一種對稱音叉式壓電異型懸臂梁風(fēng)力發(fā)電裝置的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一對稱音叉式壓電異型懸臂梁風(fēng)力發(fā)電裝置，包括有異型懸臂梁、方形基座、壓電元件和耦合器。四個異型懸臂梁的主梁末端呈‘十’字型對稱固定于方形基座的四角，主梁前端分別與輔梁的末端或中間垂直連接，輔梁端部分別連接有圓形耦合器，主梁接近方形基座的單側(cè)或雙側(cè)梁面分別貼設(shè)有壓電元件。當(dāng)氣流從水平任意方向進(jìn)入機(jī)構(gòu)中，懸臂梁在圓柱形耦合器作用下形成渦激振動，空氣流動能轉(zhuǎn)化成結(jié)構(gòu)振動，利用壓電元件將異型懸臂梁的振動轉(zhuǎn)化成電能，從而利用微型化結(jié)構(gòu)實現(xiàn)風(fēng)力發(fā)電。本發(fā)明成本低廉、輸出功率穩(wěn)定、使用壽命長、無風(fēng)向要求，在無線傳感器供電方面具有良好的應(yīng)用前景。
【專利說明】
一種對稱音叉式壓電異型懸臂梁風(fēng)力發(fā)電裝置
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及微型化風(fēng)力發(fā)電領(lǐng)域，具體是一種對稱音叉式壓電異型懸臂梁風(fēng)力發(fā)電裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]能源是人類生活的物質(zhì)基礎(chǔ)，能源的利用和發(fā)展是全世界人民關(guān)心的話題，也是我國經(jīng)濟(jì)發(fā)展過程中的重要問題。傳統(tǒng)化石能源的開采是有限的，且對環(huán)境危害較大，因此，新能源的開發(fā)和利用是社會發(fā)展的需求和趨勢。新能源主要包括太陽能、風(fēng)能和振動能等，其中風(fēng)能是自然界中廣泛存在的一種能量形式，具有清潔、廉價、可再生、資源豐富等特點，具有廣闊的應(yīng)用前景。目前，應(yīng)用廣泛的風(fēng)力發(fā)電裝置往往比較大，能夠達(dá)到的功率也比較高，而風(fēng)能回收主要用于低功率無線傳感器網(wǎng)絡(luò)，通過微型化的風(fēng)力發(fā)電裝置，回收環(huán)境中的風(fēng)能，并轉(zhuǎn)化為電能作為網(wǎng)絡(luò)節(jié)點的電源使用。
[0003]無線傳感器網(wǎng)絡(luò)廣泛應(yīng)用于環(huán)境監(jiān)測、結(jié)構(gòu)監(jiān)測、在線故障診斷、物聯(lián)網(wǎng)、軍事偵察等重要領(lǐng)域，而器件的微型化、集成化和低功率化是無線傳感網(wǎng)絡(luò)發(fā)展的必然趨勢。傳統(tǒng)電池能量密度低的缺點限制了整體尺寸的微型化，且電池壽命有限，污染環(huán)境，發(fā)展可替代電池的微型化發(fā)電裝置成為人們探索的新方向。近年來，通過微型化發(fā)電裝置，將環(huán)境中存在的各種形式能源轉(zhuǎn)化為電能，為低功耗器件自給能源，受到各國科研人員的重視，取得了很多創(chuàng)新性的成果，微型化風(fēng)力發(fā)電裝置亦得到了廣泛的關(guān)注。
[0004]目前，提出的微型化風(fēng)力發(fā)電裝置主要包括風(fēng)車式、懸臂梁式、諧振腔式等結(jié)構(gòu)。但現(xiàn)有的風(fēng)力發(fā)電結(jié)構(gòu)設(shè)計存在很多的不足，如發(fā)電功率低、回收效率低、風(fēng)速要求高、安裝困難等，遠(yuǎn)遠(yuǎn)沒有達(dá)到可實際應(yīng)用的發(fā)展階段。
[0005]
【發(fā)明內(nèi)容】
本發(fā)明的目的是提供一種對稱音叉式壓電異型懸臂梁風(fēng)力發(fā)電裝置，以解決現(xiàn)有技術(shù)風(fēng)力發(fā)電裝置微型化過程中存在的輸出功率低、轉(zhuǎn)化效率低、風(fēng)向單一、摩擦磨損的問題。
[0006]為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案為:
