專利名稱：一種旋轉壓電發(fā)電裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明是一種新型旋轉壓電發(fā)電裝置，特別適合收集低頻振動環(huán)境中變化的轉動機械能，屬于微能源技術領域。
背景技術：
環(huán)境中的振動具有低頻、隨機變化的特點。目前，利用壓電技術獲取環(huán)境振動能的主要方法包括共振調(diào)節(jié)式、聯(lián)合式、增頻式、非線性振動式。其中，增頻式壓電發(fā)電結構簡單、效率較高，日益到關注。增頻式壓電發(fā)電的主要特點利用機械碰撞或無接觸沖擊提高壓電懸臂梁的響應頻率，增加壓電懸臂梁的輸出功率。Priya提出一種機械接觸碰撞式旋轉壓電發(fā)電機(發(fā)明專利號 US2010/0052324A1)，能夠收集變化的轉動能，但機械接觸方式存在機械能損失和降低使用壽命的缺點。Rastegar和Murry等提出二階旋轉壓電發(fā)電機的概念(J. Rastegar and R. Murray. “ Novel two-stage piezoelectric-based electrical energy generators for low and variable speed rotary machinery" . Proc. SPIE 7288, 72880B2009), ^lJM 永磁力傳遞非接觸沖擊，提高了壓電懸臂梁對低頻激振的響應頻率，但壓電懸臂梁在受到非接觸沖擊力作用時，響應振幅不斷衰減。Cottone等研究了壓電懸臂梁處于雙穩(wěn)態(tài)勢能狀態(tài)下的振動響應(F. cottone， H.Vocca and L.Gammaitoni. Nolinear Energy Harvesting. Physical Review Letters. 2009)，研究結果證實了壓電懸臂梁進入雙穩(wěn)態(tài)勢能狀態(tài)時，壓電懸臂梁響應振幅增大，平均輸出功率增加。本專利基于雙穩(wěn)態(tài)勢能原理，設計了一種帶有軸向永磁力調(diào)節(jié)裝置的新型旋轉壓電發(fā)電機。該發(fā)電機能夠解決普通旋轉壓電發(fā)電機的壓電懸臂梁振幅衰減的問題，能夠增加壓電懸臂梁的平均輸出功率。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術難題是克服普通旋轉壓電發(fā)電機的壓電懸臂梁振幅衰減的缺點，發(fā)明一種全新的旋轉壓電發(fā)電裝置，特別適合收集低頻振動環(huán)境中變化的轉動機械能。本發(fā)明主要的特征如下該旋轉壓電發(fā)電裝置，包括旋轉軸、調(diào)整輪、激振輪、壓電雙晶梁及底座、前端支架、后端支架、彈性擋圈、旋轉軸、前端蓋、后端蓋、前端軸承和后端軸承等組成。前端軸承置于前端支架孔內(nèi)，前端蓋通過前端蓋螺釘固定到前端支架上，起到固定前端軸承作用。后端軸承置于后端支架孔內(nèi)，后端蓋通過后端蓋螺釘固定到后端支架上，起到固定后端軸承作用。激振輪主要有輪轂和汝鐵鵬永磁鐵組成。輪轂開有鍵槽，輪轂周向均勻開15個凹槽，凹槽放置汝鐵鵬永磁鐵。利用普通平鍵連接旋轉軸實現(xiàn)激勵輪的周向定位。利用彈性擋圈實現(xiàn)激勵輪的軸向定位。