專利名稱：一種電壓可調(diào)的壓電發(fā)電裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型屬于風(fēng)力發(fā)電和水力發(fā)電領(lǐng)域，特別是一種壓電發(fā)電裝置。
背景技術(shù)：
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(shì)，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(cè)、平安家居、醫(yī)療保健等領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。美國(guó)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(guò)置于環(huán)·形槽內(nèi)鋼球的滾動(dòng)，撞擊壓電元件來(lái)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(guò)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)是，當(dāng)車連續(xù)駛過(guò)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。

實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型的目的在于提供一種利用壓電材料收集流體動(dòng)能的高效、適用范圍廣的壓電發(fā)電裝置。實(shí)現(xiàn)本實(shí)用新型目的的技術(shù)解決方案為:一種壓電發(fā)電裝置，由渦輪轉(zhuǎn)子組件、壓電圈組件、滾柱組件構(gòu)成，所述的渦輪轉(zhuǎn)子組件包括渦輪葉片、轉(zhuǎn)軸構(gòu)成，由渦輪葉片轉(zhuǎn)動(dòng)帶動(dòng)轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)，渦輪葉片固定在轉(zhuǎn)軸的一端；壓電圈組件由壓電材料、第一電極、第二電極、第一導(dǎo)線、第二導(dǎo)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(dǎo)線的一端與軸承外圈連接，第二導(dǎo)線的一端與第二電極連接，第一導(dǎo)線、第二導(dǎo)線各自引出的另一端與負(fù)載連接，該壓電片粘貼在彈性片上形成壓電單元，由于所形成的壓電單元為柔性體，可將其按盒體的內(nèi)圓形狀貼緊并圍成一圈，壓電單元始終與滾柱保持接觸，盒蓋緊固于盒體上，壓電單元、盒蓋和盒體始終保持靜止?fàn)顟B(tài)，而轉(zhuǎn)軸靠軸承穿過(guò)盒蓋和盒體的中心位置并實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)動(dòng)；滾柱組件包括轉(zhuǎn)動(dòng)盤、滾柱和保持架構(gòu)成，由轉(zhuǎn)動(dòng)盤和保持架將滾柱進(jìn)行限位，滾柱本身可以自行轉(zhuǎn)動(dòng)，轉(zhuǎn)動(dòng)盤固定在轉(zhuǎn)軸的中間并且轉(zhuǎn)動(dòng)盤和保持架間隙配合，使得保持架形成浮空狀態(tài)，在轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動(dòng)下，使得轉(zhuǎn)動(dòng)盤、滾柱和保持架繞著轉(zhuǎn)軸軸心一起轉(zhuǎn)動(dòng)。本實(shí)用新型與現(xiàn)有技術(shù)相比，其顯著優(yōu)點(diǎn):(I)采用軸承式的外圈是柔性的壓電圈，滾柱對(duì)其擠壓即可使其變形，當(dāng)壓電單元不斷增加，就會(huì)使得輸出的電壓波動(dòng)減小，從而不用經(jīng)過(guò)整流和濾波就能產(chǎn)生平穩(wěn)的準(zhǔn)直流輸出；(2)克服了由離心力來(lái)提供撞擊的裝置，在高速流體作用下會(huì)產(chǎn)生離心力過(guò)大而緊貼壓電振子而失效；(3)可以根據(jù)安裝不同滾柱數(shù)量來(lái)調(diào)節(jié)不同的性能，從而使得其變化范圍大大增加，從而可以更好因地因時(shí)安裝不同型號(hào)的該裝置；(4)利用壓電效應(yīng)，從空氣或其他流體的運(yùn)動(dòng)中收集能量，轉(zhuǎn)化為電能，是一種小型風(fēng)力發(fā)電或水力發(fā)電裝置，可用于戶外使用的小型設(shè)備或設(shè)施的自供電。在很小和較大的風(fēng)速情況下都可以發(fā)電，具有廣泛的適應(yīng)性。[0007]
