一種微小型壓電風(fēng)力發(fā)電的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種微小型壓電風(fēng)力發(fā)電機，屬于新能源與發(fā)電【技術(shù)領(lǐng)域】。端蓋和透蓋固定在殼體上，殼體的支座支撐著圓形外殼，圓形外殼相鄰的內(nèi)圈里包含有滑槽；風(fēng)葉固定在旋轉(zhuǎn)軸前端上，旋轉(zhuǎn)軸前后兩端通過軸承安裝在透蓋和端蓋上，旋轉(zhuǎn)軸的槽孔固定動磁鐵，動磁鐵與滑槽里安放的定磁鐵的異性磁極相對安裝；夾塊與定磁鐵連接，固定在夾塊和端蓋內(nèi)側(cè)上的金屬基板外凸處粘接有壓電晶片，兩個基板的內(nèi)凹處相互鉚接，兩個基板及壓電晶片共同構(gòu)成換能器；端蓋的內(nèi)側(cè)安裝有儲能板，儲能板與換能器相連。特色與優(yōu)勢：預(yù)彎壓電晶片僅承受壓應(yīng)力作用，可靠性高；滑槽結(jié)構(gòu)的使用，穩(wěn)定性高；換能器結(jié)構(gòu)新穎，發(fā)供電能力強。
【專利說明】-種微小型壓電風(fēng)力發(fā)電機
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于新能源與發(fā)電【技術(shù)領(lǐng)域】，具體設(shè)及一種微小型壓電風(fēng)力發(fā)電機。
【背景技術(shù)】
[0002] 目前，能源危機日漸嚴(yán)重，給人們的工作、生活帶來極大不便。新能源技術(shù)作為一 種有效緩解能源危機的手段越來越受到重視。風(fēng)能是人類較早使用的能源之一，具有清潔、 可再生且分布廣泛等優(yōu)點?，F(xiàn)在的大型風(fēng)力發(fā)電站及中型發(fā)電機組所利用的多是高速狀態(tài) 下的風(fēng)能，低速狀態(tài)下的風(fēng)能大都因為不易利用而被忽略。我國南方大部分省份年平均風(fēng) 速約3-5m/s，屬于較低風(fēng)速，不便于建設(shè)大型風(fēng)力發(fā)電機站；早在我國"十二五"發(fā)展規(guī)劃 中，就提出將提高風(fēng)能利用率作為重點發(fā)展目標(biāo)之一。所W微小型風(fēng)力發(fā)電機的研制與發(fā) 展成為一個趨勢。而且，現(xiàn)在微機電系統(tǒng)發(fā)展迅速，低功耗的電子產(chǎn)品逐漸得到推廣。在微 機電領(lǐng)域中，微機電設(shè)備的自供電系統(tǒng)的研究與發(fā)展也成為了必然的趨勢。
[0003] 微小型壓電風(fēng)力發(fā)電機目前已有一些研究，大多是懸臂梁式激勵發(fā)電。存在有懸 臂梁變形不可控，發(fā)電效率較低，且工作時換能器中的壓電片承受交替變化的壓應(yīng)力和拉 應(yīng)力，易導(dǎo)致壓電片破碎等問題。針對現(xiàn)有公布專利存在的問題，本發(fā)明提出一種微小型壓 電風(fēng)力發(fā)電機，具有預(yù)彎壓電晶片只承受壓應(yīng)力，等應(yīng)力變形，發(fā)電量大，變形可控，穩(wěn)定性 局等優(yōu)點。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0004] 本發(fā)明提出一種微小型壓電風(fēng)力發(fā)電機，W解決微機電設(shè)備的自供能問題及現(xiàn)有 懸臂梁式壓電風(fēng)力發(fā)電機的變形不可控，易損壞，發(fā)電效率低等問題。
[0005] 本發(fā)明采取的技術(shù)方案是；端蓋和透蓋通過螺釘固定在殼體上，所述殼體的支座 支撐著圓形外殼，與所述圓形外殼相鄰的內(nèi)圈里包含有滑槽；風(fēng)葉固定在旋轉(zhuǎn)軸前端上，所 述旋轉(zhuǎn)軸前后兩端通過軸承安裝在所述透蓋和端蓋上，旋轉(zhuǎn)軸的槽孔由螺釘固定動磁鐵， 所述動磁鐵與滑槽里安放的定磁鐵的異性磁極相對安裝，定磁鐵的一端面與夾塊通過螺釘 固定；金屬基板的一端通過螺釘固定夾持在所述夾塊上，另一端通過螺釘固定在端蓋的內(nèi) 側(cè)凸塊上，所述金屬基板上的外凸處粘接有壓電晶片，兩個基板的內(nèi)凹處通過馴釘相互馴 接；經(jīng)馴釘馴接的兩個基板及所述基板上所粘接的壓電晶片共同構(gòu)成換能器；端蓋的內(nèi)側(cè) 凸起經(jīng)螺釘安裝有儲能板，所述儲能板通過導(dǎo)線組L2與換能器的基板及壓電晶片相連，換 能器上同一基板上的兩個相鄰壓電晶片經(jīng)導(dǎo)線組L1連接，在換能器上處于不同基板上相 鄰的兩個壓電晶片經(jīng)導(dǎo)線組L3相連。
