本發(fā)明涉及一種能量轉(zhuǎn)換裝置，具體涉及一種仿生水翼?yè)u擺式流體動(dòng)能轉(zhuǎn)換裝置，屬于波浪能發(fā)電新能源領(lǐng)域。

背景技術(shù)：
隨著科技的進(jìn)步和人民生活水平的提高，智能手機(jī)等新興便攜電子設(shè)備得到飛速發(fā)展，但是由于常規(guī)鋰電池容量有限，人們外出時(shí)常出現(xiàn)手機(jī)沒(méi)電的困境。集成化電子元器件耗電量低，工作電壓低，所需能量可以從人體運(yùn)動(dòng)機(jī)械能中得到滿足。所以從人體運(yùn)動(dòng)機(jī)械能中獲取能量也正成為一個(gè)新興科研領(lǐng)域。壓電發(fā)電是一種新型的發(fā)電形式。在外部震動(dòng)等干擾下產(chǎn)生機(jī)械變形，材料內(nèi)部產(chǎn)生極化，在壓電晶片兩晶面上分別產(chǎn)生正負(fù)電荷。壓電俘能器相比于電磁俘能器具有發(fā)電電壓高、體積小、發(fā)電密度高、無(wú)電磁污染、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單便于微型化集成化等。海洋也是一個(gè)巨大的能量來(lái)源。據(jù)測(cè)算，海洋上波浪所蘊(yùn)含的能量達(dá)到5000GW，如果能夠?qū)χ浞掷?，那將?duì)我們的航行、勘探、領(lǐng)土安全帶來(lái)極大的便利。目前已經(jīng)有很多國(guó)家在進(jìn)行波浪能的利用研究，其中英國(guó)、挪威、日本走在了世界的前列。上世紀(jì)80年代初，英國(guó)已成為世界波浪能研究的中心；1985年，挪威建造了20世紀(jì)容量最大的500kW波電站；日本一直重視波浪能技術(shù)向應(yīng)用產(chǎn)品的轉(zhuǎn)換，其研制的兆瓦級(jí)波浪能發(fā)電船“海明號(hào)”處于世界領(lǐng)先水平。根據(jù)發(fā)電裝置的能量傳遞和轉(zhuǎn)換過(guò)程，可以將波浪能發(fā)電過(guò)程分為三個(gè)階段：一次轉(zhuǎn)換、中間轉(zhuǎn)換和二次轉(zhuǎn)換。一次轉(zhuǎn)換是將波浪的動(dòng)能和勢(shì)能吸收并轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的機(jī)械能、氣體內(nèi)能等其他形式的能量，二次轉(zhuǎn)換是將其他形式的能量轉(zhuǎn)換成電能，中間轉(zhuǎn)換是一次轉(zhuǎn)換和二次轉(zhuǎn)換的中間的過(guò)渡過(guò)程。一次轉(zhuǎn)換裝置的主要形式有振蕩水柱式、振蕩搖擺式、水面浮動(dòng)式等，振蕩水柱式是目前研究最多的吸波裝置，它利用海水波動(dòng)將波浪動(dòng)能和勢(shì)能轉(zhuǎn)換為壓縮空氣的內(nèi)能，可靠性高但發(fā)電效率偏低；振蕩搖擺式利用豎直埋在水中的擺桿隨海水?dāng)[動(dòng)吸收海水能量，容易遭到海洋活動(dòng)的破壞；水面浮動(dòng)式隨海水波動(dòng)上下振動(dòng)，吸收海水能量并將其轉(zhuǎn)換為渦輪機(jī)動(dòng)能，一般結(jié)構(gòu)復(fù)雜，抗風(fēng)浪襲擊能力差。二次轉(zhuǎn)換過(guò)程有渦輪機(jī)發(fā)電、磁流體發(fā)電和壓電發(fā)電，渦輪機(jī)發(fā)電需要克服轉(zhuǎn)子慣性做功，能量損失較大；磁流體發(fā)電技術(shù)的原理是霍爾效應(yīng)，但是技術(shù)并不成熟，缺乏相應(yīng)的運(yùn)動(dòng)部件；美國(guó)科研機(jī)構(gòu)和大學(xué)在這方面做了很多研究，產(chǎn)品有發(fā)電背包和發(fā)電鞋等。