以下結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步詳細(xì)描述。


[0008]圖1是本實(shí)用新型壓電發(fā)電裝置的主視圖(圖1a)和左視圖(圖lb)。[0009]圖2是本實(shí)用新型壓電發(fā)電裝置俯視圖(圖2a)和局部放大圖(圖2b)。
具體實(shí)施方式
[0010]結(jié)合圖1 (圖la、圖1b)和圖2 (圖2a、圖2b)，本實(shí)用新型電壓可調(diào)的壓電發(fā)電裝置，由渦輪轉(zhuǎn)子組件、壓電圈組件、滾柱組件構(gòu)成，所述的渦輪轉(zhuǎn)子組件包括渦輪葉片7、轉(zhuǎn)軸6構(gòu)成，渦輪葉片7固定在轉(zhuǎn)軸6的一端，由渦輪葉片7轉(zhuǎn)動(dòng)帶動(dòng)轉(zhuǎn)軸6旋轉(zhuǎn)；[0011]滾柱組件包括轉(zhuǎn)動(dòng)盤4、滾柱2和保持架3構(gòu)成，由轉(zhuǎn)動(dòng)盤4和保持架3將滾柱2進(jìn)行限位，滾柱2本身自行轉(zhuǎn)動(dòng)，轉(zhuǎn)動(dòng)盤4固定在轉(zhuǎn)軸6的中間并且轉(zhuǎn)動(dòng)盤4和保持架3間隙配合，使得保持架3形成浮空狀態(tài)，在轉(zhuǎn)軸6轉(zhuǎn)動(dòng)下，使得轉(zhuǎn)動(dòng)盤4、滾柱2和保持架3繞著轉(zhuǎn)軸6軸心一起轉(zhuǎn)動(dòng)；[0012]壓電圈組件由壓電材料9、第一電極10、第二電極11、第一導(dǎo)線13、第二導(dǎo)線14組成，第一電極10、第二電極11涂在壓電材料9的兩面形成壓電片，第一導(dǎo)線13的一端與軸承15外圈連接，第二導(dǎo)線14的一端與第二電極11連接，第一導(dǎo)線13、第二導(dǎo)線14各自引出的另一端與負(fù)載12連接，該壓電片粘貼在彈性片8上形成壓電單元，將壓電單元按盒體I的內(nèi)圓形狀貼緊并圍成一圈形成壓電圈，壓電單元始終與滾柱2保持接觸，盒蓋5緊固于盒體I上，壓電單元、盒蓋5和盒體I始終保持靜止?fàn)顟B(tài)，而轉(zhuǎn)軸6靠軸承15穿過(guò)盒蓋5和盒體I的中心位置并實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)動(dòng)。[0013]以渦輪葉片7、轉(zhuǎn)軸6、保持架3和轉(zhuǎn)動(dòng)盤4水平為工作安裝狀態(tài)，流體流動(dòng)驅(qū)動(dòng)渦輪轉(zhuǎn)子組件和滾柱組件旋轉(zhuǎn)，滾柱2在保持架3和轉(zhuǎn)動(dòng)盤4作用，在壓電圈中運(yùn)動(dòng)，軸承式的外圈壓電圈是柔性的，滾柱對(duì)其擠壓即可使其變形，進(jìn)而使壓電材料9所被第一電極10、第二電極11上產(chǎn)生電荷，經(jīng)第一導(dǎo)線13、第二導(dǎo)線14輸出到負(fù)載12，實(shí)現(xiàn)流體動(dòng)能轉(zhuǎn)化為電能。滾柱2為2個(gè)以上，大小相等。[0014]本實(shí)用新型渦輪葉片7將空氣或水流的動(dòng)能轉(zhuǎn)化為轉(zhuǎn)軸6轉(zhuǎn)動(dòng)的動(dòng)能，從而帶動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)盤4的轉(zhuǎn)動(dòng)。由轉(zhuǎn)動(dòng)盤4和保持架3將滾柱2進(jìn)行限位，滾柱2本身可以自行轉(zhuǎn)動(dòng)，而轉(zhuǎn)動(dòng)盤4和保持架3間隙配合，使得保持架3形成浮空狀態(tài)，在轉(zhuǎn)軸I轉(zhuǎn)動(dòng)下，使得轉(zhuǎn)動(dòng)盤4、滾柱2和保持架3繞著轉(zhuǎn)軸I軸心一起轉(zhuǎn)動(dòng)，滾柱2對(duì)固定在盒體I內(nèi)圈的柔性的壓電振子形成的壓電圈進(jìn)行擠壓即可使其變形，產(chǎn)生壓電效應(yīng)，進(jìn)而使壓電材料9由第一電極10、第二電極11上產(chǎn)生電荷，經(jīng)第一電極10、第二電極11和第一導(dǎo)線13、第二導(dǎo)線14輸出到負(fù)載12，在與負(fù)載12構(gòu)成的回路中形成電流，最終將氣流或水流的動(dòng)能轉(zhuǎn)化為電能。負(fù)載12為發(fā)光二級(jí)管、無(wú)線傳感器、整流濾波電路、蓄電池、電容或揚(yáng)聲器。
