風(fēng)鈴式壓電發(fā)電裝置制造方法
【專利摘要】一種風(fēng)鈴式壓電發(fā)電裝置，屬于壓電發(fā)電領(lǐng)域。該裝置由多個(gè)桿組件陣列式懸掛而成，桿組件由上而下包括至少兩個(gè)由柔性接頭（2）連接的剛性桿（1），柔性接頭（2）側(cè)壁的至少附著1個(gè)壓電陶瓷片（3）。多個(gè)剛性桿（1）經(jīng)多個(gè)附著有壓電陶瓷片（3）的柔性接頭（2）連接形成桿組件。每個(gè)懸掛狀態(tài)的桿組件具有多個(gè)彎曲諧振頻率，當(dāng)激勵(lì)頻率與某階諧振頻率接近時(shí)，桿組件將發(fā)生彎曲共振。來流經(jīng)過迎風(fēng)面上的桿組件時(shí)，桿組件產(chǎn)生彎曲并在其后產(chǎn)生卡門渦街，陣列內(nèi)相鄰渦街具有相位差，共同作用于桿組件，激發(fā)桿組件產(chǎn)生共振。本實(shí)用新型利用陣列式結(jié)構(gòu)提高來流動(dòng)能的利用率，利用共振提高系統(tǒng)機(jī)電轉(zhuǎn)換效率，具有來流方向不敏感、流速范圍寬的優(yōu)點(diǎn)。
【專利說明】風(fēng)鈴式壓電發(fā)電裝置【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于風(fēng)力發(fā)電和水力發(fā)電領(lǐng)域，特別是一種風(fēng)鈴式壓電發(fā)電裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]利用自然界風(fēng)能和水能進(jìn)行發(fā)電，為各種戶外設(shè)施進(jìn)行自供電的系統(tǒng)符合當(dāng)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(wǎng)、礦山安全、環(huán)境監(jiān)測、平安家居、醫(yī)療保健等領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。
[0003]美國的Priya采用壓電器件設(shè)計(jì)制造了一種小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)US11/252903?？稍跁r(shí)速8~16公里的風(fēng)力驅(qū)動(dòng)下發(fā)電。發(fā)電機(jī)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(chǎn)生振蕩，從而輸出電能。該方案具有兩個(gè)缺點(diǎn):一是壓電雙晶片每一次轉(zhuǎn)動(dòng)都與凸輪碰撞，摩擦，因此產(chǎn)生磨損，造成能量損失，同時(shí)降低使用壽命。二是在風(fēng)速較低時(shí)，槳葉與凸輪不會(huì)脫離，壓電雙晶片保持一定的彎曲狀態(tài)不變，此時(shí)不再發(fā)電。由NECTOKIN與日本Heardea聯(lián)合開發(fā)、配備采用壓電轉(zhuǎn)換元件的發(fā)電裝置的新型道路標(biāo)識(shí)在日本試運(yùn)行。其原理就是通過置于環(huán)形槽內(nèi)鋼球的滾動(dòng)，撞擊壓電元件來發(fā)電。該裝置設(shè)置在交通量大的公路隧道內(nèi)，可利用汽車駛過時(shí)產(chǎn)生的氣流驅(qū)動(dòng)標(biāo)識(shí)旋轉(zhuǎn)。鋼球位于由壓電轉(zhuǎn)換元件分隔成的環(huán)形通道中，標(biāo)識(shí)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)鋼球就會(huì)在通道中運(yùn)動(dòng)，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(diǎn)除了摩擦造成能量損失、降低使用壽命之外，當(dāng)車連續(xù)駛過而產(chǎn)生強(qiáng)烈的風(fēng)時(shí)標(biāo)識(shí)就會(huì)高速轉(zhuǎn)動(dòng)，從而使鋼球緊貼著壓電轉(zhuǎn)換元件運(yùn)動(dòng)，壓電元件得不到交變的壓力作用，就不能發(fā)電了。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的在于提供一種利用壓電效應(yīng)收集流體動(dòng)能的高效、適用范圍廣的壓電發(fā)電裝置。
[0005]一種風(fēng)鈴式壓電發(fā)電裝置，其特征在于:包括懸掛式桿組件，所述懸掛式桿組件由上而下依次包括至少兩個(gè)剛性桿和用于連接相鄰剛性桿的柔性接頭，柔性接頭側(cè)壁至少附著一個(gè)壓電陶瓷片。
[0006]所述的風(fēng)鈴式壓電發(fā)電裝置，其特征在于:所述懸掛式桿組件超過I組，多組懸掛式桿組件以陣列方式懸掛于支撐架上。
