[发明专利]一种基于挠曲增强收集波浪能的压电发电系统

说明书

本发明公开了一种基于挠曲增强收集波浪能的压电发电系统，该系统包括椭球状外壳、变截面三明治结构悬臂梁、底部配重块、悬臂梁自由端配重块、支座。本发明把河流、海洋等水流运动过程中携带的机械能转换成电能，进而为所有河流工程监测设备或系统提供持续的电能，为实现在线实时监测系统提供了重要保障；本发明具有宽频、可全天候工作、能量密度高、结构简单、易于工业化生产以及实现小型化和集成化的特点。

技术领域

本发明属于环境能量收集与利用领域，尤其涉及一种基于挠曲增强收集波浪能的压电发电系统。

背景技术

随着能源危机问题的不断加剧，人们开始不断探索新型清洁能源(如太阳能、海洋波浪能、风能和河流水能等)的开发与利用技术。地表上河流的运动“携带”着丰富的机械能，它有较高的能量密度，且不受阴雨天气的影响，可以实现全天候的能量供给。传统的河流水能发电主要是以建设大型水坝为基础，借助于相应的装置驱动电机运动进而把水能转化为电能的。这些水能转化装置结构复杂，维护成本较高。另一方面，近年来国家大力推进开发和利用海洋与河流资源，在此过程中需要大量实时监测、检测传感、驱动等设备以及单元模块，例如近海和河流中的水质实时监测传感系统、水流速度监测系统、信号浮标照明与自调整系统等等，对它们进行实时并持续供应电能是非常重要的。目前，应用在工程中的传感、驱动等设备大都是以电池或者铺设电线的形式供电；其中，电池供电会面临电池耗尽需及时更换问题，且废旧电池对环境污染较大；利用铺设电线的供电方式，受供电地域和施工困难因素制约，不能满足工程要求。鉴于上述两个方面，迫切需要开发一种捕获波浪或水流机械能的发电系统，源源不断地产生清洁能源，对海洋与河流设备进行全天候供电。

压电效应最早由法国物理学家居里兄弟发现，已被广泛用于传感器、驱动器、俘能器等重要智能元器件中，在信息、能源、生物和航空航天等领域发挥着重要作用。基于压电结构的压电式俘能器具有能量密度高、结构简单、易于加工制作以及实现小型化和集成化等优点。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种基于挠曲增强收集波浪能的压电发电系统。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：一种基于挠曲增强收集波浪能的压电发电系统，该系统包括椭球状外壳、变截面三明治结构悬臂梁、底部配重块、悬臂梁自由端配重块、刚性支座；其中，刚性支座固定连接椭球状外壳；变截面三明治结构悬臂梁一端固定连接刚性支座，另一端连接悬臂梁自由端配重块；底部配重块固定在椭球状外壳的底部；所述变截面三明治结构悬臂梁为压电发电子单元，呈三明治结构，中间层为弹性层，上下两层为极化方向相反的同种压电材料；且越靠近悬臂梁自由端配重块变截面三明治结构悬臂梁的横截面越小，越靠近刚性支座横截面越大。

进一步地，所述变截面三明治结构悬臂梁共设有3层，不同层的变截面三明治结构悬臂梁长度不同。

进一步地，每层设有8个变截面三明治结构悬臂梁，呈均匀分布且中心对称。

进一步地，所述弹性层为金属铝板。

进一步地，所述刚性支座呈圆环状。

进一步地，所述刚性支座设有凹槽，变截面三明治结构悬臂梁一端嵌入凹槽内并通过螺栓固定连接刚性支座。

本发明的有益效果是：本发明是一种基于压电结构的新型漂浮式波浪发电系统，它集成了单个悬臂梁式压电发电单元、并通过变截面式的梁结构实现挠曲电增强的发电能力，该发电系统能有效地把河流、湖泊、海洋等水流运动过程中携带的能量转换成电能，进而为河流工程监测设备或系统提供持续的电能，为实现河流和海洋的在线实时监测提供了重要的保障；本发明中的发电系统具有宽频、可全天候工作、能量密度高、结构简单、易于工业化生产的特点。另外，此发电系统的椭球结构承载体可以集成大量子设备和系统，具有多功能化集成和拓展空间。

附图说明

图1是本发明波浪能发电系统的整体结构示意图；