專利名稱：一種高效率壓電發(fā)電裝置的制作方法
技術領域：
一種高效率壓電發(fā)電裝置技術領域[0001]本實用新型屬于風力發(fā)電和水力發(fā)電領域，特別是一種高效率壓電發(fā)電裝置。
背景技術：
[0002]利用自然界風能和水能進行發(fā)電，為各種戶外設施進行自供電的系統符合當今節(jié)能、環(huán)保、低碳的發(fā)展趨勢，在工業(yè)監(jiān)控、智能交通、智能電網、礦山安全、環(huán)境監(jiān)測、平安家居、醫(yī)療保健等領域具有廣闊的應用前景。[0003]美國的Priya采用壓電器件設計制造了一種小型風力發(fā)電機US11/252903?？稍跁r速8 16公里的風力驅動下發(fā)電。發(fā)電機的槳葉連到凸輪上，使圍繞軸排成圓形的一系列雙壓電晶片產生振蕩，從而輸出電能。該方案具有兩個缺點:一是壓電雙晶片每一次轉動都與凸輪碰撞，摩擦，因此產生磨損，造成能量損失，同時降低使用壽命。二是在風速較低時，槳葉與凸輪不會脫離，壓電雙晶片保持一定的彎曲狀態(tài)不變，此時不再發(fā)電。由NECTOKIN與日本Heardea聯合開發(fā)、配備采用壓電轉換元件的發(fā)電裝置的新型道路標識在日本試運行。其原理就是通過置于環(huán)形槽內鋼球的滾動，撞擊壓電元件來發(fā)電。該裝置設置在交通量大的公路隧道內，可利用汽車駛過時產生的氣流驅動標識旋轉。鋼球位于由壓電轉換元件分隔成的環(huán)形通道中，標識轉動時鋼球就會在通道中運動，撞擊通道兩端的壓電元件，使壓電元件輸出電荷。這種方案的主要缺點是，當車連續(xù)駛過而產生強烈的風時標識就會高速轉動，從而使鋼球緊貼著壓電轉換元件運動，壓電元件得不到交變的壓力作用，就不能發(fā)電了。實用新型內容[0004]本實用新型的目的在于提供一種利用壓電材料收集流體動能的高效、適用范圍廣的高效率壓電發(fā)電裝置。[0005]實現本實用新型目的的技術解決方案為:一種高效率壓電發(fā)電裝置，由渦輪轉子組件、彈簧滑塊組件、彎折打桿組件、壓電振子組件構成，所述的渦輪轉子組件包括渦輪葉片、轉軸和凸輪，轉軸設置在主軸架上，并轉動，渦輪葉片固定在轉軸的一端，凸輪固定在轉軸的中間，主軸架安裝在底座上；彈簧滑塊組件包括安裝筒、推桿、安裝筒蓋、彈簧、滑塊推桿和支撐盤，所述的彈簧放置在安裝筒內，滑塊推桿穿過彈簧，該滑塊推桿一端與支撐盤連接，另一端與推桿連接，該推桿穿過安裝筒蓋，并由安裝筒蓋限位，凸輪始終與推桿接觸；彎折打桿組件由圓環(huán)、打桿、轉動滑塊、第二銷釘和支撐架構成，其中圓環(huán)安裝在底座上，并位于主軸架之間，支撐架固定在圓環(huán)上，打桿通過第二銷釘架于支撐架上，打桿在支撐架上轉動，轉動滑塊通過第一銷釘連接在支撐盤上，轉動滑塊在支撐盤上轉動，所述的打桿與轉動滑塊形成滑動連接；圓環(huán)蓋安裝在圓環(huán)上，安裝筒垂直固定在圓環(huán)蓋上；壓電振子組件由壓電材料、第一電極、第二電極、第一導線、第二導線組成，第一電極、第二電極涂在壓電材料的兩面形成壓電片，第一導線與第一電極連接，第二導線與第二電極連接，第一導線、第二導線與負載連接，該壓電片粘貼在彈性片上形成壓電振動片，彈性片的一端嵌入在圓環(huán)的內外圓柱面上，并用環(huán)氧樹脂固定，另一端自由，形成懸臂梁結構。[0006]本實用新型與現有技術相比，其顯著優(yōu)點:(I)采用機械的凸輪連桿機構和滑塊機構，可以保證每次敲擊部位的準確性，產生更平穩(wěn)高效的電能；(2)克服了由離心力來提供撞擊的裝置，在高速流體作用下會產生離心力過大而緊貼壓電振子而失效；(3)可以根據安裝所在地的流體力和安防空間設計不同數量的打桿，增加對應數量的壓電振子，從而使得其變化范圍大大增加，從而可以更好因地因時安裝不同型號的該裝置，并且同時可以敲打四個邊，因此實現高效率的發(fā)電；(4)利用壓電效應，從空氣或其他流體的運動中收集能量，轉化為電能，是一種小型風力發(fā)電或水力發(fā)電裝置，可用于戶外使用的小型設備或設施的自供電。在很小和較大的風速情況下都可以發(fā)電，具有廣泛的適應性。2-3級微風便可以產生持續(xù)電能，其機電轉化效率與目前先進的大型風電設備效率相當，可以用以為無線傳感網節(jié)點供電。[0007]
