[发明专利]用于捕获波浪能的压电发电系统

说明书

本发明公开了一种用于捕获波浪能的压电发电系统，包括压电发电装置、浮子、立柱和底座，所述压电发电装置包括外圈、内圈和压电发电组，所述浮子通过所述摇杆连接于所述内圈，所述外圈通过所述立柱连接于所述底座。该系统的浮子通过摇杆将低频振动(源于波浪)传递至压电发电装置，压电发电装置使用内圈上的多组压电组件与外圈的多组磁铁的配合，实现压电组件的高频振动发电，以提高发电效率。

技术领域

本发明属于发电装置领域，具体涉及一种用于捕获波浪能的压电发电系统。

背景技术

为了实现用于海上环境监测的无线传感器的自供电，国内外众多学者提出利用电磁感应定律、压电效应和摩擦电效应将波浪能转化为电能，从而给无线传感器供电的方法，并设计出多种多样的小型发电装置。这类装置大都采用共振式的机械结构，以电磁发电装置为例，磁铁在波浪的驱动下往复振动，切割磁感线从而在线圈内产生感应电动势。这种共振式发电装置在外部激励频率等于其自身的固有频率时，达到最大输出功率。

现有的共振式发电装置虽然在外部激励频率等于其自身固有频率，即达到共振状态时，能产生较大的输出功率。但其工作的频率范围非常狭小，仅仅在固有频率附近很窄的一段频率范围内，这种共振式的发电装置才能正常工作。而对于大部分基于环境振动的发电装置来说，其本身的固有频率是远远大于环境振动的频率的。根据理论公式，发电装置的输出功率与其工作频率的三次方成正比。这就意味着，当外部环境的激励频率降低时，发电装置的输出功率将急剧下降。为了使输出功率尽可能地大，就必须使发电装置的固有频率与环境振动频率相接近。环境振动是低频振动，其频率范围一般为1-20Hz，波浪的频率小于5Hz，欲使发电装置的固有频率在其附近，就必须把发电装置的整体尺寸增大，因为一般来说，发电装置的固有频率与其总体尺寸成反比。然而，发电装置的体积增大会使得其输出功率密度(输出功率与其工作体积之比)大大降低，也会带来制造成本的提高、安装难度的提高等一系列问题。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种用于捕获波浪能的压电发电系统，该系统的浮子通过摇杆将低频振动(源于波浪)传递至压电发电装置，压电发电装置使用内圈上的多组压电组件与外圈的多组磁铁的配合，实现压电组件的高频振动发电，以提高发电效率。

为解决上述技术问题，本发明采用如下的技术方案：

一种用于捕获波浪能的压电发电系统，包括压电发电装置、浮子、立柱和底座，所述压电发电装置包括外圈、内圈和压电发电组；其中，

所述外圈为一端开放的圆筒状结构，所述外圈的底部内壁上设有转动沟槽以及设于底部内壁中心处的内柱；所述外圈的侧壁内表面上沿周向均匀设有至少两组磁铁，所述内柱的表面上沿周向均匀设有至少两组磁铁；所述外圈的侧壁上沿周向设有通透的摇杆活动槽；

所述内圈上设有摇杆，所述摇杆由所述内圈经所述摇杆活动槽延伸出所述外圈；所述内圈的边缘设有矩形凸边，所述矩形凸边于所述外圈的所述转动沟槽相配合以使所述外圈和所述内圈能够相对转动；

所述内圈沿周向设有至少两组压电发电组，所述压电发电组包括压电组件，所述压电组件固定连接于所述内圈，所述压电组件的一端朝向所述外圈的侧壁内表面，另一端朝向所述内柱；

所述浮子通过所述摇杆连接于所述内圈，所述外圈通过所述立柱连接于所述底座。

一具体实施例中，所述压电组件包括悬臂梁、压电片和两个磁铁，所述压电片贴附于所述悬臂梁，两个磁铁分别固定在所述悬臂梁的两端。

一具体实施例中，所述内圈上设有矩形槽，所述压电组件的悬臂梁的中间位置固定连接于所述内圈的矩形槽。

一具体实施例中，所述压电组件的压电片的数量是4个，4个所述压电片沿所述悬臂梁的中间位置对称贴附于所述悬臂梁的上下表面。

一具体实施例中，所述压电组件的磁铁与所述外圈的磁铁相对的端面的极性相同。