[发明专利]一种公路振动压电、磁电复合发电装置

说明书

本发明涉及机械能转化为电能的技术，为公路振动压电、磁电复合发电装置，包括框架、压电发电部分以及磁电发电部分；压电发电部分包括上层压电发电结构和下层压电发电结构，每层压电发电结构都包括四根相同的悬臂梁和一个永久磁体，四根悬臂梁的一端固定在框架上，另一端共同连接着永久磁体；磁电发电部分包括装在框架的顶端面和底端面的永久磁体、套筒及缠绕在套筒外的线圈。本装置在拓宽振动能量采集范围的同时，使悬臂梁的刚度得到改变，尽可能实现共振；通过多模式的振动发电原理使车辆在公路行驶过程中振动所产生的机械能收集起来，使能量达到最高的转化效率，从而实现节能减排，绿色环保，低碳路面的目的。

技术领域

本发明涉及机械能转化为电能的技术，具体为一种公路振动压电、磁电复合发电装置。

背景技术

在车辆行驶的过程中，路面会产生振动，如果将合适的振动发电装置埋入到路面结构中，将车辆行驶过程中振动所产生的机械能转化为电能，发电量将是很可观的，同时也减少了振动对路面的损伤，延长了路面的使用寿命。

根据转化机制的不同，目前采集环境振动能量的装置主要分为三类：压电式、电磁式、静电式。其中，压电式振动能量收集主要通过环境中实物所发出的各种振动，对可以产生压电效应的材料施加压力使其发生变形，从而改变材料的内部结构，这将导致压电材料内部产生固定的分离的正负电荷，继而影响压电材料表面的电荷走向，最终产生电能。电磁式振动能量采集器的工作原理是基于法拉第电磁感应定律，在外界振动作用下，器件中的导电线圈和磁体间发生相对运动而引起磁通量的变化，从而产生电信号。

本申请的发明人研究发现，单方向、单谐振频率振动能量收集结构的频带宽度过窄，而实际振动环境的频率一般在一定范围波动，其结构的振动频带不能很好地与环境的振动频带相匹配。因此，单方向、单谐振频率振动能量收集结构不能很好地满足实际情况的需求，而且单一的能量收集方式对能量的利用效率也不高。与此同时，研究表明，如果在压电发电时加入磁力的话可以改变压电悬臂梁的刚度，从而实现调节结构的共振频率。此外，根据前人的研究发现，在同一激励的情况下，传统的矩形悬臂梁的压电振子产生的电压少于梯形和三角形的悬臂梁，能量转化效率不高。

发明内容

为了解决现有技术所存在的问题，本发明提供一种公路振动压电、磁电复合发电装置，本装置在拓宽振动能量采集范围的同时，使悬臂梁的刚度得到改变，尽可能实现共振；通过多模式的振动发电原理使车辆在公路行驶过程中振动所产生的机械能收集起来，使能量达到最高的转化效率，从而实现节能减排，绿色环保，低碳路面的目的。

根据本发明的公路振动压电、磁电复合发电装置，包括框架、压电发电部分以及磁电发电部分；压电发电部分包括上层压电发电结构和下层压电发电结构，每层压电发电结构都包括四根相同的悬臂梁和一个永久磁体，四根悬臂梁的一端固定在框架上，另一端共同连接着永久磁体；磁电发电部分包括装在框架的顶端面和底端面的永久磁体、套筒及缠绕在套筒外的线圈。

在优选的实施例中，压电发电部分的永久磁体分为N极和S极，其中上层压电发电结构的永久磁体上端为N极，下端为S极，下层压电发电结构的永久磁体上端为S极，下端为N极，上层压电发电结构的永久磁体的S极与下层压电发电结构的永久磁体的S极相对；磁电发电部分的永久磁体为N极永久磁体。

在优选的实施例中，压电发电部分的每根悬臂梁为梯形悬臂梁，每根悬臂梁一端固定在框架上，另一端延伸为一个矩形以放置永久磁体。

本发明与现有技术相比，具有如下优点和有益效果：

1、通过采用多悬臂梁一质量块的压电发电结构(例如采用四悬臂梁的压电发电结构)，能够有效地拓宽结构的振动频率，从而使结构的振动频率与环境相匹配；在拓宽振动能量采集范围的同时，使悬臂梁的刚度得到改变，尽可能实现共振。通过多模式的振动发电原理使车辆在公路行驶过程中振动所产生的机械能收集起来，使能量达到最高的转化效率，从而实现节能减排，绿色环保，低碳路面的目的。