[发明专利]一种压电-磁电复合式气弹性振动俘能装置

说明书

本发明公开了一种压电‑磁电复合式气弹性振动俘能装置，包括喷管、安装板、压电梁、压电片、线圈、第一磁块和第二磁块，喷管的底部固定连接有安装座，喷管的右侧固定连接有尾板，尾板的右侧开设有通孔，尾板的右侧固定连接有垫块，压电片通过导电胶粘贴于压电梁的右侧，本发明通过喷管、尾板、安装板、压电梁、压电片、线圈、第一磁块和第二磁块的配合，实现了对风力振动能量的俘能，气弹性振动的颤振效果拓宽了采集频带，能够适应多范围的振动幅度，通过压电与磁电的组合，在不稳定的气流冲击中，借助磁铁的斥力、磁场的感应电势，形成了多稳态，扩宽了能量收集频带，提高了能量收集效率，增加了自然环境中风力等具备振动效果的能量利用效率。

技术领域

本发明涉及压电俘能技术领域，具体涉及一种压电-磁电复合式气弹性振动俘能装置。

背景技术

近年来，随着全球气候变暖的加剧和石油、煤炭、天然气等不可再生资源的紧缺，寻求可再生、可持续的绿色能源成为人类文明可持续发展的重要挑战；利用压电材料的压电效应，从环境中俘获能量的装置称之为压电俘能器，与静电式、电磁式将振动机械能转化为电能相比，压电俘能器具有俘能效率高、能量密度大、工作可靠、适应性强、无污染、成本低等突出优点，从环境振动或噪声中提取能量的性能最好，成为从环境机械能获取电能的一种行之有效的好方法，受到了广泛的重视。

压电俘能的研究已逐步出现在研究生、本科生以及一些企业的教学与生产研究中，现有的俘能装置和俘能结构存在一些不足，在低幅振动环境中，例如在桥梁、山林和隧道等多风的自然环境中，现有的振动俘能装置在此类环境中对于振动的采集效果不佳，从而导致输出的功率和电压效果不理想，同时大多数俘能器和俘能结构都是适用于较为单一的振动环境，或者适应环境范围较小，并不适用于这类别的振动环境；而且现有的风力发电机对于风力要求较大，对于低幅风力利用率差，存在能源能浪费等现象，现需要一种能够在多风且能够俘获低幅风力的振动俘能装置来解决以上问题。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供一种压电-磁电复合式气弹性振动俘能装置，可以适用于多种振动幅度的风场环境中，具备较高的能量收集效率，随着自然风力的大小能够自动调节能量收集频带，具备较好的稳态效果，解决了现有振动俘能装置在风场中利用效果不佳，风力发电架对于风力要求较大而导致风力俘能存在资源浪费的问题。

本发明的一种压电-磁电复合式气弹性振动俘能装置，包括喷管、安装板、压电梁、压电片、线圈、第一磁块和第二磁块，所述喷管的底部固定连接有安装座，所述喷管的右侧固定连接有尾板，所述尾板的右侧开设有通孔，所述尾板的右侧固定连接有垫块，所述垫块的右侧与压电梁的一端固定连接，所述压电片通过导电胶粘贴于压电梁的右侧，所述安装板的左侧固定连接有支架，所述支架的一端与尾板的右侧固定连接，所述安装板的左侧固定连接有若干组支撑杆，所述尾板左侧的中心位置固定连接有第二磁块，所述线圈缠绕于支撑杆的表面，所述压电梁的一端与第一磁块固定连接，所述喷管的中心、尾板和通孔的中心、第一磁块的中心、线圈的中心、第二磁块的中心和安装板的中心位于同一水平轴线。

进一步的，所述喷管外形为左粗右细的梯形台状，所述喷管中心为中空状，所述安装座上开设有若干组安装用螺纹孔。

进一步的，所述通孔贯穿尾板且与喷管的中空连通，所述支架设置有四组，且四组支架呈圆周排列。

进一步的，所述垫块设置有八组，所述压电梁设置有八组，所述压电片设置有八组，且一组垫块、压电梁和压电片组成一组压电俘能结构，且八组压电俘能结构呈圆周对称阵列固定于尾板的右侧，所述压电梁为变截面梯形，所述压电梁采用H60的铜质梁，所述压电梁厚度为0.3毫米，所述压电片为PZT-5H压电陶瓷片，所述压电片厚度为0.2毫米。

进一步的，所述支撑杆设置有若干组且采用非磁性金属杆，所述线圈采用漆包铜线缠绕制成，所述线圈匝数由实际需求决定。