[發明專利]用于捕獲波浪能的壓電與電磁復合式發電裝置

在審

• 申請號: 202110238726.9
• 申請日: 2021-03-04
• 公開（公告）號: CN112780480A
• 公開（公告）日: 2021-05-11
• 發明（設計）人: 劉毅;盧方;韓冬;陳祥彬;何嘉政;金恒
• 申請（專利權）人: 浙大寧波理工學院
• 主分類號: F03B13/18
• 分類號: F03B13/18;F03B11/00;H02N2/18;H02K35/02
• 代理公司: 杭州易中元兆專利代理有限公司 33341
• 代理人: 張安心

本發明公開了一種用于捕獲波浪能的壓電與電磁復合式發電裝置，包括浮子、擺桿、發電箱和支座，所述擺桿由所述發電箱延伸出且其伸出的一端與所述浮子鉸接，所述發電箱由所述支座支撐。發電箱包括箱體，半箱體的底部內壁上沿圓周方向設有至少兩個線圈發電組件。中心軸上套設有轉盤和沿轉盤對稱設置的兩個振片盤，振片盤沿圓周方向設有至少兩個壓電發電組件。轉盤沿周向設有至少兩個貫穿所述轉盤的磁鐵。外部環境通過搖桿將低頻振動傳遞至發電箱，發電箱使用振片盤上的多個壓電發電組件與轉盤的多組磁鐵以及箱體上的多個線圈發電組件相配合，實現壓電發電組件的高頻振動發電和線圈發電組件的電磁感應發電，以提高發電效率。

技術領域

本發明屬于發電裝置領域，具體涉及一種用于捕獲波浪能的壓電與電磁復合式發電裝置。

背景技術

為了實現用于海上環境監測的無線傳感器的自供電，國內外眾多學者提出利用電磁感應定律、壓電效應和摩擦電效應將波浪能轉化為電能，從而給無線傳感器供電的方法，并設計出多種多樣的小型發電裝置。這類裝置大都采用共振式的機械結構，以電磁發電裝置為例，磁鐵在波浪的驅動下往復振動，切割磁感線從而在線圈內產生感應電動勢。這種共振式發電裝置在外部激勵頻率等于其自身的固有頻率時，達到最大輸出功率。

現有的共振式發電裝置雖然在外部激勵頻率等于其自身固有頻率，即達到共振狀態時，能產生較大的輸出功率。但其工作的頻率范圍非常狹小，僅僅在固有頻率附近很窄的一段頻率范圍內，這種共振式的發電裝置才能正常工作。而對于大部分基于環境振動的發電裝置來說，其本身的固有頻率是遠遠大于環境振動的頻率的。根據理論公式，發電裝置的輸出功率與其工作頻率的三次方成正比。這就意味著，當外部環境的激勵頻率降低時，發電裝置的輸出功率將急劇下降。為了使輸出功率盡可能地大，就必須使發電裝置的固有頻率與環境振動頻率相接近。環境振動是低頻振動，其頻率范圍一般為1-20Hz，波浪的頻率小于5Hz，欲使發電裝置的固有頻率在其附近，就必須把發電裝置的整體尺寸增大，因為一般來說，發電裝置的固有頻率與其總體尺寸成反比。然而，發電裝置的體積增大會使得其輸出功率密度(輸出功率與其工作體積之比)大大降低，也會帶來制造成本的提高、安裝難度的提高等一系列問題。

發明內容

本發明要解決的技術問題是提供一種用于捕獲波浪能的壓電與電磁復合式發電裝置，外部環境(例如波浪)通過搖桿將低頻振動傳遞至發電箱，發電箱使用振片盤上的多個壓電發電組件與轉盤的多組磁鐵以及箱體上的多個線圈發電組件相配合，實現壓電發電組件的高頻振動發電(壓電效應)和線圈發電組件的電磁感應發電，以提高發電效率。

為解決上述技術問題，本發明采用如下的技術方案：

一種用于捕獲波浪能的壓電與電磁復合式發電裝置，包括浮子、擺桿、發電箱和支座，所述擺桿由所述發電箱延伸出且其伸出的一端與所述浮子鉸接，所述發電箱由所述支座支撐；其中，

所述發電箱包括箱體，所述箱體包括兩個一端開放的圓柱形半箱體，所述半箱體的側壁上邊緣設有弧形缺口，兩個所述半箱體的弧形缺口組合成弧形槽；所述半箱體的底部內壁上沿圓周方向設有至少兩個線圈發電組件，所述線圈發電組件包括線圈支座和套設于其上的線圈；沿所述箱體的中軸線設有支撐于所述半箱體內壁的中心軸，所述中心軸上套設有轉盤和沿轉盤對稱設置的兩個振片盤；所述振片盤沿圓周方向設有至少兩個壓電發電組件，所述壓電發電組件包括懸臂梁和貼附于懸臂梁上下表面沿徑向依次設置的壓電片和磁鐵；所述轉盤沿周向設有至少兩個貫穿所述轉盤的磁鐵；

設于每個所述半箱體內部空間的所述線圈發電組件的個數、所述壓電發電組件的個數和所述轉盤上的磁鐵的個數相同，相對應的所述線圈、所述壓電發電組件的磁鐵以及所述轉盤的磁鐵的中心線在一條直線上；

所述擺桿與所述轉盤為一體式結構，所述擺桿由所述弧形槽延伸出所述箱體。

一具體實施例中，所述轉盤與所述中心軸之間設有滾動軸承。

一具體實施例中，所述滾動軸承和兩個所述振片盤之間以及所述振片盤和所述半箱體之間設有套筒以進行軸向定位。