[0006] 工作過程中，當(dāng)風(fēng)葉在風(fēng)力作用下旋轉(zhuǎn)時，帶動旋轉(zhuǎn)軸上的軸盤做圓周轉(zhuǎn)動，軸盤 的槽孔上安裝的動磁鐵也隨之轉(zhuǎn)動，從而與固定在夾塊上的定磁鐵發(fā)生相對轉(zhuǎn)動；非工作 狀態(tài)時由于動磁鐵與定磁鐵是異性磁極靠近安裝，而且內(nèi)圈上的觸塊的一端面與定磁鐵上 靠近換能器的端面相接觸時，換能器無伸縮變形，當(dāng)動磁鐵與定磁鐵相對轉(zhuǎn)動時，定磁鐵會 在滑槽中產(chǎn)生運動，換能器始終承受拉力作用，壓電晶片始終承受壓應(yīng)力的作用；連續(xù)工作 時，因軸盤圓周轉(zhuǎn)動，軸盤上的動磁鐵與滑槽中的定磁鐵，靠近、遠離不斷地交替進行，故當(dāng) 動磁鐵和滑槽中的定磁鐵相對轉(zhuǎn)動時換能器所承受的拉力W及壓電晶片所承受的壓應(yīng)力 交替增加和減少，壓電晶片所受壓應(yīng)力交替增加和減少即將機械能轉(zhuǎn)換為電能，此為發(fā)電 過程；所生成的電能通過導(dǎo)線組L2供給儲能板，儲能板可與外端設(shè)備連接，從而實現(xiàn)風(fēng)力 發(fā)電機的發(fā)電效能。
[0007] 本發(fā)明的特色與優(yōu)勢：①本發(fā)明的預(yù)彎壓電晶片等應(yīng)力變形，僅承受壓應(yīng)力作用， 可靠性高；②滑槽結(jié)構(gòu)的使用，變形可控，穩(wěn)定性高；⑨換能器結(jié)構(gòu)新穎，配置合理，發(fā)供電 能力強。
【專利附圖】
【附圖說明】
[000引圖1是本發(fā)明一個較佳實施例中微小型風(fēng)力發(fā)電機的結(jié)構(gòu)剖面圖；
[0009] 圖2是圖1的A-A視圖；
[0010] 圖3是換能器的放大圖及俯視圖；
[0011] 圖4是圖1中換能器受最小磁力作用時的I部放大圖；
[0012] 圖5是圖1中內(nèi)圈上的觸塊端面與定磁鐵上的端面相接觸時的I部放大圖；
【具體實施方式】
[0013] 端蓋3和透蓋7通過螺釘固定在殼體6上，所述殼體6的支座6a支撐著圓形外 殼化，與所述圓形外殼化相鄰的內(nèi)圈6c里包含有滑槽Q ;風(fēng)葉固定在旋轉(zhuǎn)軸5前端上，所 述旋轉(zhuǎn)軸5前后兩端通過軸承4安裝在所述透蓋7和端蓋3上，旋轉(zhuǎn)軸5上軸盤5a的槽孔 由螺釘固定動磁鐵8,所述動磁鐵8與滑槽Q里安放的定磁鐵9的異性磁極相對安裝，定磁 鐵9的一端面與夾塊10通過螺釘固定；金屬基板1的一端Ic通過螺釘固定夾持在所述夾 塊10上，另一端Id通過螺釘固定在端蓋3的內(nèi)側(cè)凸塊3a上，所述金屬基板1上的外凸處 la上粘接有壓電晶片2,兩個基板1的內(nèi)凹處化通過馴釘11相互馴接；經(jīng)馴釘11馴接的 兩個基板1及所述基板1上所粘接的壓電晶片2共同構(gòu)成換能器H ;端蓋3的內(nèi)側(cè)凸起3b 經(jīng)螺釘安裝有儲能板S，所述儲能板S通過導(dǎo)線組L2與換能器H的基板1及壓電晶片2相 連，換能器H上同一基板1上的兩個相鄰壓電晶片2經(jīng)導(dǎo)線組L1連接，在換能器H上處于 不同基板1上相鄰的兩個壓電晶片2經(jīng)導(dǎo)線組L3相連。
