[发明专利]双曲臂型压电-电磁复合发电装置

说明书

本发明涉及双曲臂型压电‑电磁复合发电装置，包括双曲臂型压电‑电磁复合换能器；双曲臂型电压‑电磁复合换能器包括：双曲臂型压电‑电磁复合发电振子、上层永磁体、上层感应线圈、下层永磁体、下层感应线圈、压电‑电磁复合换能器盒；上层永磁体置于上层感应线圈中部，下层永磁体置于下层感应线圈中部，双曲臂型压电‑电磁复合发电振子处于上下两个永磁体、感应线圈中间。本发明装置中的双曲臂型压电‑电磁复合发电振子的双曲臂式压电振子、永磁质量块、变刚度弹簧构成整体结构，产生了一定的协同效应，因此本装置具有较低的谐振频率和较大的振幅，产生的电量得到明显提高；广泛适用于环境中随机、宽带、低频、大振幅、高强度振动能量的回收领域。

技术领域

本发明涉及新能源技术领域，更具体地说，涉及一种双曲臂型压电-电磁复合发电装置。

背景技术

当前，在利用压电材料回收环境能量发电方面，其中绝大多数都是以振动能量回收为使用目的的。众所周知，对于振动式压电发电装置，往往因为当压电振子固有频率与环境振动频率相等时才能达到较高的发电能力和能量转换效率。但由于存在压电振子自身的谐振频率通常较高，其中压电悬臂梁的谐振频率可以达到几百赫兹、圆形压电振子的谐振频率也高达几千赫兹，而环境振动频率一般仅仅为十几赫兹、甚至仅有几赫兹，因此直接利用压电振子收集环境振动能量的效果并不显著。为降低压电振子的固有频率，目前采用的方法是直接在悬臂梁压电振子端部或圆形压电振子中心处安装集中质量块，其弊端是当所安装的质量块较大时，即使在非工作状态时压电振子就已产生较大变形，工作中极易因变形过大而损毁。其原因在于压电陶瓷材料质地较脆、可承受的形变能力极其有限，即使是较长的悬臂梁压电振子其安全变形量也仅为毫米级。在人们的现实生活中，常规的环境振动主要是由各类交通工具运行、人体运动而诱发的，此类振动兼具低频和大振幅的双重特性，其中汽车、自行车等交通工具的纵向振动幅值有时可达几厘米、甚至十几厘米。因此，现有的便携式振动发电装置难以在实际中获得更广泛的应用。

在目前常用的三种基本振动的俘能方法中，由于静电式俘能装置需要外接电源导致其应用受到限制，而电磁俘能和压电俘能则以其各自的优点表现出了潜在的应用价值。对比压电式发电装置和电磁式发电装置可知，压电发电装置有较高的输出电压，能量密度较大，但存在输出电流较小的问题；电磁发电装 置存在输出电压较小，能量密度较小的问题。

发明内容

针对目前现有压电振动发电装置环境适应性差、发电效率低、低频适应性差、单位时间内发电量小的问题，为了使压电发电装置能够更适应环境中随机、宽带、低频、大振幅以及高强度振动能量回收，本发明提供一种双曲臂型压电-电磁复合发电装置，通过采用双曲臂型压电-电磁复合发电振子新型整体结构，以及产生的协同效应，达到优化提升发电装置的综合性能的目的。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：构造一种双曲臂型压电-电磁复合发电装置包括：双曲臂型压电-电磁复合换能器；所述双曲臂型压电-电磁复合换能器包括：双曲臂型压电-电磁复合发电振子、上层永磁体、上层感应线圈、下层永磁体、下层感应线圈、压电-电磁复合换能器盒；所述上层永磁体置于上层感应线圈中部，并固定于压电-电磁复合换能器盒的端帽内上端；所述下层永磁体置于下层感应线圈中部，并固定于压电-电磁复合换能器盒的内下端；所述双曲臂型压电-电磁复合发电振子固定于压电-电磁复合换能器盒的内中端，处于上下两个永磁体、感应线圈中间，构成自动调节双稳态发电结构。

所述双曲臂型压电-电磁复合换能器装配于外层盒中，在双曲臂型压电-电磁复合换能器的底部下面与外层盒的内底板之间有一层弹性材料；在外层盒框的上部有顶板；所述顶板为下凸型结构，其凸部与双曲臂型压电-电磁复合换能器的压电一电磁复合换能器盒外上端紧密接触；所述外层盒的侧壁四周有一层弹性材料。