一种可用于收集海浪能量的电磁式振动能量采集器

摘要

本发明提供一种可用于收集海浪能量的电磁式振动能量采集器，包括一个球形外壳、十二个位于正方体各边的电磁式振动能量采集杆、一个位于球体内部的正方体安装架、安装于该上的储能元件及电子器件，每个采集杆包含用轴套连接的两个能量采集单元，当采集器随着海浪波动时，采集单元内的永磁体相对于采集单元外筒往复运动，进而产生变化的磁场，变化的磁场会使得线圈中产生感应电流，经过相关电路储存于储能元件之中。整个系统的能量转换流程为：海浪的波动时的能量→永磁体振动的机械能→线圈产生的电能→储能元件中的化学能。本发明采集效率高、加工成本低。

说明书

技术领域

本发明涉及一种能量采集器，尤其涉及一种可用于收集海浪能量的电磁式振动能量采集器。

背景技术

能源的供给对于漂浮于海上且需要长期工作的中小型特殊设备来说是一个至关重要的问题。现今，蓄电池因为其体积小、蓄电量大而被广泛应用于海上设备供能，然而，考虑到海上情况的复杂性，定期更换电池是一项极其困难甚至于不可能的任务。因此，适用于海上器件的自供电装置的研发变得越来越重要。

海上虽无可直接应用于采集的振动能，然而海浪波动时的能量却甚为可观，因此，考虑设计一种能将海浪波动时所产生的能量转换为可采集的振动能或者其它机械能的装置变得尤为迫切。

申请公布号为CN 104514668 A的发明提出了一种扁浮球方阵式海浪发电机，主要包括浮球方阵、永磁发电机、整流器与逆变器等构件。该发明利用浮球方阵将海浪的波动能转化为机械能，并通过永磁发电机将该机械能转变为电能。然而，该发明尚存在一些不足：首先，该发明采集装置与能量转换装置分离，如此一来，设备的紧凑性变差，同样需求下，其体积会更加庞大；其次，该发明依旧采用传统的永磁式旋转发电机，不但加工精度要求很高，而且旋转连接处数目的增多会使得阻尼消耗掉更多的能量。

授权公告号为CN 103306882 B的发明提出了一种并联多维摆动海浪发电装置，利用浮体的摆动带动油箱，进而实现液压缸的压缩与拉伸，将油液同时压入油箱的集油箱，经过分流管通油和蓄能器稳压，带动液压马达的工作，从而带动发电机发电。该种能量收集装置虽然采集功率较大，然而体积过于庞大，隐蔽性差，不适用于中小型特殊设备的配套使用。

发明内容

本发明的目的是提供一种可用于收集海浪能量的电磁式振动能量采集器，可用于长期漂浮于海上的某些中小型特殊设备的自供能。

本发明的目的是这样实现的：包括由两个半球体连接而成的球形外壳、方形内框架以及由十二根支撑杆和八个采集杆安装座组成的方形外框架，八个采集杆安装座位于方形外框架的八个角上且每个采集杆安装座均与球形外壳固定连接，方形内框架的八个角分别通过连杆与对应的方形外框架的八个角连接，方形内框架上端设置有储能器、下端设置有电子器件安装座，电子器件安装座上设置有电子器件，相邻两个采集杆安装座之间设置有电磁式振动能 量采集杆，每个电磁式振动能量采集杆包括两个能量采集单元以及用于连接两个能量采集单元的轴套，每个能量采集单元包括外筒、安装在外筒两端的上端盖和下端盖以及设置在外筒内部的内筒，外筒的内表面设置有凹槽，凹槽中安装有线圈，内筒内设置有永磁铁，永磁体上端与上端盖之间、永磁铁下端与下端盖之间分别设置有弹簧。

本发明还包括这样一些结构特征：

1.两个半球体的连接处设置有橡胶垫片。

2.所述凹槽是圆形凹槽且有两个，对称设置在外筒的内表面，对应的线圈有两个。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：1、传统供电装置与电子设备往往各自独立，之间通过导线予以串联。而本发明将储能元件与电子设备安装于正方体采集框架之内，供电装置与电子设备成为一体，这样的设计使得本发明集成度更高，结构更加紧凑高效，可很好的用于漂浮于海上的中小型特殊设备的自供电；2、现有海浪能量采集装置由于能量采集原理以及应用目的的限制，往往只能对单一方向或者两个方向的海浪能量予以较好收集，而本发明将能量采集杆与正方体结构内部框架结合在一起，这样的设计使得本发明可以采集各个方向的海浪能量，在同等体积及采集条件下，其采集效率更高；3、本发明所采用的原材料皆是橡胶、普通钢和永磁体等常见的普通材料，整个设备加工成本极低。

