[发明专利]一种曲柄连杆式电磁压电复合能量收集装置

说明书

本发明涉及一种曲柄连杆式电磁压电复合能量收集装置。包括底盘、曲柄连杆滑块机构、旋转输入机构和电磁压电机构。底盘的一侧面上设有呈放射状的四条以上的滑槽，四条以上的滑槽的一端汇聚在底盘的中心；曲柄连杆滑块机构包括曲柄、四根以上的连杆和滑块，滑块分别对应位于四条以上的滑槽内；旋转输入机构位于底盘的另一侧面，旋转输入机构为质量摆杆机构或转轮机构；电磁压电机构包括四只以上的压电双晶梁机构、四块以上的磁铁块和均布在每条滑槽两侧的线圈。在外界激励的作用下，旋转输入机构带动磁铁块在滑槽内的往复移动，使多匝线圈上产生感应电流输出；另一方面，压电双晶梁机构发生大幅振动和弯曲变形并产生电荷输出。

技术领域

本发明属于能量回收技术领域，涉及电磁压电复合能量转换技术，具体涉及一种曲柄连杆式电磁压电复合能量收集装置。

背景技术

世界经济的现代化，得益于化石能源，如石油、天然气、煤炭等的广泛应用，因而它是建立在化石能源基础之上的一种经济。大量使用化石能源会增大碳排放量，加剧温室效应。同时，化石能源与原料链条一旦中断，必将导致世界经济危机和冲突的加剧，并导致能源危机的爆发。在能源短缺日趋严重的今天，用清洁可再生能源替代传统的化石能源具有举足轻重的意义。

能量收集技术可以将环境中的水能、风能、振动能等清洁可再生能源收集起来，通过能量收集装置转换成电能输出和存储,具有重大的研究价值和良好的发展前景。能量收集的主要方法是利用静电、电磁、压电等效应，将环境中的水能、风能、振动能等转换成电能。如一种压电-电磁复合式低频宽带俘能器，该装置由一根末端粘贴有磁铁块的压电双晶梁和两个多匝线圈组成。在振动过程中，压电双晶梁上下表面的压电元件受到应力和应变的作用会产生电荷输出。同时，压电双晶梁振动使得其末端的磁铁块与两边的多匝线圈发生相对运动，从而使线圈中产生感应电流。虽然该结构同时采用了电磁、压电双重效应进行发电；但是，压电双晶梁主要依靠外界环境中的振动激励来产生振动，只有当环境中的振动激励频率与压电双晶梁自身固有频率相接近时才能产生大幅振动，而自然环境中的振动往往是低频的随机振动，因此该装置中的压电双晶梁的振动幅度十分有限，压电元件的变形量也不大，压电效应较弱。同时压电双晶梁末端的磁铁块与两边多匝线圈的相对位移也较小，磁通量变化不明显，电磁发电效率也较低。因此设计一种对环境中振动激励频率依赖性小、线圈与磁铁的相对运动明显、磁通量变化率大的电磁压电复合能量收集装置具有较大的意义和研究价值。

发明内容

为了弥补普通的电磁压电复合能量收集装置应用范围小、工作频带窄、环境适应性差、发电效率低等缺陷，本发明提供一种曲柄连杆式电磁压电复合能量收集装置。

一种曲柄连杆式电磁压电复合能量收集装置包括底盘1、曲柄连杆滑块机构、旋转输入机构和电磁压电机构；

所述底盘1的一侧面上设有呈放射状的四条以上的滑槽，四条以上的滑槽的一端汇聚在底盘1的中心；

所述曲柄连杆滑块机构包括曲柄5、四根以上的连杆6和四块以上的滑块7，四根以上的连杆6的一端分别对应转动连接着一块滑块7，四根以上的连杆6的另一端分别转动连接着曲柄5的一端，曲柄5的另一端连接着转轴3的一端；四块以上的滑块7分别对应位于四条以上的滑槽内；

所述旋转输入机构位于底盘1的另一侧面，旋转输入机构为质量摆杆机构或转轮机构，且与转轴3的另一端相连；

所述电磁压电机构包括四只以上的压电双晶梁机构、四块以上的磁铁块8和均布在每条滑槽两侧的线圈10；每个压电双晶梁机构包括至少一对压电双晶梁，压电双晶梁的一端均对应连接着底盘1的圆周，且位于相邻两条滑槽之间的底盘1上，压电双晶梁的另一端分别连接着悬臂磁铁块9；四块以上的磁铁块8分别对应设于四块以上的滑块7上；每条滑槽两侧和对应均布的线圈10之间设有绝缘材料；