一種風(fēng)力帶動的旋轉(zhuǎn)式壓電電磁混合發(fā)電的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明一種風(fēng)力帶動的旋轉(zhuǎn)式壓電電磁混合發(fā)電機(jī)屬于新能源【技術(shù)領(lǐng)域】，涉及一種風(fēng)力帶動的旋轉(zhuǎn)式壓電電磁混合發(fā)電機(jī)，用于收集環(huán)境中的風(fēng)能并將其轉(zhuǎn)換為電能。該發(fā)電機(jī)由風(fēng)能收集部件，壓電發(fā)電部件，電磁發(fā)電部件以及整流電路組成。壓電發(fā)電部件由壓電雙晶梁組件、主軸、壓電雙晶梁上的端部磁鐵、固定激振磁鐵的轉(zhuǎn)盤、底座、固定壓電雙晶梁的夾具、電機(jī)支架、電機(jī)固定螺母、電機(jī)固定螺栓、轉(zhuǎn)盤上的激振磁鐵組成。本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡單，造價便宜；適用于低速風(fēng)能，可與傳感器節(jié)點(diǎn)搭配使用，在理想情況下可以實(shí)現(xiàn)為傳感器節(jié)點(diǎn)永久供電。本發(fā)明中利用磁鐵之間的相互激振力使壓電晶體產(chǎn)生振動，增強(qiáng)了抗疲勞損壞能力，優(yōu)于接觸式激振方式。
【專利說明】—種風(fēng)力帶動的旋轉(zhuǎn)式壓電電磁混合發(fā)電機(jī)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于新能源【技術(shù)領(lǐng)域】，涉及一種風(fēng)力帶動的旋轉(zhuǎn)式壓電電磁混合發(fā)電機(jī)，用于收集環(huán)境中的風(fēng)能并將其轉(zhuǎn)換為電能。
【背景技術(shù)】
[0002]目前，能源危機(jī)日漸凸顯其嚴(yán)峻性，給人們的日常生活造成了極大的不便，新能源技術(shù)成為緩解能源危機(jī)的有效手段受到人們的重視。人們對風(fēng)能的利用歷史悠久，其主要利用手段是建造大型風(fēng)力發(fā)電站，并且所利用的風(fēng)能多是高速狀態(tài)下的風(fēng)能，而低速狀態(tài)下的風(fēng)能利用往往被人們忽視。而更廣泛存在的是這種低速狀態(tài)下的風(fēng)能，設(shè)計(jì)可將低速風(fēng)能收集利用轉(zhuǎn)化成電能的微能源供能方案就顯得十分有價值。
[0003]環(huán)境中無時無刻都存在著風(fēng)能，利用風(fēng)力發(fā)電是一種清潔可再生能源，受到關(guān)注，從當(dāng)前的申請的專利來看，如中國專利申請?zhí)枮?01120014730.9的由丁鏞發(fā)明的“利用壓電材料發(fā)電的風(fēng)力發(fā)電機(jī)及其輔助機(jī)具”，該發(fā)電機(jī)主要利用壓電發(fā)電，又如申請?zhí)枮?01010512070.7的由余建平等人發(fā)明的“風(fēng)力發(fā)電機(jī)”，該發(fā)電機(jī)主要利用電磁發(fā)電，它們都是單一型發(fā)電裝置，即壓電發(fā)電或電磁發(fā)電，極少有將兩種發(fā)電方式進(jìn)行混合。壓電發(fā)電缺點(diǎn)是內(nèi)阻高，而且產(chǎn)生的電流較小，電磁發(fā)電要求工作頻率高，單獨(dú)使用一種發(fā)電方式還有很大一部分余能沒有被收集，發(fā)電效率較低。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，發(fā)明一種風(fēng)力帶動的旋轉(zhuǎn)式壓電電磁混合發(fā)電機(jī)，發(fā)電方式混合了壓電發(fā)電和電磁發(fā)電，利用環(huán)境中的低速風(fēng)能和壓電式風(fēng)力發(fā)電余能進(jìn)行電磁發(fā)電，提高了風(fēng)電轉(zhuǎn)化效率。本發(fā)明采用壓電晶體和電磁線圈作為中間換能機(jī)構(gòu)具有清潔無污染，性能穩(wěn)定。