以下結合附圖對本實用新型作進一步詳細描述。


[0008]圖1是本實用新型高效率壓電發(fā)電裝置的主視圖。[0009]圖2是本實用新型高效率壓電發(fā)電裝置內部結構示意圖。
具體實施方式
[0010]結合圖1和圖2，本實用新型高效率壓電發(fā)電裝置，由渦輪轉子組件、彈簧滑塊組件、彎折打桿組件、壓電振子組件構成，所述的渦輪轉子組件包括渦輪葉片8、轉軸7和凸輪9，轉軸7設置在主軸架10上，并轉動，渦輪葉片8固定在轉軸7的一端，凸輪9固定在轉軸7的中間，主軸架10安裝在底座I上；[0011]彈簧滑塊組件包括安裝筒5、推桿11、安裝筒蓋12、彈簧13、滑塊推桿6和支撐盤17，所述的彈簧13放置在安裝筒5內，滑塊推桿6穿過彈簧13，該滑塊推桿6 —端與支撐盤17連接，另一端與推桿11連接，該推桿11穿過安裝筒蓋12，并由安裝筒蓋12限位，凸輪9始終與推桿11接觸；[0012]彎折打桿組件由圓環(huán)2、打桿14、轉動滑塊15、第二銷釘18和支撐架19構成，其中圓環(huán)2安裝在底座I上，并位于主軸架10之間，支撐架19固定在圓環(huán)2上，打桿14通過第二銷釘18架于支撐架19上，打桿14在支撐架19上轉動，轉動滑塊15通過第一銷釘16連接在支撐盤17上，轉動滑塊15在支撐盤17上轉動，所述的打桿14與轉動滑塊15形成滑動連接；圓環(huán)蓋4安裝在圓環(huán)2上，安裝筒5垂直固定在圓環(huán)蓋4上；[0013]壓電振子組件由壓電材料20、第一電極21、第二電極22、第一導線23、第二導線24組成，第一電極21、第二電極22涂在壓電材料20的兩面形成壓電片，第一導線23與第一電極21連接，第二導線24與第二電極22連接，第一導線23、第二導線24與負載25連接，該壓電片粘貼在彈性片3上形成壓電振動片，彈性片3的一端嵌入在圓環(huán)2的內外圓柱面上，并用環(huán)氧樹脂固定，另一端自由，形成懸臂梁結構。[0014]本實用新型高效率壓電發(fā)電裝置的打桿14、轉動滑塊15、第一銷釘16、第二銷釘18、支撐架19和壓電振動片數量相同，為四個以上，四個以上相同結構壓電振動片在圓環(huán)2的圓柱面上構成多邊形內部結構。其中打桿14為彎折型的形狀，在彎折處通過第二銷釘18與支撐架19連接，一端彎折段與壓電片在滑塊推桿6上升階段時接觸，另一端彎折段在轉動滑塊15內滑動。[0015]本實用新型渦輪葉片8將空氣或水流的動能轉化為轉軸7轉動的動能，從而帶動凸輪9的轉動。由于凸輪9的偏心，在凸輪9下降過程中必然將推桿11下壓，推桿11與滑塊推桿6緊固連接，從而帶動滑塊推桿6向下運動，又因為支撐盤17與推桿11也是緊固連接，所以進一步在力傳導下實現支撐盤17向下運動，于此來帶動活動滑塊15，因為打桿14與活動滑塊15屬于滑動連接，所以使得打桿14繞第二銷釘18向上轉動，遠離壓電振子片；當凸輪9上升時，由于彈簧13所產生彈力將彈簧滑塊組件向上抬起，從而帶動活動滑塊15，進而使得打桿14繞著第二銷釘18敲擊壓電振動片使其產生彎曲振動，彈性片3的振動使得壓電材料20產生變形，由于壓電效應，進而使壓電材料20由第一電極21、第二電極22上產生電荷，經第一電極21、第二電極22和第一導線23、第二導線24輸出到負載25，在與負載25構成的回路中形成電流，最終將氣流或水流的動能轉化為電能。負載25為發(fā)光二級管、無線傳感器、整流濾波電路、蓄電池、電容或揚聲器。
