[发明专利]用于捕获波浪能的压电与电磁复合式发电装置

说明书

本发明公开了一种用于捕获波浪能的压电与电磁复合式发电装置，包括浮子、摆杆、发电箱和支座，所述摆杆由所述发电箱延伸出且其伸出的一端与所述浮子铰接，所述发电箱由所述支座支撑。发电箱包括箱体，半箱体的底部内壁上沿圆周方向设有至少两个线圈发电组件。中心轴上套设有转盘和沿转盘对称设置的两个振片盘，振片盘沿圆周方向设有至少两个压电发电组件。转盘沿周向设有至少两个贯穿所述转盘的磁铁。外部环境通过摇杆将低频振动传递至发电箱，发电箱使用振片盘上的多个压电发电组件与转盘的多组磁铁以及箱体上的多个线圈发电组件相配合，实现压电发电组件的高频振动发电和线圈发电组件的电磁感应发电，以提高发电效率。

技术领域

本发明属于发电装置领域，具体涉及一种用于捕获波浪能的压电与电磁复合式发电装置。

背景技术

为了实现用于海上环境监测的无线传感器的自供电，国内外众多学者提出利用电磁感应定律、压电效应和摩擦电效应将波浪能转化为电能，从而给无线传感器供电的方法，并设计出多种多样的小型发电装置。这类装置大都采用共振式的机械结构，以电磁发电装置为例，磁铁在波浪的驱动下往复振动，切割磁感线从而在线圈内产生感应电动势。这种共振式发电装置在外部激励频率等于其自身的固有频率时，达到最大输出功率。

现有的共振式发电装置虽然在外部激励频率等于其自身固有频率，即达到共振状态时，能产生较大的输出功率。但其工作的频率范围非常狭小，仅仅在固有频率附近很窄的一段频率范围内，这种共振式的发电装置才能正常工作。而对于大部分基于环境振动的发电装置来说，其本身的固有频率是远远大于环境振动的频率的。根据理论公式，发电装置的输出功率与其工作频率的三次方成正比。这就意味着，当外部环境的激励频率降低时，发电装置的输出功率将急剧下降。为了使输出功率尽可能地大，就必须使发电装置的固有频率与环境振动频率相接近。环境振动是低频振动，其频率范围一般为1-20Hz，波浪的频率小于5Hz，欲使发电装置的固有频率在其附近，就必须把发电装置的整体尺寸增大，因为一般来说，发电装置的固有频率与其总体尺寸成反比。然而，发电装置的体积增大会使得其输出功率密度(输出功率与其工作体积之比)大大降低，也会带来制造成本的提高、安装难度的提高等一系列问题。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种用于捕获波浪能的压电与电磁复合式发电装置，外部环境(例如波浪)通过摇杆将低频振动传递至发电箱，发电箱使用振片盘上的多个压电发电组件与转盘的多组磁铁以及箱体上的多个线圈发电组件相配合，实现压电发电组件的高频振动发电(压电效应)和线圈发电组件的电磁感应发电，以提高发电效率。

为解决上述技术问题，本发明采用如下的技术方案：

一种用于捕获波浪能的压电与电磁复合式发电装置，包括浮子、摆杆、发电箱和支座，所述摆杆由所述发电箱延伸出且其伸出的一端与所述浮子铰接，所述发电箱由所述支座支撑；其中，

所述发电箱包括箱体，所述箱体包括两个一端开放的圆柱形半箱体，所述半箱体的侧壁上边缘设有弧形缺口，两个所述半箱体的弧形缺口组合成弧形槽；所述半箱体的底部内壁上沿圆周方向设有至少两个线圈发电组件，所述线圈发电组件包括线圈支座和套设于其上的线圈；沿所述箱体的中轴线设有支撑于所述半箱体内壁的中心轴，所述中心轴上套设有转盘和沿转盘对称设置的两个振片盘；所述振片盘沿圆周方向设有至少两个压电发电组件，所述压电发电组件包括悬臂梁和贴附于悬臂梁上下表面沿径向依次设置的压电片和磁铁；所述转盘沿周向设有至少两个贯穿所述转盘的磁铁；

设于每个所述半箱体内部空间的所述线圈发电组件的个数、所述压电发电组件的个数和所述转盘上的磁铁的个数相同，相对应的所述线圈、所述压电发电组件的磁铁以及所述转盘的磁铁的中心线在一条直线上；

所述摆杆与所述转盘为一体式结构，所述摆杆由所述弧形槽延伸出所述箱体。

一具体实施例中，所述转盘与所述中心轴之间设有滚动轴承。

一具体实施例中，所述滚动轴承和两个所述振片盘之间以及所述振片盘和所述半箱体之间设有套筒以进行轴向定位。