[0005]本發(fā)明采用的技術(shù)方案是一種風(fēng)力帶動的旋轉(zhuǎn)式壓電電磁混合發(fā)電機(jī)，其特征在于:該發(fā)電機(jī)由風(fēng)能收集部件，壓電發(fā)電部件，電磁發(fā)電部件以及整流電路組成。
[0006]所述風(fēng)能收集部件由風(fēng)扇頭1、風(fēng)扇葉2、主軸3、主軸固定支架18組成；其中，風(fēng)扇頭1與主軸3之間采用鍵連接，主軸3通過2個軸承17和17’支撐在主軸固定支架18上。
[0007]所述壓電發(fā)電部件由壓電雙晶梁組件、主軸3、壓電雙晶梁上的端部磁鐵9、固定激振磁鐵的轉(zhuǎn)盤11、底座12、固定壓電雙晶梁的夾具14、電機(jī)支架15、電機(jī)固定螺母16、電機(jī)固定螺栓19、轉(zhuǎn)盤上的激振磁鐵20組成；其中，壓電雙晶梁組件由壓電雙晶梁的金屬中性層10和壓電雙晶梁的壓電層13構(gòu)成，并且兩層壓電晶體采用并聯(lián)輸出方式，轉(zhuǎn)盤11與壓電雙晶梁的端部磁鐵9正對，轉(zhuǎn)盤11上激振磁鐵20的個數(shù)與壓電雙晶梁的個數(shù)相同，壓電雙晶梁上的端部磁鐵9與轉(zhuǎn)盤11上的激振磁鐵20在豎直方向上正對，電機(jī)支架15與底座12相連，電機(jī)主體通過固定螺栓19和固定螺母16與電機(jī)支架15相連，電機(jī)固定螺栓19和螺母16共4對，繞主軸成圓周陣列分布，壓電雙晶梁通過夾具14固定在電機(jī)主體上，夾具14通過上下兩個加緊板在壓電雙晶梁金屬中性層10上夾緊，在壓電雙晶梁壓電層的上下表面引出電極f、f’以及金屬中性層上引出g;
[0008]所述電磁發(fā)電部件由主軸3、線圈圓盤固定螺母4、線圈圓盤支架5、線圈6、固定線圈的圓盤7、線圈圓盤固定螺栓8、壓電雙晶梁上的端部磁鐵9、固定激振磁鐵的轉(zhuǎn)盤11、底座12、轉(zhuǎn)盤上的激振磁鐵20組成；其中，主軸3與固定線圈的圓盤7之間采用鍵連接，主軸3與固定激振磁鐵20的轉(zhuǎn)盤11之間采用鍵連接，線圈6通過粘接固定在圓盤7的凹槽中，并圍繞主軸3呈圓周陣列分布，線圈6的數(shù)目與轉(zhuǎn)盤11上的激振磁鐵20數(shù)目相同，并與激振磁鐵20和壓電雙晶梁上的端部磁鐵9外側(cè)面正對，圓盤7通過支架5與底座12連接，而圓盤通過固定螺母4與固定螺栓8與支架5相連，線圈圓盤固定螺栓8和螺母4共4對，繞主軸成圓周陣列分布，在線圈兩端的導(dǎo)線處分別引出電極d、e;
[0009]所述整流電路為后續(xù)收集電能的電路，壓電電磁產(chǎn)生的交流電經(jīng)過整流電路變成直流電，其中，壓電發(fā)電部分和電磁發(fā)電部分各自接標(biāo)準(zhǔn)整流電路，壓電發(fā)電部分產(chǎn)生的電能收集在電容C1、電阻札兩端，電磁發(fā)電產(chǎn)生的電能收集在電容C2、電阻R2兩端。
[0010]所述方案中，圓盤7有三種不同的形式，形式a),圓盤7為一般圓盤,周圍有凹槽，凹槽繞主軸3成圓周陣列分布，線圈6通過粘接的方式固定在圓盤7的凹槽中，并且與激振磁鐵20垂直正對；形式b)，圓盤7’在圓盤周圍伸出臂，臂繞主軸3成圓周陣列分布，臂上有凹槽，線圈6’通過粘接固定在圓盤7’所伸出的臂的凹槽中，并且在端部磁鐵9和激振磁鐵20的中間，與激振磁鐵20豎直正對；形式c)，圓盤7’ ’成圓臺狀，在圓盤傾斜部位有凹槽，凹槽繞主軸成圓周陣列分布，線圈6’’通過粘接的方式固定在圓盤7’’的凹槽中，與激振磁鐵20斜正對。