調(diào)整輪利用前連接螺栓和前連接螺母固定在前端支架上，圓周均勻分布30個凹槽，凹槽內(nèi)放置汝鐵鵬永磁鐵。壓電雙晶梁利用螺栓螺母固定在底座上，圓周安裝在底座四周。壓電雙晶懸臂梁主要組成包括銅梁、壓電陶瓷片、永磁鐵支撐塊、汝鐵鵬永磁鐵。壓電雙晶懸臂梁固定端開兩圓孔，起到固定作用；壓電陶瓷片利用導電膠粘著于銅梁兩側，極性相對；永磁鐵支撐塊和壓電雙晶梁用強力膠連接，汝鐵鵬永磁鐵也利用強力膠固定于永磁鐵支撐塊。壓電雙晶梁底座與后端支架固定是利用后連接螺栓和后連接螺母完成。利用套筒封閉旋轉發(fā)電機，利用前套筒連接螺釘、后套筒連接螺釘分別固定前端支架和后端支架上。本發(fā)明的基本原理是利用無接觸永磁力提高了壓電雙晶梁的響應頻率，基于雙穩(wěn)態(tài)勢能原理提高了壓電雙晶梁的響應振幅，增加了輸出功率。本發(fā)明裝置具有結構簡單，能量轉換效率高等優(yōu)點，能夠適用于復雜無規(guī)則的自然環(huán)境。
圖1旋轉壓電發(fā)電三維視圖。圖2旋轉壓電發(fā)電機爆炸視圖。圖3前端支架示意圖。圖4調(diào)整輪示意圖。圖5激勵輪示意圖。圖6旋轉軸示意圖。圖7壓電雙晶梁示意圖。圖8底座示意圖。圖9后端支架示意圖。圖10永磁鐵方位及磁極方向示意圖。圖11壓電懸臂梁處理電路圖。圖12旋轉壓電發(fā)電機應用示例I。圖13旋轉壓電發(fā)電機應用示例II。圖中1前端板螺釘，2前端蓋，3前端軸承，4前連接螺栓，5前套筒連接螺釘，6前端支架，7調(diào)整輪，8前連接螺母，9激勵輪，10旋轉軸，11普通平鍵，12彈性擋圈，13壓電雙晶梁，14螺栓、螺母，15后端連接螺母，16底座，17后端支架，18后套筒連接螺釘，19后連接螺栓，20后端軸承，21后端蓋，22后端蓋螺釘。a銅梁，b壓電陶瓷片，c永磁鐵支撐塊，d汝鐵鵬永磁鐵。
具體實施例方式結合附圖和技術方案詳細說明本發(fā)明的具體實施方式
。旋轉壓電發(fā)電裝置(附圖1、附圖2~)的工作原理為轉動機械能通過旋轉軸傳遞給激振輪，激振輪通過無接觸永磁力沖擊壓電懸臂梁，讓壓電雙晶梁產(chǎn)生高頻振動產(chǎn)生電能。利用調(diào)整輪使壓電懸臂梁處于雙穩(wěn)態(tài)能量狀態(tài)，能夠提高壓電懸臂梁響應振幅和輸出功率。將激勵輪9 (附圖5)裝入旋轉軸10(附圖6)，利用普通平鍵11實現(xiàn)周向定位，利用彈性擋圈12實現(xiàn)軸向定位。利用螺栓4和螺母8將調(diào)整輪7 (附圖4)固定在前端支架上。把裝配好的軸放入前端支架(附圖幻，安裝前端軸承3，利用前端蓋和前端蓋螺釘1實現(xiàn)軸的一端支撐與定位。利用螺栓、螺母14將壓電雙晶梁13(附圖7)固定在壓電雙晶梁底座(附圖8)上，用螺栓19和螺母15固定底座和后端支架(附圖9)。將旋轉軸已裝配部分放入套筒23，后支座裝配好的部件放入旋轉軸。安裝夠后端軸承20，利用后端蓋21和后端蓋螺釘22實現(xiàn)軸承定位。利用螺釘5、18固定套筒與前后支架。永磁鐵方位及磁極方向(附圖10)，壓電雙晶梁端13端部磁鐵與調(diào)整輪7磁鐵磁鐵磁極相對，表現(xiàn)為斥力。調(diào)整輪7內(nèi)部永磁鐵與壓電雙晶梁端13端部磁鐵磁極方位相同， 也表現(xiàn)為斥力。壓電雙晶梁后處理電路(附圖11)采用簡單全橋整流電路，直接對負載供 H1^ ο當旋轉軸10帶動激勵輪9轉動時，壓電懸臂梁13受到瞬時永磁力的沖擊作用而發(fā)生高頻沖擊振動。