但是也都存在結(jié)構(gòu)復(fù)雜，發(fā)電量弱等問(wèn)題，很難對(duì)所發(fā)電能進(jìn)行充分利用并且做到在發(fā)電裝置工作時(shí)不影響人體正常動(dòng)作。公開(kāi)日為2014年2月26日、公開(kāi)號(hào)為CN103607058A、發(fā)明名稱為“一種基于人體運(yùn)動(dòng)的發(fā)電裝置”，它提出了一種能夠固定在人體各個(gè)部位，感知人體運(yùn)動(dòng)，并將人體運(yùn)動(dòng)能量轉(zhuǎn)化為電能的一種裝備；它利用電磁發(fā)電原理，將人體的運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化為永磁體的運(yùn)動(dòng)，固定線圈切割磁力線，在導(dǎo)線兩端產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)；這種裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，攜帶方便，但是輸出電壓不高，不利于電能的儲(chǔ)存和利用。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本發(fā)明為解決現(xiàn)有波浪能發(fā)電裝置結(jié)構(gòu)復(fù)雜、能量利用率低和抗風(fēng)浪襲擊能力差的問(wèn)題，進(jìn)而提供一種仿生水翼?yè)u擺式流體動(dòng)能轉(zhuǎn)換裝置。本發(fā)明為解決上述問(wèn)題采取的技術(shù)方案是：本發(fā)明的仿生水翼?yè)u擺式流體動(dòng)能轉(zhuǎn)換裝置包括浮動(dòng)底座、仿生水翼、兩個(gè)機(jī)架主體、兩個(gè)機(jī)架蓋、兩個(gè)激振永磁體、兩組懸臂梁壓電俘能器和多個(gè)受振永磁體；每組懸臂梁壓電浮能器包括多個(gè)懸臂梁壓電浮能器；激振永磁體和受振永磁體的磁極性相同；浮動(dòng)底座上安裝有正對(duì)設(shè)置的兩個(gè)機(jī)架主體，兩個(gè)機(jī)架主體均為非鐵磁材料，每個(gè)機(jī)架主體上加工有凹槽，機(jī)架蓋封裝在凹槽上；兩個(gè)機(jī)架主體之間布置有仿生水翼；仿生水翼的尾緣兩端與兩個(gè)機(jī)架主體轉(zhuǎn)動(dòng)連接，仿生水翼的前緣兩端各鑲嵌有一個(gè)激振永磁體；每個(gè)凹槽內(nèi)布置有一組懸臂梁壓電浮能器和多個(gè)受振永磁體，每個(gè)凹槽內(nèi)布置的多個(gè)懸臂梁壓電浮能器的懸臂梁端固裝在機(jī)架主體上，多個(gè)懸臂梁壓電浮能器的壓電片位于同一個(gè)豎直平面上且呈扇形排布，每個(gè)懸臂梁壓電浮能器的壓電片為長(zhǎng)條片狀結(jié)構(gòu)，每個(gè)壓電片的自由端的一側(cè)面固裝有至少一個(gè)受振永磁體，激振永磁體和受振永磁體相鄰設(shè)置。本發(fā)明的有益效果是：本發(fā)明的仿生水翼?yè)u擺式流體動(dòng)能轉(zhuǎn)換裝置最終通過(guò)懸臂梁壓電浮能器將能量轉(zhuǎn)換為電能。懸臂梁壓電浮能器在磁場(chǎng)力作用下產(chǎn)生機(jī)械變形，材料內(nèi)部發(fā)生極化，在壓電晶體兩晶面上產(chǎn)生正負(fù)電荷，從而產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)?？梢詫弘娖M(jìn)行串聯(lián)、并聯(lián)以得到需要的電壓、電流。本發(fā)明的仿生水翼?yè)u擺式流體動(dòng)能轉(zhuǎn)換裝置是將海水的波浪能通過(guò)逐級(jí)轉(zhuǎn)化，最終轉(zhuǎn)換為電能的一種裝置。