[0011]本發(fā)明的有益效果是:本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡單，造價便宜；適用于低速風(fēng)能，可與傳感器節(jié)點(diǎn)搭配使用，在理想情況下可以實(shí)現(xiàn)為傳感器節(jié)點(diǎn)永久供電。本發(fā)明中利用磁鐵之間的相互激振力使壓電晶體產(chǎn)生振動，增強(qiáng)了抗疲勞損壞能力,優(yōu)于接觸式激振方式。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0012]附圖1表不一種風(fēng)力帶動的旋轉(zhuǎn)式壓電電磁混合發(fā)電機(jī)的結(jié)構(gòu)圖；
[0013]附圖2表不一種風(fēng)力帶動的旋轉(zhuǎn)式壓電電磁混合發(fā)電機(jī)的電磁發(fā)電部件中圓盤不同形式不意圖。其中，a)圖表不圓盤7為一般圓盤的形式,b)圖表不圓盤7’在圓盤周圍伸出臂的形式，c)圖表示圓盤7’’成圓臺狀的形式；
[0014]附圖3表示一種風(fēng)力帶動的旋轉(zhuǎn)式壓電電磁混合發(fā)電機(jī)整流電路原理圖，其中，d、e分別為電磁發(fā)電部件中線圈兩端導(dǎo)線分別引出的電極，f、f’為壓電發(fā)電部件中壓電雙晶梁壓電層上下表面引出的電極，g為壓電雙晶梁金屬中性層引出的電極。
[0015]圖中:1-風(fēng)扇頭；2_風(fēng)扇葉；3-主軸；4_線圈圓盤固定螺母；5-線圈圓盤支架；6-線圈；7-固定線圈的圓盤；8_線圈圓盤固定螺栓；9_壓電雙晶梁上的端部磁鐵；10_壓電雙晶梁的金屬中性層；11_固定激振磁鐵的轉(zhuǎn)盤；12-底座；13-壓電雙晶梁的壓電層；14-固定壓電雙晶梁的夾具；15_電機(jī)支架；16_電機(jī)固定螺母；17_主軸與主軸固定支架之間的軸承；18_主軸固定支架；19_電機(jī)固定螺栓；20_轉(zhuǎn)盤上的激振磁鐵。
【具體實(shí)施方式】[0016]下面結(jié)合附圖和【具體實(shí)施方式】對本發(fā)明做進(jìn)一步說明。
[0017]本發(fā)明的主要工作原理如下:旋轉(zhuǎn)式壓電電磁混合發(fā)電裝置通過壓電晶體的壓電效應(yīng)和磁鐵線圈間的電磁感應(yīng)將風(fēng)能轉(zhuǎn)化為電能，壓電晶體產(chǎn)生的電流是交流電，交流電源經(jīng)過全橋整流電路后變成直流電源。
[0018]參照圖1，一種風(fēng)力帶動的旋轉(zhuǎn)式壓電電磁混合發(fā)電機(jī)的結(jié)構(gòu)圖，其工作流程如下:電機(jī)主體是一個中空的柱形，上面固定著多個壓電雙晶梁。風(fēng)扇葉2受環(huán)境中低速風(fēng)能作用，產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)運(yùn)動，通過鍵連接帶動主軸3繞主軸固定支架18上的軸承旋轉(zhuǎn)，主軸3的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動帶動轉(zhuǎn)盤11產(chǎn)生轉(zhuǎn)動，隨著轉(zhuǎn)盤11的轉(zhuǎn)動，轉(zhuǎn)盤11上的磁鐵20與壓電雙晶梁的端部磁鐵9之間由于磁場的作用產(chǎn)生無接觸式周期作用力，使得壓電雙晶梁產(chǎn)生周期性振動，壓電晶體在端部受力時會產(chǎn)生彎曲變形，由壓電效應(yīng)可知壓電晶體會隨著自身彎曲變形而產(chǎn)生交流電。轉(zhuǎn)盤11上的激振磁鐵20轉(zhuǎn)動和壓電雙晶梁端部磁鐵9振動時產(chǎn)生磁場變化，而處在該變化磁場中的線圈6相當(dāng)于在周期性的切割磁感線，使磁通量發(fā)生變化，由電磁感應(yīng)可知，線圈6的導(dǎo)線中會因此而產(chǎn)生交流電。由壓電效應(yīng)和電磁感應(yīng)產(chǎn)生的交流電就是本發(fā)明中壓電發(fā)電體的輸出電源。
