CN109831121A - 磁斥压电及磁通变振动高效复合发电装置 - Google Patents
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Abstract
本发明的磁斥压电及磁通变振动高效复合发电装置属于从机械输入产生电输出的领域，包括振动体和磁铁固定架，振动体和磁铁固定架相对设置，在振动体上、与磁铁固定架相对的侧面固定有弹性托板的一端及压电板的一端，弹性托板与压电板为一体，且压电板的长度小于弹性托板，在弹性托板的另一端固定有配重磁铁；在磁铁固定架上固定有固定磁铁、并与配重磁铁相对设置，感应线圈置于配重磁铁和固定磁铁之间。装置设计合理，振动机械能的电力转化效率更高，效益更大，压电板改用分段、分级厚度组合板结构，使得各部分应力与应变相等或相近；在配重磁铁和固定磁铁之间增设线圈就能俘获磁通变感应电能，增加了一项振动能发电机理，提高系统发电效率及效益。
Description
技术领域
本发明涉及从机械输入产生电输出的领域，特别涉及磁斥压电及磁通变振动高效复合发电装置。
背景技术
目前国家主要的电能还是来自于有较大污染排放的煤电行业，为了提高环境质量，需要发现并收集各种无污染可再生能量发电，如自然界中的振动能量工厂机器、交通车辆道路、矿山开采等环境、波动能量水波、海浪、舰船、浮标波动等、摇摆能量大风吹动大树枝叶摇摆、路牌、人工建筑等。
由于振动能量在生产环境中大量存在，现有技术中，将振动能量与压电技术及磁电技术相结合发电过程中，压电材料板多为等厚单层板或等厚多层板结构，所以振动源根部压电材料板的应力大于自由端部位的应力，导致压电板不同部位的应变及表面电荷富集不均匀；磁铁设计能降低压电板材料板的固有频率，产生非线性作用力，扩大频宽提高机电耦合参数，但磁场磁通强度的变化特性并没有被充分被利用。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提供了一种磁斥压电及磁通变振动高效复合发电装置。
本发明的磁斥压电及磁通变振动高效复合发电装置，包括振动体和磁铁固定架，振动体和磁铁固定架相对设置，在振动体上、与磁铁固定架相对的侧面固定有弹性托板的一端及压电板的一端，弹性托板与压电板为一体，且压电板的长度小于弹性托板，在弹性托板的另一端固定有配重磁铁；在磁铁固定架上固定有固定磁铁、并与配重磁铁相对设置，在磁铁固定架上设有线圈支撑架，线圈支撑架上设有感应线圈，感应线圈置于配重磁铁和固定磁铁之间。
作为本发明的进一步改进， 所述的压电板是在单层压电材料板上复合了多层压电材料板构成。
作为本发明的进一步改进， 弹性托板上部复合了单层压电材料板，单层压电材料板上部复合了多层压电材料板；弹性托板与单层压电材料板之间、单层压电材料板与多层压电材料板之间及最上层多层压电材料板的上部均设有电极贴。
作为本发明的进一步改进， 配重磁铁、感应线圈和固定磁铁在同一水平线上。
本发明的磁斥压电及磁通变振动高效复合发电装置，设计合理，振动机械能的电力转化效率更高，效益更大，压电板改用分段、分级厚度组合板结构，使得各部分应力与应变相等或相近；在配重磁铁和固定磁铁之间增设线圈就能俘获磁通变感应电能，增加了一项振动能发电机理，提高了系统发电效率及效益。
附图说明
图1为本发明的结构示意图。
具体实施方式
如图1所示，本发明的磁斥压电及磁通变振动高效复合发电装置，包括振动体1和磁铁固定架11，振动体1和磁铁固定架11相对设置，振动源作用于振动体1，只要具有一定频率的振动物体都是振动源，如：电动机壳体及底座、矿山或道路开掘时的机械振动、大风中数木的摇摆震动、海浪上的船体、浮标摇动等震动能源，在振动体1上、与磁铁固定架11相对的侧面固定有弹性托板2的一端及压电板3的一端，弹性托板2与压电板3为一体，弹性托板2和压电板3与振动体1的振动方向垂直，所述的压电板3是在单层压电材料板6上复合了多层压电材料板7构成，弹性托板2上部复合了单层压电材料板6，单层压电材料板6上部复合了多层压电材料板7，多层压电材料板