[发明专利]一种悬臂梁振动发电装置

说明书

本发明公开了一种悬臂梁振动发电装置，发电装置包括固定座、挠曲电材料、离子液体、上电极铜片、下电极铜片、质量块、绝缘基体层、磁流变弹性体、线圈、导磁支架和永磁铁，本发明通过控制线圈中的电流大小，改变磁流变弹性体中的磁场，实现磁流变弹性体的自动实时变刚度，调节振动发电装置的固有频率与外界振源频率接近，使得悬臂梁达到共振，在外界振源作用下实现俘获能量的最大。本发明基于挠曲电复合材料的改进型悬臂梁振动发电装置，克服了传统发电装置的体积大、结构复杂、噪音大、系统能量转换率低等缺陷，能够有效地提高悬臂梁发电机的工作效率，具有更高的机电能量转化效率。

技术领域

本发明涉及一种悬臂梁振动发电装置，属于振动发电技术领域。

背景技术

随着科技的进步以及人们对于生存环境的逐渐重视，针对新能源技术的研究成为了众多科研工作者的研究热点，基于挠曲电效应的能量采集技术作为新能源领域的一大亮点而备受关注。

传统电池供电具有一系列的弊端，比如寿命短、需要定期更换、污染环境等，而能量采集器将自然界中振动形式的机械能转化成电能，从环境中捕获能量为低功耗设备供电或为蓄电池充电，避免了传统电池的弊端。目前振动能转换为电能主要有三种方式：静电式，电磁式，压电式。其中静电式转换主要利用存储一定电荷量的电容极板在外界激励下产生相对位移，实现电荷的流动，但转换装置需外加电压，结构复杂，输出能量密度相对于压电式转换小。电磁式转换是利用法拉第电磁感应定律，由导电线圈和磁性部件的相对运动产生电流，但输出能量密度小、结构复杂、设备体积大，且噪音较大、抗电磁干扰能力弱，一般只适用于大型系统。压电式转换主要利用压电效应，压电材料在外界激励下产生变形，内部产生极化引起电荷的流动，从而在表面产生正负电荷。压电式发电装置具有结构简单、无电磁干扰、清洁环保和易于微型化等优点，但压电材料普遍需要经历较为苛刻的极化过程，一定程度限制了材料的使用寿命。与压电效应不同的是，挠曲电效应是由应变梯度诱导的电极化现象，可以存在于所有电介质材料中而不受材料对称性的限制。磁流变材料是一类具有流变特性可控的智能材料，在外加磁场作用下，其流变特性可发生连续、迅速和可逆的变化。

目前的振动发电装置存在造价高、效率低、体积大、结构复杂等问题，受到地域和气候的限制较为明显，且市面上一些压电发电装置虽然结构简单，但存在发电效率较低，无法有效吸收并转化环境的振动机械能，发电装置的机电能量转化率低的问题。

发明内容

本发明的目的在于克服现有背景技术中的不足，提供一种悬臂梁振动发电装置，实现悬臂梁振动装置在外界振源作用下俘获能量最大，提高发电装置的机电能量转化率。

为达到上述目的，本发明所采用的技术方案是：

一种悬臂梁振动发电装置，包括悬臂梁、质量块5与外界振源，所述悬臂梁包括上电极铜片4-1、下电极铜片4-2、挠曲电材料2、离子液体3、绝缘基体层7、磁流变弹性体8、线圈10、永磁铁、第一导磁支架11-1和第二导磁支架11-2；

所述上电极铜片4-1与下电极铜片4-2之间填充挠曲电材料2，所述挠曲电材料2的内部嵌有离子液体3，所述下电极铜片4-2的底面设置绝缘基体层7，所述绝缘基体层7的底面左右两端均设置有第二导磁支架11-2，所述第二导磁支架11-2内部设置永磁铁；所述绝缘基体层7的底面中间设置磁流变弹性体8，所述磁流变弹性体8固定在第一导磁支架11-1内部，所述第一导磁支架11-1安装在线圈10内部；

所述悬臂梁的一端通过固定座1与外界振源连接，另一端为自由端，连接质量块5；

所述质量块5设置在第二导磁支架11-2上方，所述质量块5与第二导磁支架11-2之间设置绝缘基体层7。

进一步的，所述绝缘基体层7的底面左端设置的第二导磁支架11-2与固定座1连接。

进一步的，所述磁流变弹性体8的左右两端与第二导磁支架11-2连接。