調(diào)整輪7能夠提高壓電懸臂梁13的響應振幅，提高旋轉壓電發(fā)電機輸出功率。本發(fā)明適合收集環(huán)境機械能包括波浪能、風能，它們具有相同的特點變化、不穩(wěn)定。利用波浪能得到往復直線形式機械能，利用齒輪齒條轉化為旋轉機械能，旋轉壓電發(fā)電機將旋轉機械能轉換為電能(附圖1 。氣流推動風輪轉動，風輪帶動旋轉壓電發(fā)電機發(fā)電(附圖13)。
權利要求
1. 一種旋轉壓電發(fā)電裝置，其特征在于，該旋轉壓電發(fā)電裝置，包括旋轉軸、調(diào)整輪、 激振輪、壓電雙晶梁及底座、后端支架、前端支架、彈性擋圈、旋轉軸、前端蓋、后端蓋、前端軸承和后端軸承；前端軸承C3)置于前端支架(6)孔內(nèi)，前端蓋( 通過前端蓋螺釘(1)固定到前支架 (6)上，固定軸承(3)；后端軸承00)置于后端支架(17)孔內(nèi)，后端蓋通過后端蓋螺釘0 固定到后端支架(17)上，固定后端軸承OO)；激振輪(9)主要有輪轂和汝鐵鵬永磁鐵組成；輪轂開有鍵槽，輪轂周向均勻開15個凹槽，凹槽放置汝鐵鵬永磁鐵；利用普通平鍵(11)連接旋轉軸(10)實現(xiàn)激勵輪(9)的周向定位；彈性擋圈(12)實現(xiàn)激勵輪(9)的軸向定位；調(diào)整輪(7)利用前連接螺栓(4)和前連接螺母(8)固定在前端支架(6)上，圓周均勻分布30個凹槽，凹槽內(nèi)放置汝鐵鵬永磁鐵；壓電雙晶梁梁(1 利用螺栓螺母(14)固定在壓電雙晶梁底座(16)上，圓周安裝在底座(16)四周；壓電雙晶懸臂梁(1 包括銅梁a、壓電陶瓷片(b)、永磁鐵支撐塊(C)、汝鐵鵬永磁鐵(d)；壓電雙晶懸臂梁(13)固定端開兩圓孔，起到固定作用；壓電陶瓷片(b)利用導電膠粘著于銅梁兩側，極性相對；永磁鐵支撐塊(c)和壓電雙晶梁(1 用強力膠連接，汝鐵鵬永磁鐵(d)也利用強力膠固定于永磁鐵支撐塊(C)上；底座(16)與后端支架(17)的固定利用后連接螺栓919和后連接螺母(1 完成； 利用套筒封閉旋轉發(fā)電機，利用前套筒連接螺釘(5)、后套筒連接螺釘(18)分別固定前端支架(6)和后端支架(17)上。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種旋轉壓電發(fā)電裝置，特別適合收集環(huán)境中變化的、隨機的能量。利用無接觸永磁力提高了壓電雙晶梁響應頻率，基于雙穩(wěn)態(tài)勢能原理提高了壓電雙晶梁的響應振幅，增加了輸出功率。本發(fā)明裝置主要組成激勵輪、調(diào)節(jié)輪、壓電雙晶梁等。環(huán)境機械能通過旋轉軸傳遞給激勵輪，激勵輪利用永磁鐵永磁力沖擊壓電懸臂梁，壓電懸臂梁響應頻率遠大于激勵輪頻率。調(diào)整輪使壓電懸臂梁處于雙穩(wěn)態(tài)勢能狀態(tài)下，能夠提高懸臂梁響應振幅。本發(fā)明裝置具有結構簡單，能量轉換效率高等優(yōu)點，能夠適用于復雜無規(guī)則的自然環(huán)境。
文檔編號H02N2/18GK102255557SQ201110203878
公開日2011年11月23日 申請日期2011年7月20日 優(yōu)先權日2011年7月20日
發(fā)明者姚斐, 熊葉勝, 褚金奎, 韓冰峰 申請人:大連理工大學