仿生水翼有一個(gè)自由度，可以繞旋轉(zhuǎn)軸自由擺動(dòng)，仿生水翼的重心在支承軸以下，處于穩(wěn)定平衡狀態(tài)。工作時(shí)裝置整體靠浮動(dòng)底座的浮力漂浮在海面上，裝置整體隨海浪的波動(dòng)而上下浮動(dòng)，仿生水翼在在其平衡位置兩側(cè)擺動(dòng)，將波浪能轉(zhuǎn)換為仿生水翼的機(jī)械能。仿生水翼上的激振永磁體和壓電復(fù)合懸臂梁組件上的受振永磁體到水翼旋轉(zhuǎn)中心線的距離相等。仿生水翼振動(dòng)時(shí)嵌在前緣端面上的激振永磁體產(chǎn)生交變的磁場(chǎng)，施加給懸臂梁壓電浮能器上受振永磁體交變的磁場(chǎng)力，迫使懸臂梁壓電浮能器振動(dòng)，將仿生水翼的機(jī)械能轉(zhuǎn)換為壓電片的彈性勢(shì)能。懸臂梁壓電浮能器的振動(dòng)頻率是仿生水翼振動(dòng)頻率的2倍。根據(jù)壓電發(fā)電原理，壓電片的振動(dòng)頻率和幅度決定了輸出電壓的大小。本發(fā)明采用慣量較大的仿生水翼進(jìn)行能量的初級(jí)吸收和轉(zhuǎn)換，運(yùn)動(dòng)穩(wěn)定；還可以通過(guò)改變仿生水翼重心的位置來(lái)改變仿生水翼的固有頻率，將傳遞給懸臂梁壓電浮能器的磁場(chǎng)力的變化頻率加倍，提高了壓電片的輸出電壓。同時(shí)，利用磁場(chǎng)進(jìn)行能量的中間傳遞，減少了機(jī)械摩擦造成的磨損和能量損失，提高能量的轉(zhuǎn)化效率，能量利用效率大幅度提高。本發(fā)明的仿生水翼?yè)u擺式流體動(dòng)能轉(zhuǎn)換裝置應(yīng)用十分廣泛，可以用于海上波浪能發(fā)電，規(guī)模性應(yīng)用時(shí)把相鄰裝置的浮動(dòng)底座連接成一個(gè)整體，提高裝置的穩(wěn)定性；也可以用于風(fēng)力發(fā)電，將裝置正面朝向迎風(fēng)面，風(fēng)吹動(dòng)仿生水翼擺動(dòng)，帶動(dòng)壓電片振動(dòng)變形產(chǎn)生電能；亦可以應(yīng)用于一般振動(dòng)幅度較大的地方，比如說(shuō)火車(chē)、船舶等，為車(chē)載/艦載電子元器件提供能量。本發(fā)明的仿生水翼?yè)u擺式流體動(dòng)能轉(zhuǎn)換裝置具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，發(fā)電電壓高，易于集成化的優(yōu)點(diǎn)；采用漂浮式結(jié)構(gòu)，無(wú)水下部分，抗風(fēng)浪侵襲能力強(qiáng)，安全可靠；同時(shí)采用壓電發(fā)電形式，有振動(dòng)即可發(fā)電，應(yīng)用靈活。本發(fā)明可用于波浪能壓電發(fā)電實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的研究，也可用于日常便攜式發(fā)電裝置的研究。附圖說(shuō)明圖1是本發(fā)明仿生水翼?yè)u擺式流體動(dòng)能轉(zhuǎn)換裝置的立體結(jié)構(gòu)示意圖，圖2是本發(fā)明的仿生水翼?yè)u擺式流體動(dòng)能轉(zhuǎn)換裝置的主剖面圖，圖3是本發(fā)明所用仿生水翼形態(tài)示意圖，圖4是本發(fā)明所用機(jī)架主體三維結(jié)構(gòu)示意圖，圖5是懸臂梁壓電浮能器振動(dòng)原理示意圖，圖6是仿生水翼擺動(dòng)示意圖，圖7是懸臂梁壓電浮能器振動(dòng)變形示意圖。