组合式压电发电系统技术方案

本发明专利技术涉及压电与磁电相结合提高空间利用率的发电系统，该系统由发电装置和调节充电电路两部分组成，发电装置又包括压电和磁电两部分：其中当上壳（10）上下运动时会对压电片产生周期性的挤压，而使压电片产生电荷；同时当上壳运动时会带动内壁缠绕的线圈做切割磁感线运动而产生电荷，在调节电路当中将压电产生的电荷与电磁感应产生的电荷收集并结合起来而提高了该装置的输出量；在压电部分采用了新型传力结构，提高压电片的单位受力，而提高发电量；同时又配合磁电装置，使发电量进一步提高。本发明专利技术改善了压电发电量小的问题，并且通过与磁电相结合，有效的提高了发电量和发电效率，具有结构简单，发电量高，绿色环保等优点。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术涉及压电与磁电相结合提高空间利用率的发电系统，该系统由发电装置和调节充电电路两部分组成，发电装置又包括压电和磁电两部分：其中当上壳（10）上下运动时会对压电片产生周期性的挤压，而使压电片产生电荷；同时当上壳运动时会带动内壁缠绕的线圈做切割磁感线运动而产生电荷，在调节电路当中将压电产生的电荷与电磁感应产生的电荷收集并结合起来而提高了该装置的输出量；在压电部分采用了新型传力结构，提高压电片的单位受力，而提高发电量；同时又配合磁电装置，使发电量进一步提高。本专利技术改善了压电发电量小的问题，并且通过与磁电相结合，有效的提高了发电量和发电效率，具有结构简单，发电量高，绿色环保等优点。【专利说明】组合式压电发电系统
本专利技术涉及发电和充电装置，特别是涉及一种压力发电和磁电发电的组合应用于电池充电或对外供电的装置。
技术介绍
由于压电材料性能的提高，如PVDF、压电光纤等新型材料提高了压电材料的柔韧性和压电转化效率，同时还看到国外同行们在正压电方向的研究成果。国内学者们也开始了对正压电效应的研究。现在国内外专家学者分别从压电材料、压电振子的结构、能量收集电路就提高能量的转化效率做出研究。对于压电材料方面的研究。现在常用的压电材料有锆钛酸铅，又称为PZT。虽然PZT型的压电材料应用最为广泛，但PZT陶瓷易碎，使得PZT压电片在压电俘能系统中不能承受大的应变。Lee等研究表明在高频周期载荷作用下，压电陶瓷极易产生疲劳裂纹，发生脆性断裂，故又有了另一种常用的压电材料为聚偏氟乙稀(PVDF)。PVDF是一种压电聚合体，相比于与PZT，具有更好柔韧性。Lee等研究表明PVDF更适合应用于交变载荷的场合。且由于PVDF的柔韧性能更好，其使用寿命更长，俘获的能量将更多。最新的研究结果Mohammadi等研究了一种压电光纤混合体，它由不同直径的压电光纤和环氧树脂构成，这种材料柔韧性和压电转化效率较以前的均有提高。现在，专家们又提出了纳米压电材料。对于压电振子的结构的研究。现在常用的有直压型、钹型、悬臂梁型。Kim等研制出了一种新型的cymbal压电俘能装置，在压电圆片两侧分别粘接一个相同的碟形金属帽。这种结构与堆结构相比，金属帽能使压电片上的应力分布更加均匀，从而有利于提高了压电俘能装置的俘能效率。哈工大谢涛等对矩形、梯形和三角形的压电悬臂梁电荷灵敏度进行了研究，分别建立矩形、梯形和三角形压电悬臂梁电荷灵敏度的数学模型，研究表明，在相同激励作用下，三角形压电悬臂梁具有最高的电荷灵敏度，俘获能量最大。华中科技大学胡洪平等对螺旋状压电俘能器进行了结构性能分析，讨论了激励加载方式与输出能量功率密度的关系，得出面内加载方式优于面外加载方式的结论，同时讨论了阻抗、外力口质量块对俘能器性能的影响规律。与此同时，中南大学陈子光等理论研究了压电陶瓷圆柱壳的扭转振动，可将旋转机械能转换为电能，并获得了压电陶瓷圆柱壳俘能器输出电压、输出电流、效率及输出功率密度的解析表达式。对于能量采集电路和存储装置研究现状，KIM等用由一个全桥整流器和充电电容组成标准能量存储电路对cymbal俘能器进行了实验研究，能量储存装置现在大部分采用超级电容，Guan和Liao等对超级电容器与可充电镍氢电池、可充电锂离子作为能量存储元件进行了研究。研究显示超级电容电池的充电效率最大可以达到95%，锂离子电池的最大充电效率是92%，略低于超级电容，镍氢电池充电效率最低，最大可达到69%。综上所述，以上几种方式均是极力发掘压电陶瓷的发电效率，而考虑到压电发电主要应用在体积空间有效的地方，故提出了与磁电相组合的新型压力发电装置，来提高有效空间内的发电量。