双晶悬臂梁式压电发电装置

本发明属于发电装置，具体涉及双晶悬臂梁式压电发电装置。

背景技术：

1、海浪能作为一种丰富可再生能源，其产生不受季节、时间和气候条件影响，具有比较稳定的能量输出和很高的利用潜力。

2、近年来，国内外学者对于压电发电技术在波浪能和风能研究上已经取得了一定成果。在外界振动环境中，能量一般都以机械能形式存在。波浪发电装置根据能量传递方式可以分为机械式、液压式、空气式、电磁式和压电式几种类型。目前对于压电式的装置已经有部分相关研究，拨动式上变频压电俘能器是吴新雅等提出的一种改进型压电俘能器，它通过辅助结构的垂向运动来吸收环境中低频振动能量。然后，通过拨片与压电悬臂梁进行接触施加激励，将能量传递给压电悬臂梁。压电悬臂梁以较高的频率释放能量，实现变频效果。相比传统压电俘能器，这种设计能更有效地捕获环境振动能量。rastegar等提出了一种接触式增频传动方式，质量块在外激励作用下带动机械齿与压电振子发生直接接触直至脱离，使振动梁发生自由振动，从而引起压电片产生形变，其代表了一个物理上分离的、不连续的“机械解耦”系统。林政设计出一种机械增频式波浪压电发电装置，浮体在波浪作用下沿导杆上下振荡，浮体上的金属拨片与压电振子末端发生接触并使振子屈曲。直至两者失去接触，在波浪力作用下进行往复运动，两者反方向再次发生接触，多次重复上述过程的方法能够实现环境低频不稳定输入到发电所需高频稳定振动间的过渡，近年来受到广泛关注。

3、以上装置所采用的“增频”传动方法能够实现环境低频不稳定输入到发电所需高频稳定振动间的过渡，但压电发电环节存在对于所接触的元件不易于保护、发电效率有待提高的问题。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种双晶悬臂梁式压电发电装置，用以提高发电效率和能够对元件起到保护作用。

2、本发明所采取的技术方案是：

3、一种双晶悬臂梁式压电发电装置，包括波浪能俘获机构、能量转换与传送机构及发电机构；通过所述波浪俘获机构收集到的波浪能被传送到能量转换与传输机构中，发电机构利用压电效应将能量转换与传输机构产生的可利用机械能转化为电能，通过储能装置将电能储存起来以备后续使用，或将电能传输到电网中供应给用户。

4、本发明与现有技术相比具有以下有益效果：

5、1.本发明采用磁铁之间的斥力相互作用来进行发电，相对于复杂的结构和机械装置，磁力悬臂振动压电发电装置的工作原理相对简单，主要利用波浪作用下的压电效应来产生电能，由于无需复杂机械部件，装置采用非接触式结构不易损坏，相对稳定，容易维护。

6、2.本发明体积小，便于人们携带和随时使用，此装置可以用于一些小规模的发电应用，例如用于实验、演示或小型电子设备的供电等，并且可以为远海、岛屿和偏远孤岛地区提供一定的电力供应，解决能源短缺与利用问题。

7、3.本发明采用弹簧和磁铁间斥力作用对装置进行增频，能够更有效地捕获和转换波浪能量，使系统产生稳定而持续的机械振动，提供持续稳定的能源输出，从而可以增加能量转换的效率，利用波浪能源。

8、4.本发明主要通过浮体和阻尼板的相互作用来捕获波浪能，主要捕获竖直方向的能量，浅海区域的波浪或潮汐引起的振动具有规律性和可预测性，根据波动能量进行短期或中期的能量捕获，更容易实现对能量的集中捕获。

9、5.本发明的弹簧不仅使装置振动，而且通过弹簧对装置进行增频，来提高系统的发电效率，其主要作用是吸收外部作用力，储存和释放机械能。

技术特征：

1.一种双晶悬臂梁式压电发电装置，其特征在于：包括波浪能俘获机构、能量转换与传送机构及发电机构；通过所述波浪俘获机构收集到的波浪能被传送到能量转换与传输机构中，发电机构利用压电效应将能量转换与传输机构产生的可利用机械能转化为电能，通过储能装置将电能储存起来以备后续使用，或将电能传输到电网中供应给用户。

2.根据权利要求1所述的一种双晶悬臂梁式压电发电装置，其特征在于：所述能量转换与传送机构设置在浮体防护壳(11)内。

3.根据权利要求2所述的一种双晶悬臂梁式压电发电装置，其特征在于：所述能量转换与传送机构包括多个悬臂梁(4)、多个永磁体(10)及多个磁铁块(9)；多个所述悬臂梁(4)均匀布置在浮体防护壳(11)的内壁上，每个悬臂梁(4)的自由端末端均放置磁铁块(9)，多个所述永磁体(10)均匀安装在波浪能俘获机构中的主杆(3)圆周结构上，磁铁块(9)与永磁体(10)在斥力作用下，使悬臂梁(4)能够产生振动并发生形变。

4.根据权利要求3所述的一种双晶悬臂梁式压电发电装置，其特征在于：所述发电装置为压电片(12)，每个悬臂梁(4)均由金属基板构成，每个金属基板的上下两表面均贴合安装有压电片(12)，且金属基板的长度长于压电片(12)，使金属基板的自由端能够露出并放置磁铁块(9)。

5.根据权利要求4所述的一种双晶悬臂梁式压电发电装置，其特征在于：所述波浪能俘获机构包括顶盖(1)、导向杆(2)、主杆(3)、弹簧(5)、底座(6)、抗压杆(7)及阻尼板(8)；所述浮体防护壳(11)上端设有顶盖(1)，下端固定在底座(6)上表面的中心位置，在所述底座(6)上均布悬挂配重，所述主杆(3)设置在浮体防护壳(11)内，主杆(3)用于安装永磁体(10)，主杆(3)滑动套装在导向杆(2)上，所述导向杆(2)竖直固定在顶盖(1)的下表面上，主杆(3)与浮体防护壳(11)之间设有弹簧(5)，主杆(3)与抗压杆(7)上端连接，抗压杆(7)下端滑动穿过底座(6)与阻尼板(8)连接。

6.根据权利要求5所述的一种双晶悬臂梁式压电发电装置，其特征在于：所述弹簧(5)的数量为两个，分别设置在主杆(3)的上下两端。

7.根据权利要求5所述的一种双晶悬臂梁式压电发电装置，其特征在于：所述装置理论模型建立的流程为：

8.根据权利要求5所述的一种双晶悬臂梁式压电发电装置，其特征在于：所述压电片(12)与压电梁总厚度的厚度为α＝0.6。

技术总结双晶悬臂梁式压电发电装置，属于发电装置技术领域。用以提高发电效率和能够对元件起到保护作用。包括波浪能俘获机构、能量转换与传送机构及发电机构；本发明利用磁铁之间斥力引起悬臂梁的振动，采用弹簧与压电振子进行增频，对波浪能进行能量收集并转换。通过仿真计算得出结构参数对电压和发电能力的影响曲线，采用Comsol对装置悬臂梁长度、固有频率与输出电压之间的关系进行模拟分析，得出系统一阶固有频率和发电能力随悬臂梁长度变化的规律。根据海浪特性及模拟结果优化设计系统参数，提高小型便携装置的发电能力，以满足远海和孤岛等偏远区域能源供给问题，同时，该小型磁力悬臂振动压电发电装置结构简单、体积小、易于携带和使用。技术研发人员：孔繁星,贾小溪受保护的技术使用者：吉林化工学院技术研发日：技术公布日：2024/7/11