具體實(shí)施方式具體實(shí)施方式一：結(jié)合圖1至圖7說(shuō)明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式的仿生水翼?yè)u擺式流體動(dòng)能轉(zhuǎn)換裝置包括浮動(dòng)底座1、仿生水翼5、兩個(gè)機(jī)架主體2、兩個(gè)機(jī)架蓋9、兩個(gè)激振永磁體10、兩組懸臂梁壓電俘能器4和多個(gè)受振永磁體11；每組懸臂梁壓電浮能器4包括多個(gè)懸臂梁壓電浮能器4；激振永磁體10和受振永磁體11的磁極性相同；浮動(dòng)底座1上安裝有正對(duì)設(shè)置的兩個(gè)機(jī)架主體2，兩個(gè)機(jī)架主體2均為非鐵磁材料，每個(gè)機(jī)架主體2上加工有凹槽2-1，機(jī)架蓋9封裝在凹槽2-1上；兩個(gè)機(jī)架主體2之間布置有仿生水翼5；仿生水翼5的尾緣兩端與兩個(gè)機(jī)架主體2轉(zhuǎn)動(dòng)連接，仿生水翼5的前緣兩端各鑲嵌有一個(gè)激振永磁體10；每個(gè)凹槽2-1內(nèi)布置有一組懸臂梁壓電浮能器4和多個(gè)受振永磁體11，每個(gè)凹槽2-1內(nèi)布置的多個(gè)懸臂梁壓電浮能器4的懸臂梁端固裝在機(jī)架主體2上，多個(gè)懸臂梁壓電浮能器4的壓電片4-1位于同一個(gè)豎直平面上且呈扇形排布，每個(gè)懸臂梁壓電浮能器4的壓電片4-1為長(zhǎng)條片狀結(jié)構(gòu)，每個(gè)壓電片4-1的自由端的一側(cè)面固裝有至少一個(gè)受振永磁體11，激振永磁體10和受振永磁體11相鄰設(shè)置。如圖6-圖7所示，本實(shí)施方式的仿生水翼優(yōu)先選用H型葉片式機(jī)翼。本實(shí)施方式的仿生水翼?yè)u擺式流體動(dòng)能轉(zhuǎn)換裝置在制造的時(shí)候，仿生水翼采用兩端支撐，擁有較好的擺動(dòng)穩(wěn)定性；壓電復(fù)合懸臂梁組件分成兩組分別安裝在兩端機(jī)架主體側(cè)面的扇形空腔內(nèi)，并用壓電片緊固件壓緊，保證壓電片振動(dòng)的有效性；浮動(dòng)底座能浮在水面上，保證其抵抗風(fēng)浪侵襲的能力；壓電片為長(zhǎng)條片狀結(jié)構(gòu)，根據(jù)使用地的海浪頻率來(lái)進(jìn)行設(shè)計(jì)，使其在工作時(shí)盡量處于共振狀態(tài)，產(chǎn)生最大的電壓輸出；懸臂梁壓電浮能器的壓電片的覆蓋角度和仿生水翼的最大有效擺動(dòng)角度一致，保證能量的有效利用。本實(shí)施方式的仿生水翼磁致振動(dòng)波浪能轉(zhuǎn)換裝置在制造的時(shí)候，機(jī)架主體不能采用鐵磁性材料，防止鐵磁性材料對(duì)永磁體磁力線進(jìn)行干擾，可采用有機(jī)金屬材料或奧氏體不銹鋼材料；浮動(dòng)底座應(yīng)具有低密度、高強(qiáng)度的特性，保證裝置整體能夠浮在水面上，保證其抵抗風(fēng)浪侵襲的能力；仿生水翼的橫截面為流線型結(jié)構(gòu)，重心位于水翼擺動(dòng)軸線以下，流致擺動(dòng)時(shí)始終處于穩(wěn)定平衡狀態(tài)，固有振動(dòng)頻率和使用地的波浪頻率一致，擁有較高的波浪能的轉(zhuǎn)換率。本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，發(fā)電電壓高，效率高，易于集成化和微型化，是比較理想的二級(jí)能量轉(zhuǎn)換裝置。浮動(dòng)底座改為固定底座，整個(gè)裝置可以通過(guò)固定底座安裝在汽車(chē)、船舶等相應(yīng)振動(dòng)平臺(tái)上，利用平臺(tái)運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中產(chǎn)生的振動(dòng)進(jìn)行發(fā)電。這種實(shí)施方式應(yīng)用靈活，適用于多種場(chǎng)合，提高了裝置的實(shí)用性。