[发明专利]一种具有弹性放大器的可调频宽频带压电电磁复合发电装置

说明书

本发明公开了一种具有弹性放大器的可调频宽频带压电电磁复合发电装置，属于压电发电及可持续发展新能源技术领域。由弹性放大器、双稳态压电能量采集装置、电磁发电装置、调频装置、悬臂梁、压电陶瓷、底座、正极导线、负极导线组成。本发明所采用的弹性放大器可有效提高振动的幅值，增加能量收集效率，调频装置能有效的对发电装置的固有频率进行调节，将所设计的发电装置的固有频率与周围环境的振动频率完全匹配，实现输出电能最大化，双稳态压电能量采集装置能有效的实现宽频带压电能量采集，能够有效的实现压电电磁复合发电，增加能量收集效率，装置结构简单，成本较低且易于推广。

技术领域

本发明为一种具有弹性放大器的可调频宽频带压电电磁复合发电装置，可有效采集环境中的振动能量并转化为电能，属于压电发电及可持续发展新能源技术领域。

背景技术

随着集成电路的发展，电器设备的体积和功耗急剧下降。进入21世纪，全球的经济蒸蒸日上，对能源的消耗也日趋增加。由于传统能源的总量是有一定限度的，并且传统能源的大规模使用也会带来一系列环境污染的问题。因此，从周围环境中俘获能量的研究具有非常重要的现实意义，周围环境中主要存在太阳能、风能、振动能量等。环境中振动能量广泛存在于生产生活中的方方面面，大到海浪冲击堤岸和各种工程机械在施工过程中产生的振动，小到桥梁在车辆经过时产生的振动以及车辆本身产生的振动。振动能量的采集与转换不会受到天气、温度、湿度和光线等外界因素制约，利用环境振动能量的压电发电装置，其结构简单、易于集成、环境适应能力强等优点使其成为无线传感器或某些自供能领域最佳选择。这些振动能量可以通过正压电效应或者电磁效应转化为电能。该技术有望成为解决无线传感器能量供应问题的一个潜在候选技术。

公开号为CN 109391171 A，标题为“一种风致振动压电电磁复合发电装置”的发明公开了一种利用风能发电的压电电磁复合发电装置。该发明利用风力驱动滑块连杆机构做往复直线运动，悬臂杆在左右两侧的交变磁力的作用下发生大幅振动，柔性压电材料发生形变，产生电能。该发明工艺简单，成本低，但是风轮两侧同时承受风力冲击，风轮转动方向不稳定且不平衡，容易发生失效。

公开号为CN109995270 A，标题为“一种磁力耦合多梁压电俘能装置及其双稳态实现方法”的发明公开了一种利用磁力发电的方法。该发明在外界基础激励下，可带动装置产生非线性振动，完成压电发电。该发明结构简单，容易实现，但是在外界激励作用下，L形梁更容易发生断裂，当外界激励比较大时，该装置使用寿命会很短。

公开号为CN 107508495 A，标题为“一种压电电磁式振动发电装置”的发明公开了一种利用压电材料和电磁感应复合发电的装置。在环境振动激励和磁力的共同作用下使压电悬臂梁发生复杂的运动，产生较大的电能。该发明将双稳态压电发电与电磁发电有效的结合相互补充，大大提高了系统整体的机电转换效率，极大提高了系统的发电能力。

为了克服以上缺点，本发明基于拓宽发电装置工作频带和调节发电装置固有频率的两种方案上提出一种新的方案，在调节频率的同时拓宽发电装置的工作频带。发明了一种具有弹性放大器的可调频宽频带压电电磁复合发电装置，本发明结构简单，容易实现，有效的拓宽了发电装置的工作频带，极大的提高了装置的发电效率。

发明内容

将环境振动的能量转化为电能需要环境振动与发电装置结构之间的良好耦合，当周围环境的振动频率与所设计的发电装置的固有频率完全匹配时，就能获得最佳的耦合。本发明的目的是为了得到输出电能最大化，基于在调频的同时拓宽采集装置工作频带，提出来一种具有弹性放大器的可调频宽频带压电电磁复合发电装置。

一种具有弹性放大器的可调频宽频带压电电磁复合发电装置，包括弹性放大器、双稳态压电能量采集装置、电磁发电装置、调频装置、悬臂梁压电能量采集装置、压电陶瓷、底座、正极导线、负极导线；

其中，悬臂梁压电能量采集装置、双稳态压电能量采集装置、调频装置、电磁发电装置、底座的数量均为1个；正极导线和负极导线的数量均为2根；弹性放大器数量为3个；压电陶瓷数量为4片；