7的长度小于单层压电材料板6，当压电板3受到外力作用产生应变时，其电荷向材料表面富集，产生电动势，对外输出电能，实现了应力—应变—电能的转化功能，弹性托板2在振动中，越靠近振动体1的压电板3根部，其受扭矩越大，弹性托板2断面上的拉力或压力越大，因受力与截面积之比是应力，等厚压电板3上不同距离处的应力与应变值是不同的，压电板3根部的应力大于自由端部位的应力，导致压电板3不同部位的应变及表面电荷富集不均匀，若采用变厚度压电板3，靠近根部受力大、板越厚，靠近自由端板的厚度变小，实现了等应力应变设计原则，所以压电板3表面电荷富集更均匀，弹性托板2与单层压电材料板6之间、单层压电材料板6与多层压电材料板7之间及最上层多层压电材料板7的上部均设有电极贴10，且压电板3的长度小于弹性托板2，受力后，压电板3表面富集电荷，其上安置电极贴10可把电荷电流连接到外部导线电路中；在弹性托板2的另一端固定有配重磁铁8，弹性托板2与配重磁铁8之间是机械物理连接，所以弹性托板2与配重磁铁8之间采用机械捆绑等方式连接即可，在磁铁固定架11上固定有固定磁铁9、并与配重磁铁8相对设置，配重磁铁8和固定磁铁9的相同磁极相对放置，磁铁配重可降低压电板3的固有频率共振点，改变原压电板3振动系统的参数线性函数关系，引入非线性磁外力，产生非线性排斥力，提高系统机电关联性，易于电路系统对交变电势能的俘获与整流，拓宽频带，提高系统机电耦合参数，从而提高机电转换效率，在磁铁固定架11上设有线圈支撑架12，线圈支撑架12上设有感应线圈5，感应线圈5置于配重磁铁8和固定磁铁9之间，配重磁铁8、感应线圈5和固定磁铁9的中心在同一水平线上，振动源通过弹性托板2带动其自由端的配重磁铁8摆动，使得配重磁铁8和固定磁铁9间的磁通量呈现以振动频率的周期变化，按照电磁感应原理，将会在感应线圈5中产生以振动频率为周期的突变感应电流，感应线圈5把感应电流连接到外部导线电路中，在非线性磁斥压电宽频耦合系数提高的同时，固定磁铁9收到摆动的配重磁铁8的相互排斥作用，其周边磁场强度出现交替变化现象，在固定磁铁9前增设线圈5，线圈5中将能产生因磁场强度磁通量的变化而感应出的电流，所以此线圈5的设置将使配重磁铁8产生两种不同的发电机理，一是拓宽压电系统的频宽提高机电耦合系数，加大压电法电能输出，二是还能利用已设置的配重磁排斥，在后加入的线圈中产生磁通变感应电流；电极贴压电电流和感应电流外输后进行电能存储，然后再电能外输，此两种发电机理的组合将使振动机械能的电力转化效率更高、效益更大。
Claims (4)
1.磁斥压电及磁通变振动高效复合发电装置，包括振动体（1）和磁铁固定架（11），其特征在于振动体（1）和磁铁固定架（11）相对设置，在振动体（1）上、与磁铁固定架（11）相对的侧面固定有弹性托板（2）的一端及压电板（3）的一端，弹性托板（2）与压电板（3）为一体，且压电板（3）的长度小于弹性托板（2），在弹性托板（2）的另一端固定有配重磁铁（8）；在磁铁固定架（11）上固定有固定磁铁（9）、并与配重磁铁（8）相对设置，在磁铁固定架（11）上设有线圈支撑架（12），线圈支撑架（12）上设有感应线圈（5），感应线圈（5）置于配重磁铁（8）和固定磁铁（9）之间。
2.如权利要求1所述的磁斥压电及磁通变振动高效复合发电装置，其特征在于所述的压电板（3）是在单层压电材料板（6）上复合了多层压电材料板（7）构成。
3.如权利要求2所述的磁斥压电及磁通变振动高效复合发电装置，其特征在于弹性托板（2）上部复合了单层压电材料板（6），单层压电材料板（6）上部复合了多层压电材料板（7）；弹性托板（2）与单层压电材料板（6）之间、单层压电材料板（6）与多层压电材料板（7）之间及最上层多层压电材料板（7）的上部均设有电极贴（10）。
4.如权利要求1所述的磁斥压电及磁通变振动高效复合发电装置，其特征在于配重磁铁（8）、感应线圈（5）和固定磁铁（9）在同一水平线上。
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