本實(shí)施方式的懸臂梁壓電浮能器4通過(guò)固定件8固定在機(jī)架主體2上。機(jī)架主體2通過(guò)螺栓12固接在浮動(dòng)底座1上。具體實(shí)施方式二：結(jié)合圖2和圖6說(shuō)明，本實(shí)施方式的每個(gè)懸臂梁壓電浮能器4中的每個(gè)壓電片4-1均為壓電陶瓷片或者聚偏氟乙烯片。如此設(shè)置，壓電陶瓷壓電性強(qiáng)，介電常數(shù)高，可以加工成任意形狀；聚偏氟乙烯片具有柔韌，低密度，低阻抗和高壓電電壓常數(shù)的優(yōu)點(diǎn)，滿足實(shí)際需要。其它與具體實(shí)施方式一相同。具體實(shí)施方式三：結(jié)合圖2和圖6說(shuō)明，本實(shí)施方式的機(jī)架主體2為三角形機(jī)架主體，凹槽2-1為三角形凹槽。如此設(shè)置，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，設(shè)計(jì)合理，滿足懸臂梁壓電浮能器實(shí)際布置需要。其它與具體實(shí)施方式一或二相同。具體實(shí)施方式四：結(jié)合圖6說(shuō)明，本實(shí)施方式的每個(gè)壓電片4-1為長(zhǎng)條矩形片狀結(jié)構(gòu)或長(zhǎng)條扇形片狀結(jié)構(gòu)。如此設(shè)置，加工制造方便，便于實(shí)際應(yīng)用。其它與具體實(shí)施方式三相同。具體實(shí)施方式五：結(jié)合圖2說(shuō)明，本實(shí)施方式的浮動(dòng)底座1為鋁合金材料。如此設(shè)置，浮動(dòng)底座1采用低密度復(fù)合材料，保證裝置整體能夠浮在水面上，保證其抵抗風(fēng)浪侵襲的能力更好。其它與具體實(shí)施方式一、二或四相同。具體實(shí)施方式六：結(jié)合圖2說(shuō)明，本實(shí)施方式的每個(gè)壓電片4-1的自由端的一側(cè)面固裝有三個(gè)受振永磁體11，三個(gè)受振永磁體11沿壓電片4-1的長(zhǎng)度方向順次布置。如此設(shè)置，能充分保證仿生水翼擺動(dòng)，嵌在端面的永磁體產(chǎn)生交變的磁場(chǎng)，施加給懸臂梁壓電浮能器上永磁體交變的磁場(chǎng)力，迫使懸臂梁壓電浮能器振動(dòng)，將仿生水翼的機(jī)械能轉(zhuǎn)換為壓電片的彈性勢(shì)能。其它與具體實(shí)施方式五相同。具體實(shí)施方式七：結(jié)合圖2說(shuō)明，本實(shí)施方式的兩個(gè)激振永磁體10的中心至仿生水翼5轉(zhuǎn)軸的距離相等。如此設(shè)置，使得水翼擺動(dòng)時(shí)始終與壓電片保持最大作用力狀態(tài)，充分利用水翼擺動(dòng)的機(jī)械能。其它與具體實(shí)施方式一、二、四或六相同。具體實(shí)施方式八：結(jié)合圖2說(shuō)明，本實(shí)施方式所述裝置還包括兩個(gè)支撐軸3和兩個(gè)密封蓋6；支撐軸3布置在仿生水翼5和機(jī)架主體2之間，支撐軸3的一端通過(guò)軸承與仿生水翼5轉(zhuǎn)動(dòng)連接，支撐軸3的另一端安裝在機(jī)架主體2上，密封蓋6封裝在仿生水翼5上，密封蓋6穿設(shè)在支撐軸3的另一端并封裝在仿生水翼5上。本實(shí)施方式所述支承軸3通過(guò)仿生水翼兩端盲孔內(nèi)的軸承對(duì)仿生水翼5進(jìn)行支撐；所述密封蓋6安裝在仿生水翼兩端盲孔開(kāi)口端，安裝有環(huán)型密封圈7；兩個(gè)機(jī)架主體2、兩個(gè)機(jī)架蓋9、兩個(gè)懸臂梁壓電浮能器4、兩個(gè)支承軸3以及兩個(gè)密封蓋6在仿生水翼中心面兩側(cè)對(duì)稱分布，構(gòu)成整體擺動(dòng)水翼結(jié)構(gòu)。其它與具體實(shí)施方式七相同。