一种波浪冲击式压电能量采集装置及方法与流程

本发明涉及摩擦发电技术及再生能源领域，尤其涉及一种波浪冲击式压电能量采集装置及方法。

背景技术：

随着人们生活水平的提高，人们对电的需求越来越大，传统的发电装置结构复杂，操作复杂，造价成本高，而且越来越多的资源被开发利用起来，各种不可再生资源被不断使用已经变得越来越少，而且在使用的过程当中大量的污染也在逐渐产生，废水，废气，废渣不断增加，环境被破坏，传统的发电装置所需的能源需要不断的开采和运输，不仅浪费了大量的人力和物力，且对环境产生严重污染。

由于不可再生能源的日益消耗和环境问题的日益突出，绿色新能源的开发与研究将会成为新的趋势。相反，海洋能源是一种绿色清洁能源，它廉价洁净且取之不尽用之不竭。因此，如何有效利用浩瀚的海洋开发潮汐和海浪中蕴含的能量已成为当今各国争相研究的重要课题。作为一个新的研究领域，通过利用有效的技术手段，高效收集和储存海洋波浪运到中的能量，来实现微纳系统的可持续运转，对于实现可持续发展具有重大的意义，同时也是亟待解决的技术难题。

技术实现要素：

为解决上述技术问题，本发明第一方面提供了一种波浪冲击式压电能量采集装置，所述装置由多个浮箱通过软管连接在一起形成浮箱阵列，所述浮箱由箱体、能量采集装置和整流桥组成，所述采集装置和所述整流桥设置在所述箱体内。

其中，所述能量采集装置为悬臂式结构。

其中，所述能量采集装置由压电悬臂梁、圆桶、三个滚珠和两个压电弹性端盖组成，所述压电悬臂梁通过t型连接板与所述圆桶连接并通过螺钉固定，所述滚珠设置在所述圆桶内，所述压电弹性端盖设置在所述圆桶的两端。

其中，所述压电悬臂梁依次由弹性梁、第一压电片和电极薄膜组成。

其中，所述弹性梁采用铜片制成，所述第一压电片采用锆钛酸铅压电陶瓷制成，所述电极薄膜采用金薄膜制成。

其中，所述压电弹性端盖由两片金属片电极、一片第二压电片和两片接线端子组成，所述第二压电片设置在两片所述金属片电极中间，两片所述接线端子分别设置在两片所述金属片电极外侧；所述金属片电极和所述第二压电片加工为相同的形状，并在外环中设置通孔，用于与所述圆桶通过螺钉固定，中间圆盘通过所述压电悬臂梁与外环连接。

其中，所述金属片电极采用铜片制成，所述第二压电片采用锆钛酸铅压电陶瓷制成。

本发明第二方面提供了一种波浪冲击式压电能量采集方法，将压电能量采集装置放置在波浪环境中，在波浪冲击下，浮箱发生运动，带动箱体内能量采集装置中的圆桶摆动，使压电悬臂梁左右弯曲，从而使第一压电片受到压力及拉力作用产生电流，通过导线连接弹性梁和电极薄膜将电流导入到整流桥整流为直流电输出至外界蓄电装置；同时滚珠将撞击两个压电弹性端盖的中心部分，使所述压电弹性端盖变形弯曲，从而使第二压电片受到压力和拉力的作用产生电流，通过金属片电极和接线端子将电流导入到整流桥整流为直流电输出至外界蓄电装置。

本发明的有益效果：

本发明提供的压电能量采集装置设计科学合理，组合具有很大的灵活性，从小的发电单元可以任意匹配成大的发电单元，发电单元可以简单快速的复制扩大；且无污染、取之不尽、用之不竭、转换率高，可满足人们日常生活及社会大发展的需求。

附图说明

为了更清楚地说明本发明的技术方案，下面将对实施方式中需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施方式，对应本领域的普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例提供的压电能量采集装置的结构示意图；

图2是本发明实施例提供的压电能量采集装置中浮箱的结构示意图；

图3是本发明实施例提供的压电能量采集装置中能量采集装置的结构示意图；

图4是本发明实施例提供的压电能量采集装置中能量采集装置的侧视图；

图5是本发明实施例提供的压电能量采集装置中压电悬臂梁的结构示意图；

图6是本发明实施例提供的压电能量采集装置中压电弹性端盖的结构示意图；

图7是本发明实施例提供的压电能量采集装置中压电弹性端盖的平面图；

附图中附图标记所对应的名称为：1-浮箱，11-箱体，12-能量采集装置，121-压电悬臂梁，1211-弹性梁，1212-第一压电片，1213-电极薄膜，122-圆桶，123-滚珠，124-压电弹性端盖，1241-金属片电极，1242-第二压电片，1243-接线端子，125-t型连接板，13-整流桥，2-软管。

具体实施方式

以下是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。

本发明提供了一种波浪冲击式压电能量采集装置，如图1-7所示，所述装置由多个浮箱1通过软管2连接在一起形成浮箱阵列，所述浮箱1由箱体11、能量采集装置12和整流桥13组成，所述采集装置12和所述整流桥13设置在所述箱体11内。

所述能量采集装置12为悬臂式结构，所述能量采集装置12由压电悬臂梁121、圆桶122、三个滚珠123和两个压电弹性端盖124组成，所述压电悬臂梁121通过t型连接板125与所述圆桶122连接并通过螺钉固定，所述滚珠123设置在所述圆桶122内，所述压电弹性端盖124设置在所述圆桶122的两端。

所述压电悬臂梁121依次由弹性梁1211、第一压电片1212和电极薄膜1213组成，所述弹性梁1211采用铜片制成，所述第一压电片1212采用锆钛酸铅压电陶瓷制成，所述电极薄膜1213采用金薄膜制成。所述压电弹性端盖124由两片金属片电极1241、一片第二压电片1242和两片接线端子1243组成，所述第二压电片1242设置在两片所述金属片电极1241中间，两片所述接线端子1243分别设置在两片所述金属片电极1241外侧；所述金属片电极1241和所述第二压电片1242加工为相同的形状，并在外环中设置通孔，用于与所述圆桶122通过螺钉固定，中间圆盘通过所述压电悬臂梁121与外环连接；所述金属片电极1241采用铜片制成，所述第二压电片1242采用锆钛酸铅压电陶瓷制成。

采用本发明提供的波浪冲击式压电能量采集装置采集能量的方法为：在波浪冲击下，浮箱1发生运动，带动箱体11内能量采集装置12中的圆桶122摆动，使压电悬臂梁121左右弯曲，从而使第一压电片1212受到压力及拉力作用产生电流，通过导线连接弹性梁1211和电极薄膜1213将电流导入到整流桥13整流为直流电输出至外界蓄电装置；同时滚珠123将撞击两个压电弹性端盖124的中心部分，使所述压电弹性端盖124变形弯曲，从而使第二压电片1242受到压力和拉力的作用产生电流，通过金属片电极1241和接线端子1243将电流导入到整流桥13整流为直流电输出至外界蓄电装置。

以上实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都是属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。