[0014] 工作過程中，當(dāng)風(fēng)葉在風(fēng)力作用下旋轉(zhuǎn)時，帶動旋轉(zhuǎn)軸5上的軸盤5a做圓周轉(zhuǎn)動， 軸盤5a的槽孔上安裝的動磁鐵8也隨之轉(zhuǎn)動，從而與固定在夾塊10上的定磁鐵9發(fā)生相 對轉(zhuǎn)動；非工作狀態(tài)時，由于動磁鐵8與定磁鐵9是異性磁極靠近安裝，而且內(nèi)圈6c上的觸 塊6cl的一端面與定磁鐵9上靠近換能器的端面相接觸時，換能器H無伸縮變形，當(dāng)動磁鐵 8與定磁鐵9相對轉(zhuǎn)動時，定磁鐵9會在滑槽Q中產(chǎn)生運動，換能器H始終承受拉力作用，壓 電晶片2始終承受壓應(yīng)力的作用；連續(xù)工作時，因軸盤5a圓周轉(zhuǎn)動，軸盤5a上的動磁鐵8 與滑槽Q中的定磁鐵9,靠近、遠離不斷地交替進行，故當(dāng)動磁鐵8和滑槽Q中的定磁鐵9相 對轉(zhuǎn)動時換能器H所承受的拉力W及壓電晶片2所承受的壓應(yīng)力交替增加和減少，壓電晶 片2所受壓應(yīng)力交替增加和減少即將機械能轉(zhuǎn)換為電能，此為發(fā)電過程；所生成的電能通 過導(dǎo)線組L2供給儲能板S，儲能板S可與外端設(shè)備連接，從而實現(xiàn)風(fēng)力發(fā)電機的發(fā)電效能。
[0015] 本發(fā)明中，為提高換能器H的發(fā)電能力、避免壓電晶片2因受拉應(yīng)力作用而損壞， 應(yīng)確保換能器H不受外力作用、無伸縮變形時，內(nèi)圈6c上的觸塊6cl的一端面與定磁鐵9 上靠近換能器的端面相接觸時，換能器H的金屬基板1上圓弧外表面的最小半徑為R = h { a +0. 5 [ a 2 (1- 0 ) -1- q Ep/Tp] / [1- a (1- 0 ) ]}，滑槽Q中定磁鐵9運動方向上的最大距 離為0=1-2尺31。0).化/時]。，其中巧=(；1-〇:)[1-0(1 -餅]+ 〇!片/(1 + 時），曰=11"/11， h = hm+hp，hp、hm分別為壓電晶片2和金屬基板1的厚度，0 = Em/Ep，Ep、Em分別為壓電晶 片2和金屬基板1的楊氏模量，時、Tp分別為壓電材料的機電禪合系數(shù)和許用拉應(yīng)力，L為 金屬基板1上單個圓弧的弧長，n為單個金屬基板1上的圓弧數(shù)量。
【權(quán)利要求】
1. 一種微小型壓電風(fēng)力發(fā)電機，其特征在于：端蓋和透蓋通過螺釘固定在殼體上，殼 體的支座支撐著圓形外殼，圓形外殼相鄰的內(nèi)圈里包含有滑槽；風(fēng)葉固定在旋轉(zhuǎn)軸前端上， 旋轉(zhuǎn)軸前后兩端通過軸承安裝在所述透蓋和端蓋上，旋轉(zhuǎn)軸的槽孔由螺釘固定動磁鐵，動 磁鐵與滑槽里安放的定磁鐵的異性磁極相對安裝，定磁鐵的一端面與夾塊通過螺釘固定； 金屬基板的一端通過螺釘固定夾持在夾塊上，另一端通過螺釘固定在端蓋的內(nèi)側(cè)凸塊上， 金屬基板上的外凸處粘接有壓電晶片，兩個基板的內(nèi)凹處通過鉚釘相互鉚接；經(jīng)鉚釘鉚接 的兩個基板及基板上所粘接的壓電晶片共同構(gòu)成換能器；端蓋的內(nèi)側(cè)凸起經(jīng)螺釘安裝有儲 能板，儲能板通過導(dǎo)線組L2與換能器的基板及壓電晶片相連，換能器上同一基板上的兩個 相鄰壓電晶片經(jīng)導(dǎo)線組L1連接，在換能器上處于不同基板上相鄰的兩個壓電晶片經(jīng)導(dǎo)線 組L3相連。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種微小型壓電風(fēng)力發(fā)電機，其特征在于：為提高換 能器的發(fā)電能力、避免壓電晶片因受拉應(yīng)力作用而損壞，應(yīng)確保換能器不受外力作 用、無伸縮變形時，內(nèi)圈上觸塊的一端面與定磁鐵上靠近換能器的端面相接觸時，換 能器的金屬基板上圓弧外表面的最小半徑為R=h{a+0.5[a2(l-f3)-l-nEp/Tp]/ [l_a(1-0)]}，滑槽中定磁鐵運動方向上的最大距離為D= [L-2Rsin(0.5L/R)]n，其中
金屬基板的厚度，0=￡1/^，4、￡"1分別為壓電晶片和金屬基板的楊氏模量，#、1；分別為 壓電材料的機電耦合系數(shù)和許用拉應(yīng)力，L為金屬基板上單個圓弧的弧長，n為單個金屬基 板上的圓弧數(shù)量。
【文檔編號】H02N2/18GK104485843SQ201510007189
【公開日】2015年4月1日 申請日期:2015年1月7日 優(yōu)先權(quán)日:2015年1月7日
【發(fā)明者】方江海, 闞君武, 何恒錢, 富佳偉, 費翔 申請人:浙江師范大學(xué)