權利要求1.一種高效率壓電發(fā)電裝置，其特征在于:由渦輪轉子組件、彈簧滑塊組件、彎折打桿組件、壓電振子組件構成，所述的渦輪轉子組件包括渦輪葉片(8)、轉軸(7)和凸輪(9)，轉軸(7)設置在主軸架(10)上，并轉動，渦輪葉片(8)固定在轉軸(7)的一端，凸輪(9)固定在轉軸(7)的中間，主軸架(10)安裝在底座(I)上； 彈簧滑塊組件包括安裝筒(5 )、推桿(11)、安裝筒蓋(12 )、彈簧(13 )、滑塊推桿(6 )和支撐盤(17)，所述的彈簧(13)放置在安裝筒(5)內，滑塊推桿(6)穿過彈簧(13)，該滑塊推桿(6)—端與支撐盤(17)連接，另一端與推桿(11)連接，該推桿(11)穿過安裝筒蓋(12)，并由安裝筒蓋(12 )限位，凸輪(9 )始終與推桿(11)接觸； 彎折打桿組件由圓環(huán)(2)、打桿(14)、轉動滑塊(15)、第二銷釘(18)和支撐架(19)構成，其中圓環(huán)(2)安裝在底座(I)上，并位于主軸架(10)之間，支撐架(19)固定在圓環(huán)(2)上，打桿(14)通過第二銷釘(18)架于支撐架(19)上，打桿(14)在支撐架(19)上轉動，轉動滑塊(15)通過第一銷釘(16)連接在支撐盤(17)上，轉動滑塊(15)在支撐盤(17)上轉動，所述的打桿(14)與轉動滑塊(15)形成滑動連接；圓環(huán)蓋(4)安裝在圓環(huán)(2)上，安裝筒(5)垂直固定在圓環(huán)蓋(4)上； 壓電振子組件由壓電材料(20)、第一電極(21)、第二電極(22)、第一導線(23)、第二導線(24)組成，第一電極(21)、第二電極(22)涂在壓電材料(20)的兩面形成壓電片，第一導線(23)與第一電極(21)連接，第二導線(24)與第二電極(22)連接，第一導線(23)、第二導線(24)與負載(25)連接，該壓電片粘貼在彈性片(3)上形成壓電振動片，彈性片(3)的一端嵌入在圓環(huán)(2)的內外圓柱面上，并用環(huán)氧樹脂固定，另一端自由，形成懸臂梁結構。
2.根據權利要求1所述的高效率壓電發(fā)電裝置，其特征在于:打桿(14)、轉動滑塊(15)、第一銷釘(16)、第二銷釘(18)、支撐架(19)和壓電振動片數量相同，為四個以上，四個以上相同結構壓電振動片在圓環(huán)(2)的圓柱面上構成多邊形內部結構。
3.根據權利要求1或2所述的高效率壓電發(fā)電裝置，其特征在于:打桿(14)為彎折型的形狀，在彎折處通過第二銷釘(18)與支撐架(19)連接，一端彎折段與壓電片在滑塊推桿(6 )上升階段時接觸，另一端彎折段在轉動滑塊(15 )內滑動。
專利摘要本實用新型公開了一種高效率壓電發(fā)電裝置，由渦輪轉子組件、彈簧滑塊組件、彎折打桿組件、壓電振子組件構成，所述的渦輪轉子組件包括渦輪葉片、轉軸和凸輪；彈簧滑塊組件包括安裝筒、推桿、安裝筒蓋、彈簧、滑塊推桿和支撐盤；彎折打桿組件由圓環(huán)、打桿、轉動滑塊、第二銷釘和支撐架構成；壓電振子組件由壓電材料、第一電極、第二電極、第一導線、第二導線組成。本實用新型采用機械的凸輪連桿機構和滑塊機構，可以保證每次敲擊部位的準確性，產生更平穩(wěn)高效的電能；克服了由離心力來提供撞擊的裝置，在高速流體作用下會產生離心力過大而緊貼壓電振子而失效。
文檔編號F03D9/00GK203014707SQ20122057094
公開日2013年6月19日 申請日期2012年10月31日 優(yōu)先權日2012年10月31日
發(fā)明者楊穎 , 沈欽龍, 金家楣 申請人:南京航空航天大學