电片，通过摆锤全方向自由摆动作为激励方式的球形漂浮式能量采集装置，但是该装置中的电磁式收集结构较大、输出电压不高，而且压电片自身较脆，摆锤的摆动幅度不受限制往往对装置产生强烈的冲击，在海平面这种复杂的环境中适应能力差，严重影响该装置的使用寿命。对故综上可述，该装置发电效率低、环境适应能力差和寿命短。

磁致伸缩式是基于磁致伸缩材料的性能来实现的，即磁致伸缩材料在受力或者产生应变的情况下，使材料内部磁通密度相应地发生变化，在线圈中感应电流，故将机械能先转换成磁能，再将磁能转换为电能。超磁致伸缩材料Galfenol合金具有更加优异的性能，价格低廉，有着更好的延展性、高抗拉强度和耐压性，其良好的耐压性可以完美的克服PZT容易产生应力疲劳的缺点。Galfenol合金材料的机电耦合系数K₃₃约为0.5，而普通的压电材料PVDF的机电耦合系数K₃₃约为0.1，Galfenol材料的能量转化率高于PVDF材料，相对于压电材料也更灵敏，对小振幅的振动也可产生较高的电压。根据以上的研究发现，本次设计的能量收集装置采用磁致伸缩式，材料选用Galfenol薄片。本装置主要针对海洋中传感网络节点能量供给难、成本高等问题，对海洋中波浪能进行转换收集，并将收集的能量储存起来为传感器进行供能，此方式是一个节能环保的好方法。

发明内容

本发明的目的是为了解决上述技术问题，提出了一种漂浮式全方向波浪能收集装置及方法。

为实现以上技术目的，本发明采用以下技术方案：