同时对压电发电的传力结构进行了创新性的设计，以此来提高压电部分的发电量。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是:为了提高一定空间内的压电装置的发电量和有效空间内整个系统的空间发电效率，提供一种组合式压电发电系统，该系统通过物理分解力的方式来提高一定空间下压电发电的效率，结合磁电发电来进一步提高整个系统在一定空间的发电效率。本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是:本专利技术提供的组合式压电发电系统是一种将压电陶瓷的正压电效应和磁电的电磁感应效应相结合起来组成的发电装置，其通过人行走时产生的踩压力作用在发电盒的上壳的上端面上，产生向下的位移，使绕在上壳内壁的线圈切割嵌于发电盒的底壳侧壁的磁铁产生的磁感线，从而产生电流，与此同时下压对压电叠堆前面的与上壳相连的机械振子作用时，由于物理分解力现象的存在，压电叠堆受压面的单位面积上的力提高，压电发电部分开始作用产生电荷，通过导线输送到调节电路中。该组合式压电发电系统主要由发电盒、调节电路和充电电路组成，其中:由发电盒产生的电量经导线流入调节电路，经调节电路调节成稳定电压时，再经导线与充电电路相连，将电量储存起来。所述发电盒内可以设有压电发电部分和磁电发电部分。所述压电发电部分可以由包括导轨、压电叠堆、中心传力机构组成，其中:导轨与塑料底座通过通孔相连，由多片压电片通过薄铜片并联成的压电叠堆置于导轨中，中心传力机构通过中心沉头螺钉装在上壳上。所述中心传力机构由机械振子、弹簧、楔形垫片、底部托盘组成，其中:弹簧放置在机械振子的内部通孔，底部托盘与底壳中心上的孔配合，楔形垫片与机械振子相切。所述磁电发电部分可以包括磁铁、缠绕在上壳内壁的漆包线线圈、固定磁铁的塑料底座、导程部分，其中:磁铁嵌在底壳的侧壁上；塑料底座与磁铁相连，并且奇数位的三个塑料底座是通过导程部分与底壳相连，剩余三个则是与导轨紧配合固定；所述导程部分由导程杆上部铰孔、导程杆、导程套筒、六角螺母、垫圈组成，其中:导程杆上部铰孔位于导程杆的上部，导程杆与导程套筒之间紧配合，六角螺母与导程套筒之间螺栓配合，垫圈与导程杆之间用沉头螺钉连接。所述的压电叠堆，其压电片之间要用薄铜片并联连接；在靠近机械振子的一侧要放置一个硬质的楔形垫片。所述发电盒的发电量大小即行程可以通过导程杆上部的沉头螺钉来调节，其中:导程杆装在奇数位的塑料底座上。所述机械振子的上半部分设有一截为减少接触面从而减少摩擦阻力的直圆柱，下半部分为球型的振子，其通过中心沉头螺钉与上壳相连；上壳与底壳之间可以通过弹簧连接，从而能够实现往复运动。本专利技术提供的上述组合式压电发电系统，其用途是:通过调节电路、将压电部分的电流和磁电部分的电流统一稳定输出，再通过充电电路对锂电池进行充电。所述的锂电池可以采用充电电流为3.7V、500mA的锂电池。本专利技术可以通过在楔形垫片将受到力的机械振子和压电叠堆连接起来，利用物理分解力的方式来提高压电叠堆受力面的单位面积上的力从而提高了压电发电量，同时将压电发电与磁电相结合，从而提高整个系统的发电量和有效空间的利用率，具体为:当上壳受力运动时会向下运动时与机械振子接触使压电叠堆受到一个径向力作用产生形变从而产生电荷，与此同时，随着上壳的移动，上壳内壁缠绕的线圈会与磁铁产生电磁感应作用而产生电流，两者产生的电荷通过导线输送到调节电路中。本专利技术与现有技术相比具有以下优点:1.克服了压电发电电量小、不易于收集等特点:通过压电发电与磁电相结合，使得装置整体的发电量较单一压电发电的电量有了明显的提高，同时这种结合也使得有限空间内的发本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种组合式压电发电系统，其特征是一种将压电晶体的正压电效应和磁电的电磁感应效应相结合起来组成的发电装置，其通过人行走时产生的踩压力作用在发电盒（1）的上壳（10）的上端面上，产生向下的位移，使绕在上壳内壁的线圈切割嵌于发电盒（1）的底壳（11）侧壁的磁铁（12）产生的磁感线，从而产生电流，与此同时下压对压电叠堆前面的与上壳（10）相连的机械振子（6）作用时，压电发电部分开始作用产生电荷，通过导线输送到调节电路（4）中。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：杨琨，王亚男，张琦，李延伟，
申请(专利权)人：武汉理工大学，
类型：发明
国别省市：