附图说明

图1是本发明的结构示意图一；

图2是本发明的结构示意图二(等轴测图)；

图3是本发明的能量采集单元的结构示意图；

图4(a)是本发明的轴套的结构示意图；图4(b)是图4(a)的A-A方向的剖视图；

图5是本发明的球形壳体的结构示意图；

图6是本发明的内外框架的立体图；

图7至图9分别是图6的主视方向、侧视方向以及俯视方向的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步详细描述。

如图1和图2所示，在本实施例中，本发明主要包括球形外壳7、外框架(包括支撑杆3、采集杆以及采集杆安装座1)、连杆12、内框架9、储能器5、储能器安装座6、电子器件11以及电子器件安装座10。采集杆安装座1与外壳7之间采用螺栓连接，用以连接采集杆与外壳7。采集杆与支撑杆3皆采用螺纹安装方式与采集杆安装座1连接，前者包含轴套4以及两个相同的能量采集单元21，用以收集能量；后者主要起支撑作用，避免采集单元各连接处间隙所造成的框架不稳定性。连杆12用以连接采集杆安装座1与内框架9，与采集杆安装座 1连接端采用螺纹旋入式连接，与内框架9之间通过螺栓8连接。内框架9上设计有储能器安装座6以及电子器件安装座10，两者分别用以固定储能器5以及电子器件11。

图3为本发明的振动式能量采集单元1/4剖面图。所述采集单元主要包括上端盖13、机械弹簧15、永磁体17、内筒19、外筒18以及下端盖20。上端盖13一侧外凸并加工有通孔用以实现与外部结构的连接，上下端盖与外筒18之间通过螺栓14连接。永磁体17通过两个机械弹簧15安装于上下两端盖之间，其直径略小于内筒19的内径并在上下端部开有圆倒角以尽可能的减少与内筒19之间的机械摩擦。机械弹簧15、内筒19以及外筒18采用铜或其它非导磁材料制成，避免对磁场分布产生影响。线圈16安装于外筒18的凹槽之内并通过内筒19避免与永磁体17的直接接触。在受到外界振动时，永磁体5的往复振动会在线圈中产生感应电流，达到振动能量采集的目的。

图4(a)为本发明的轴套示意图，图4(b)是图4(a)的A-A方向的剖面图。每个采集杆上的两采集单元之间安装有轴套4，用以连接采集单元并留出安装余量。轴套4上下端加工有通孔，可配合螺栓用以锁紧采集单元，避免振动过程中采集单元因旋转而造成能量损失。

图5为本发明的球体外壳示意图。外壳7由两个半球体拼接而成，之间配有圆形橡胶垫片2以保证系统的防水性。为提高整个系统的耐海水腐蚀以保证可靠工作，外壳7设计为塑料薄壁结构，采用挤塑或其他压力铸造方式制作，具有一定的强度，且成本较低，工作可靠。

图6为本发明的内外框架结构示意图。包括外框架与内框架9两部分，外框架由数个子结构组成，内框架为一体式结构。图7至图9分别是图6的主视图、侧视图以及俯视图。

也即本发明包括一个球形外壳、十二个位于正方体各边的电磁式振动能量采集杆(每个采集杆包含两个能量采集单元)、一个位于球体内部的正方体安装架、安装于该上的储能元件及电子器件。外壳做成球壳样式，能使得其内部空间更大，若有需要，可为将来配套电子器件提供一个更大的安装空间。为方便内部采集杆及储能元件等构件的安装，外壳设计为两个半壳球体，之间通过螺栓连接固定，球壳之间用橡胶密封，提高所设计采集器的防水性，避免内部电子设备遭到破坏。二十四个振动式能量采集单元两两均布于正方体的边长之上，每个边长上的两个采集单元之间采用轴套连接。采集杆与球体外壳之间设计有安装座，通过螺栓固定于外壳之上用以连接相互垂直的三个方向的采集杆。内框架同样设计为正方体样式，其边长小于采集杆所组成的正方体框架的边长，用以安装储能设备以及实际配套的电子器件。内框架通过连杆与安装座同球形外壳相连接。

当采集器随着海浪波动时，采集单元内的永磁体相对于采集单元外筒往复运动，进而产生变化的磁场，变化的磁场会使得线圈中产生感应电流，经过相关电路储存于储能元件之中。 整个系统的能量转换流程为：海浪的波动时的能量→永磁体振动的机械能→线圈产生的电能→储能元件中的化学能。