[0007]針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的弱點(diǎn)，本發(fā)明的結(jié)構(gòu)旨在利用卡門渦街和結(jié)構(gòu)共振，提高來流動(dòng)能的利用率、提高系統(tǒng)機(jī)電轉(zhuǎn)換效率，以簡單結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)高功率、高效率，解決來流方向敏感、流速范圍窄等問題。技術(shù)特征包括:每個(gè)懸掛狀態(tài)的桿組件具有多個(gè)彎曲諧振頻率，當(dāng)激勵(lì)頻率與桿組件某階諧振頻率接近時(shí)，桿組件將發(fā)生彎曲共振；來流經(jīng)過迎風(fēng)面上的桿組件時(shí)，桿組件產(chǎn)生彎曲并在其后產(chǎn)生卡門渦街，陣列內(nèi)相鄰渦街具有相位差，共同作用于桿組件，激發(fā)桿組件產(chǎn)生共振；陣列式結(jié)構(gòu)使得來流方向的變化對(duì)發(fā)電能力影響較小，而在高度方向上來流速度的不均勻分布和變化使得陣列內(nèi)流場趨于紊亂，增加流體作用的頻率成分，更有利于桿組件共振的激發(fā)；桿組件的數(shù)量、排布方式以及桿組件本身所含單元數(shù)可以根據(jù)應(yīng)用場所的流體流動(dòng)情況進(jìn)行配置，組裝簡便。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0008]圖1是本發(fā)明壓電發(fā)電裝置的主視圖；
[0009]圖2是本發(fā)明壓電發(fā)電裝置單個(gè)懸掛式桿組件主視圖；
[0010]圖3是流體的卡門渦街；
[0011]圖4是本壓電發(fā)電裝置極化方向；
[0012]圖5是本壓電發(fā)電裝置彎折時(shí)壓電陶瓷片產(chǎn)生正壓電效應(yīng)而形成電荷；
[0013]圖6是本壓電發(fā)電裝置靜止?fàn)顟B(tài)；
[0014]圖7是本壓電發(fā)電裝置一種彎折狀態(tài)；
[0015]圖8是本壓電發(fā)電裝置二種彎折狀態(tài)；
[0016]圖9是本壓電發(fā)電裝置三種彎折狀態(tài)；
[0017]圖中標(biāo)號(hào)名稱:1、剛性桿，2、柔性接頭，3、壓電陶瓷片。
【具體實(shí)施方式】
[0018]結(jié)合圖1和圖2，本發(fā)明風(fēng)鈴式壓電發(fā)電裝置由風(fēng)鈴式桿組件構(gòu)成，所述的風(fēng)鈴式桿組件包括兩個(gè)剛性桿1、柔性接頭2和壓電陶瓷片3，其中柔性接頭2用于連接兩段剛性桿1，壓電陶瓷片3則粘貼于柔性接頭2上，并保證柔性接頭2處能較易彎折。
[0019]本發(fā)明風(fēng)鈴式壓電發(fā)電裝置的每一組懸掛式桿組件可以由至少2段剛性桿I經(jīng)柔性接頭2串聯(lián)而成，柔性接頭2粘貼的壓電陶瓷片3的數(shù)量至少為I個(gè)?？梢愿鶕?jù)不同環(huán)境流動(dòng)速率和范圍選擇不同數(shù)量的經(jīng)柔性接頭2串聯(lián)而成的剛性桿，形成I組懸掛式桿組件，將懸掛式桿組件按一定的幾何關(guān)系以并聯(lián)方式懸掛于支撐架上。
[0020]結(jié)合圖3、圖4和圖5，本發(fā)明將各根懸掛式桿組件懸掛排列起來，如同風(fēng)鈴一般，當(dāng)有流體流入時(shí)，迎風(fēng)面的懸掛式桿組件產(chǎn)生彎曲同時(shí)產(chǎn)生卡門渦街，以渦街脫落頻率作用于其后的懸掛式桿組件使其中的柔性接頭2產(chǎn)生彎曲振動(dòng)，迫使附著其上的壓電陶瓷片3產(chǎn)生壓電效應(yīng)輸出電荷，完成流體能向電能的轉(zhuǎn)化。
[0021]結(jié)合圖6、圖7、圖8和圖9，如果渦街的交替脫落頻率與懸掛式桿組件某階彎曲諧振頻率相接近，會(huì)出現(xiàn)共振，壓電陶瓷片3變形量將大幅提高，提高發(fā)電裝置的輸出功率。由于懸掛式桿組件陣列式排列，在陣列內(nèi)部的渦街會(huì)相互作用，產(chǎn)生更為豐富的頻率成分，使陣列中產(chǎn)生共振的機(jī)會(huì)大為增加，流體能的利用率和機(jī)電轉(zhuǎn)換效率也大為增加。
【權(quán)利要求】
1.一種風(fēng)鈴式壓電發(fā)電裝置，其特征在于:包括懸掛式桿組件，所述懸掛式桿組件由上而下依次包括至少兩個(gè)剛性桿(I)和用于連接相鄰剛性桿(I)的柔性接頭(2)，柔性接頭(2 )側(cè)壁至少附著一個(gè)壓電陶瓷片(3 )。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的風(fēng)鈴式壓電發(fā)電裝置，其特征在于:所述懸掛式桿組件超過I組，多組懸掛式桿組件以陣列方式懸掛于支撐架上。
【文檔編號(hào)】H02N2/18GK203457076SQ201320511158
【公開日】2014年2月26日 申請(qǐng)日期:2013年8月21日 優(yōu)先權(quán)日:2013年8月21日
【發(fā)明者】楊穎 , 金家楣, 沈欽龍, 王一平 申請(qǐng)人:南京航空航天大學(xué)