權(quán)利要求1.一種電壓可調(diào)的壓電發(fā)電裝置，其特征在于:由渦輪轉(zhuǎn)子組件、壓電圈組件、滾柱組件構(gòu)成，所述的渦輪轉(zhuǎn)子組件包括渦輪葉片(7)、轉(zhuǎn)軸(6)構(gòu)成，渦輪葉片(7)固定在轉(zhuǎn)軸(6)的一端，由渦輪葉片(7)轉(zhuǎn)動(dòng)帶動(dòng)轉(zhuǎn)軸(6)旋轉(zhuǎn)；滾柱組件包括轉(zhuǎn)動(dòng)盤(4)、滾柱(2)和保持架(3)構(gòu)成，由轉(zhuǎn)動(dòng)盤(4)和保持架(3)將滾柱(2)進(jìn)行限位，滾柱(2)本身自行轉(zhuǎn)動(dòng)，轉(zhuǎn)動(dòng)盤(4)固定在轉(zhuǎn)軸(6)的中間并且轉(zhuǎn)動(dòng)盤(4)和保持架(3)間隙配合，使得保持架(3)形成浮空狀態(tài)，在轉(zhuǎn)軸(6 )轉(zhuǎn)動(dòng)下，使得轉(zhuǎn)動(dòng)盤(4)、滾柱(2 )和保持架(3 )繞著轉(zhuǎn)軸(6 )軸心一起轉(zhuǎn)動(dòng)； 壓電圈組件由壓電材料(9)、第一電極(10)、第二電極(11)、第一導(dǎo)線(13)、第二導(dǎo)線(14)組成，第一電極(10)、第二電極(11)涂在壓電材料(9)的兩面形成壓電片，第一導(dǎo)線(13)的一端與軸承(15)外圈連接，第二導(dǎo)線(14)的一端與第二電極(11)連接，第一導(dǎo)線(13)、第二導(dǎo)線(14)各自引出的另一端與負(fù)載(12)連接，該壓電片粘貼在彈性片(8)上形成壓電單元，將壓電單元按盒體(I)的內(nèi)圓形狀貼緊并圍成一圈形成壓電圈，壓電單元始終與滾柱(2)保持接觸，盒蓋(5)緊固于盒體(I)上，壓電單元、盒蓋(5)和盒體(I)始終保持靜止?fàn)顟B(tài)，而轉(zhuǎn)軸(6 )靠軸承(15 )穿過(guò)盒蓋(5 )和盒體(I)的中心位置并實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)動(dòng)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電壓可調(diào)的壓電發(fā)電裝置，其特征在于:以渦輪葉片(7)、轉(zhuǎn)軸(6)、保持架(3)和轉(zhuǎn)動(dòng)盤(4)水平為工作安裝狀態(tài)，流體流動(dòng)驅(qū)動(dòng)渦輪轉(zhuǎn)子組件和滾柱組件旋轉(zhuǎn)，滾柱(2)在保持架(3)和轉(zhuǎn)動(dòng)盤(4)的帶動(dòng)下，在壓電圈中運(yùn)動(dòng)，壓電圈是柔性的，滾柱(2)對(duì)壓電圈擠壓即可使其變形，進(jìn)而使壓電材料(9)所被第一電極(10)、第二電極(11)上產(chǎn)生電荷，經(jīng)第一導(dǎo)線(13)、第二導(dǎo)線(14)輸出到負(fù)載(12)，實(shí)現(xiàn)流體動(dòng)能轉(zhuǎn)化為電能。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的電壓可調(diào)的壓電發(fā)電裝置，其特征在于:滾柱(2)為兩個(gè)以上，大小相等。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電壓可調(diào)的壓電發(fā)電裝置，其特征在于:負(fù)載(10)為發(fā)光二級(jí)管、無(wú)線傳感器、整流濾波電路、蓄電池、電容或揚(yáng)聲器。
專利摘要本實(shí)用新型公開了一種壓電發(fā)電裝置，由渦輪轉(zhuǎn)子組件、壓電圈組件、滾柱組件構(gòu)成，所述的渦輪轉(zhuǎn)子組件包括渦輪葉片、轉(zhuǎn)軸構(gòu)成，由渦輪葉片轉(zhuǎn)動(dòng)帶動(dòng)轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)，渦輪葉片固定在轉(zhuǎn)軸的一端。本實(shí)用新型采用軸承式的外圈是柔性的壓電圈，滾柱對(duì)其擠壓即可使其變形，當(dāng)壓電單元不斷增加，就會(huì)使得輸出的電壓波動(dòng)減小，從而不用經(jīng)過(guò)整流和濾波就能產(chǎn)生平穩(wěn)的準(zhǔn)直流輸出克服了由離心力來(lái)提供撞擊的裝置，在高速流體作用下會(huì)產(chǎn)生離心力過(guò)大而緊貼壓電振子而失效。
文檔編號(hào)F03D9/00GK202978756SQ20122062189
公開日2013年6月5日 申請(qǐng)日期2012年11月21日 優(yōu)先權(quán)日2012年11月21日
發(fā)明者楊穎 , 金家楣, 沈欽龍 申請(qǐng)人:南京航空航天大學(xué)