[实用新型]一种电磁压电复合式波浪能收集装置

说明书

技术领域

本实用新型属于能量收集装置设计制造领域。

背景技术

随着社会的发展，开发新能源已经成为社会进步的必然途径。一方面来看，工农业生产所需的能量来源主要是石油、煤、天然气等。根据目前能源的消耗速度，在不久的将来，石油、煤、天然气等能源必将耗尽；另一方面，随着科技的发展，电子产品正不断地趋向于微型化和集成化，极大推动低功耗无线传感器网络和微机电系统的迅速发展，其供电问题正成为其进一步发展的很大障碍。传统的电化学电池供电方式存在着寿命短、需要经常更换、储存能量有限等缺点，且在某些条件下更换电池过程复杂，成本很高或者根本就不可能实现更换。另外，在设备监测与故障诊断的应用中，电池电量用完且又无法及时更换会造成严重的后果。针对上述问题，必须寻找一些新的电源替代传统电池。收集周围环境中的能量并转换成电能是一种代替传统供电方式的有效方式。能量收集器可以把环境中存在的能量转换成电能，正逐渐成为各国重视的一种新型环保能源。

据检索，目前已有的收集振动能量的自供电装置，如中国专利申请号为201510881581.9公开的“一种采用变速齿轮加速的便携式压电电磁混合发电装置”，该专利所述的混合发电装置虽然能够实现野外或紧急情况下将机能转换成电能，但由于其所用变速齿轮传动冲击较大，产生很大的动载荷，齿轮传动单元通过击打压电陶瓷发电单元产生电荷对压电陶瓷发电片破坏很大；另外，该发明用了变速齿轮传动等传动机构，使总体结构比较复杂，对制造和安装精度有较高的要求，为最终实现增加难度。又如中国专利申请号为201510577272.2公开的“多方向振动能量收集转化装置”所示的振动能量收集方法是将电磁式能量收集装置与三维空间式的支撑构架相连，但其使用单一电磁效应发电装置能量收集效果差，且装置结构受环境影响较大，可靠性较差。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种电磁压电复合式波浪能收集装置，它能有效地实现代替传统电池供电方法对无线传感器等微器件进行蓄电，可保证紧急情况下传感器的供电，保证其在无线传感网络中的正常工作。

本实用新型的目的是通过以下技术方案来实现的：

一种电磁压电复合式波浪能收集装置，包括电磁式能量收集结构和压电式能量收集结构，其特征在于：球形外壳分为上外壳和下外壳，上外壳内设有上挡板，下外壳内设有下挡板，底座两端分别设有压电双晶片，一对矩形磁铁敷设于两端的压电双晶片内侧，底座平板部分设有两组支撑架，支撑架的护圈中设有圆筒状保护筒，两端分别通过凸缘和防护网固定，保护筒置于压电双晶片中间；保护筒内设有线圈筒，线圈筒长度与保护筒一致，线圈筒表面设有线圈，线圈筒内设有磁振子，磁振子的上、下侧设有两对轮滑，装置通过导线依次与整流器，蓄电池，传感器连接。

所述压电双晶片为矩形形状，共有两个，分别置于底座两端的凹槽内。

所述磁铁共有两块，均为矩形形状，它们分别与压电双晶片粘贴，与磁振子相对。

所述支撑架共有两个，上端为封闭式圆环形护圈，内侧与保护筒配合，下端为薄壁型，底面与底座上表面固定。

所述防护网共有两个，均为井字形，与保护筒两端通孔铰接。

所述压电双晶片材料为压电陶瓷。

所述上外壳和下外壳均为半球形，上挡板为圆形，下挡板为梯形。

所述轮滑轮缘的一侧与磁振子固结，轮缘的另一侧与线圈筒内壁的滑槽配合。

本实用新型的工作过程和工作原理：

将本装置至于海面上，可以使用绳子等工具将装置固定在某一点，在外界没有振动时，磁振子受到左右两侧磁体斥力相同，两侧磁铁与中间的磁振子处于一个平衡静止的状态，不会产生能量的转化必然不会产生电能，当波浪的起伏带来一定的振动时，在外力作用下磁振子与两侧磁体间的相对平衡被打破，磁振子相对导电线圈发生相对运动，根据法拉第电磁感应定律，线圈中磁通量发生变化从而产生电信号。

同时，磁振子受同极磁体的斥力，磁体受到反作用力，压电片上的压电陶瓷受力，压电陶瓷即处于同频率的机械振动状态，压电片发生机械形变，使得压电片两个相对表面上出现相反的电荷从而形成电位差，实现将机械能转化为电能。

将电磁和压电部分得到的电能通过整流滤波转换为直流电并在蓄电池中积累。当无线传感器供电不足或系统故障，且无法及时得到电能补给时蓄电池将对无线传感器进行供电，以保证传感器在紧急情况下的正常工作使用。由于海洋环境复杂，海浪起伏无时无刻都在发生着，能够带来非常频繁的振动，因此装置可以一直处在发电—蓄电的过程。

本实用新型的有益效果是：