[0019]參照圖2，一種風(fēng)力帶動的旋轉(zhuǎn)式壓電電磁混合發(fā)電機(jī)的電磁發(fā)電部件中圓盤不同形式示意圖，該示意圖揭示了在電磁發(fā)電部分，圓盤7可有不同的形式，當(dāng)激振磁鐵20與壓電雙晶梁端部磁鐵9正對擺放時，有圖a)、圖b)所示兩種形式；當(dāng)激振磁鐵20與壓電雙晶梁端部磁鐵9非正對擺放，而是平行錯開一段距離，此時有圖c)所示形式。其中，當(dāng)激振磁鐵20與壓電雙晶梁端部磁鐵9的磁極布置形式不同時，磁場的方向和強(qiáng)度均會有所不同，從而會對電磁感應(yīng)產(chǎn)生的電流大小造成影響。以圖a)所示形式為例，在轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)速一定時，若激振磁鐵20與壓電雙晶梁端部磁鐵9的不同極性磁極相對時，根據(jù)此時的磁感線分布可知，線圈6處的磁感線較密集，磁場強(qiáng)度較大，由電磁感應(yīng)產(chǎn)生的電流就可能較大；若激振磁鐵20與壓電雙晶梁端部磁鐵9的相同極性磁極相對時，根據(jù)此時的磁感線分布可知，線圈6處的磁感線較稀疏，而且有較多磁感線穿過線圈后又從同一側(cè)穿出，方向相互抵消，磁場強(qiáng)度較小，磁通量較小，由電磁感應(yīng)產(chǎn)生的電流就可能較小。激振磁鐵20與壓電雙晶梁端部磁鐵9不同極性并列時與不同極性相對時情況比較相似，而相同極性并列時與相同極性相對時情況比較相似。圓盤7的最佳形式以及激振磁鐵20與壓電雙晶梁端部磁鐵9最佳布置形式還需經(jīng)試驗(yàn)測試。
[0020]參照圖3，該圖表示壓電電磁發(fā)電裝置后續(xù)整流電路原理圖，壓電和電磁發(fā)電產(chǎn)生的均為交流電，該交流電經(jīng)過圖3所示整流電路后變?yōu)橹绷麟?。其中，壓電發(fā)電部分和電磁發(fā)電部分各自接整流電路，壓電發(fā)電部分產(chǎn)生的電能收集在電容q、電阻&兩端，電磁發(fā)電部分產(chǎn)生的電能收集在電容C2、電阻R2兩端。
[0021]本發(fā)明設(shè)計(jì)的風(fēng)力帶動的旋轉(zhuǎn)式壓電電磁混合發(fā)電機(jī)，結(jié)構(gòu)簡單耐用，造價便宜，清潔環(huán)保，最大的優(yōu)點(diǎn)是可以有效且高效地利用環(huán)境中的低速風(fēng)能，將壓電發(fā)電與電磁發(fā)電混合，提聞了風(fēng)電轉(zhuǎn)化效率。
【權(quán)利要求】
1.一種風(fēng)力帶動的旋轉(zhuǎn)式壓電電磁混合發(fā)電機(jī)，其特征在于:該發(fā)電機(jī)由風(fēng)能收集部件，壓電發(fā)電部件，電磁發(fā)電部件以及整流電路組成；所述風(fēng)能收集部件由風(fēng)扇頭(1)、風(fēng)扇葉(2)、主軸(3)、主軸固定支架(18)組成；風(fēng)扇頭(1)與主軸(3)之間采用鍵連接，主軸(3)通過2個軸承(17)和(17’ )固定在主軸固定支架(18)上；所述壓電發(fā)電部件由壓電雙晶梁組件、主軸(3)、壓電雙晶梁上的端部磁鐵(9)、固定激振磁鐵的轉(zhuǎn)盤(11)、底座(12)、固定壓電雙晶梁的夾具(14)、電機(jī)支架(15)、電機(jī)固定螺母(16)、電機(jī)固定螺栓(19)、轉(zhuǎn)盤上的激振磁鐵(20)組成；其中，壓電雙晶梁組件由壓電雙晶梁的金屬中性層(10)和壓電雙晶梁的壓電層(13)構(gòu)成，并且兩層壓電晶體采用并聯(lián)輸出方式，轉(zhuǎn)盤(11)與壓電雙晶梁的端部磁鐵(9)正對，轉(zhuǎn)盤(11)上激振磁鐵(20)的個數(shù)與壓電雙晶梁的個數(shù)相同，壓電雙晶梁上的端部磁鐵(9)與轉(zhuǎn)盤(11)上的激振磁鐵(20)在豎直方向上正對，電機(jī)支架(15)與底座(12)相連，電機(jī)主體通過固定螺栓(19)和固定螺母(16)與電機(jī)支架(15)相連，電機(jī)固定螺栓(19)和螺母(16)共4對，繞主軸成圓周陣列分布，壓電雙晶梁通過夾具(14)固定在電機(jī)主體上，夾具(14)通過上下兩個加緊板在壓電雙晶梁金屬中性層(10)上夾緊，在壓電雙晶梁壓電層的上下表面引出電極(f)、(f’ )以及金屬中性層上引出(g);所述電磁發(fā)電部件由主軸(3)、線圈圓盤固定螺母(4)、線圈圓盤支架(5)、線圈(6)、固定線圈的圓盤(7)、線圈圓盤固定螺栓(8)、壓電雙晶梁上的端部磁鐵(9)、固定激振磁鐵的轉(zhuǎn)盤(11)、底座(12)、轉(zhuǎn)盤上的激振磁鐵(20)組成；其中，主軸(3)與固定線圈的圓盤(7)之間采用鍵連接，主軸(3)與固定激振磁鐵(20)的轉(zhuǎn)盤(11)之間采用鍵連接，線圈(6)通過粘接固定在圓盤(7)的凹槽中，并圍繞主軸(3)呈圓周陣列分布，線圈(6)的數(shù)目與轉(zhuǎn)盤(11)上的激振磁鐵(20 )數(shù)目相同，并與激振磁鐵(20 )和壓電雙晶梁上的端部磁鐵(9 )外側(cè)面正對，圓盤(7)通過支架(5)與底座(12)連接,而圓盤通過固定螺母(4)與固定螺栓(8)與支架(5)相連，線圈圓盤固定螺栓(8)和螺母(4)共4對，繞主軸成圓周陣列分布，在線圈兩端的導(dǎo)線處分別引出電極(d)、(e);所述整流電路為后續(xù)收集電能的電路，壓電電磁產(chǎn)生的交流電經(jīng)過整流電路變成直流電，其中，壓電發(fā)電部分和電磁發(fā)電部分各自接標(biāo)準(zhǔn)整流電路，壓電發(fā)電部分產(chǎn)生的電能收集在電容Q、電阻札兩端，電磁發(fā)電產(chǎn)生的電能收集在電容C2、電阻R2兩端。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種風(fēng)力帶動的旋轉(zhuǎn)式壓電電磁混合發(fā)電機(jī)，其特征在于:圓盤(7)有三種不同的形式，形式a)，圓盤(7)為一般圓盤，周圍有凹槽，凹槽繞主軸(3)成圓周陣列分布，線圈(6)通過粘接的方式固定在圓盤(7)的凹槽中，并且與激振磁鐵(20)垂直正對；形式b)，圓盤(7’)在圓盤周圍伸出臂，臂繞主軸(3)成圓周陣列分布，臂上有凹槽，線圈(6’)通過粘接固定在圓盤(7’)所伸出的臂的凹槽中，并且在端部磁鐵(9)和激振磁鐵(20)的中間，與激振磁鐵(20)豎直正對；形式c)，圓盤(7’ ’ )成圓臺狀，在圓盤傾斜部位有凹槽，凹槽繞主軸成圓周陣列分布，線圈(6’ ’ )通過粘接的方式固定在圓盤(7’ ’ )的凹槽中，與激振磁鐵(20)斜正對。
【文檔編號】H02N2/18GK103684047SQ201310704538
【公開日】2014年3月26日 申請日期:2013年12月18日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月18日
【發(fā)明者】褚金奎, 紀(jì)瀟, 韓冰峰, 霍新新, 鄒炎火 申請人:大連理工大學(xué)