一種對稱音叉式壓電異型懸臂梁風(fēng)力發(fā)電裝置，其特征在于:包括立向設(shè)置的方形基座，方形基座中心設(shè)有安裝通孔，且安裝通孔上、下端對應(yīng)貫通方形基座頂部、底部方形面，方形基座四角邊沿分別連接有主梁，所述主梁分別沿所在對角線方向向方形基座外展開，每個主梁外端分別垂直彎折連接有輔梁，由各組主梁、輔梁分別構(gòu)成L形的懸臂梁，且相鄰的懸臂梁中輔梁折角的朝向相反，所述主梁接近方形基座的單側(cè)梁面或雙側(cè)梁面位置貼設(shè)有壓電元件，所述輔梁的端部分別連接有圓柱形耦合器，且耦合器的中心軸線與方形基座中心的安裝通孔中心軸線平行。
[0007]所述的一種對稱音叉式壓電異型懸臂梁風(fēng)力發(fā)電裝置，其特征在于:所述輔梁通過中間位置與主梁外端垂直連接，由各組主梁、輔梁分別構(gòu)成T形的懸臂梁，輔梁兩端端部分別連接有圓柱形耦合器，且耦合器的中心軸線與方形基座中心的安裝通孔中心軸線平行。
[0008]所述的一種對稱音叉式壓電異型懸臂梁風(fēng)力發(fā)電裝置，其特征在于:所述懸臂梁材料為彈簧鋼片，方形基座材料為鋁或鐵，壓電元件材料為壓電陶瓷片或壓電復(fù)合薄膜，耦合器的材料為有機(jī)玻璃或泡沫塑料。
[0009]本發(fā)明提供了一種成本低廉、輸出功率穩(wěn)定、使用壽命長、無風(fēng)向要求的對稱音叉式壓電異型懸臂梁風(fēng)力發(fā)電裝置，在戶外檢測系統(tǒng)中可替代電池，以適應(yīng)無線傳感網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的應(yīng)用需求。
[0010]與已有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點是:
采用四個呈音叉對稱式分布的異型(L形或T形)懸臂梁結(jié)構(gòu)，可以在任意方向的風(fēng)力作用下使懸臂梁產(chǎn)生振動，由于四個懸臂梁具有一致的構(gòu)造，振動時基座上的應(yīng)力會相互抵消，所以懸臂梁的振動不會受到基座固定方式的影響，同時懸臂梁振動過程中不存在摩擦磨損，可以保持長時間的穩(wěn)定工作。
[0011]采用L形和T形懸臂梁結(jié)構(gòu)，使壓電元件的應(yīng)力分布更加均勻，輸出的效率更高，提高風(fēng)力發(fā)電的效率。
[0012]在懸臂梁的端部連接圓柱形耦合器，使懸臂梁更容易起振。
【附圖說明】
[0013]圖1是本發(fā)明L型懸臂梁結(jié)構(gòu)軸測示意圖。
[0014]圖2是本發(fā)明L型懸臂梁結(jié)構(gòu)俯視示意圖。
[0015]圖3是本發(fā)明T型懸臂梁結(jié)構(gòu)軸測示意圖。
[0016]圖4是本發(fā)明T型懸臂梁結(jié)構(gòu)俯視示意圖。
【具體實施方式】
[0017]如圖1、圖2所示，一種對稱音叉式壓電異型懸臂梁風(fēng)力發(fā)電裝置，包括立向設(shè)置的方形基座2，方形基座2中心設(shè)有安裝通孔5，且安裝通孔5上、下端對應(yīng)貫通方形基座2頂部、底部方形面，方形基座2四角邊沿分別連接有主梁1-1，主梁1-1分別沿所在對角線方向向方形基座2外展開，每個主梁1-1外端分別垂直彎折連接有輔梁1-2，由各組主梁1-1、輔梁1-2分別構(gòu)成L形的懸臂梁I，且相鄰的懸臂梁I中輔梁1-2折角的朝向相反，主梁1-1接近方形基座2的單側(cè)梁面或雙側(cè)梁面位置貼設(shè)有壓電元件3，輔梁1-2的端部分別連接有圓柱形耦合器4，且耦合器4的中心軸線與方形基座2中心的安裝通孔5中心軸線平行。
[0018]如圖3、圖4所示，輔梁1-2通過中間位置與主梁1-1外端垂直連接，由各組主梁1-1、輔梁1-2分別構(gòu)成T形的懸臂梁I，輔梁1-2兩端端部分別連接有圓柱形耦合器4，且耦合器4的中心軸線與方形基座2中心的安裝通孔5中心軸線平行。
[0019]其中，懸臂梁I材料為彈簧鋼片，方形基座2材料為鋁或鐵，壓電元件3材料為壓電陶瓷片或壓電復(fù)合薄膜，耦合器4的材料為有機(jī)玻璃或泡沫塑料。
[0020]本發(fā)明中，包括有異型的懸臂梁1、方形基座2、壓電元件3和耦合器4。四個懸臂梁I的主梁1-1末端呈“十”字形對稱固定于方形基座的四角，主梁1-1前端分別與輔梁1-2垂直連接，輔梁1-2端部分別連接有圓柱形耦合器4，主梁1-1接近方形基座2的末段梁面位置單側(cè)或雙側(cè)分別貼設(shè)有壓電元件3，方形基座2中心位置設(shè)有用于安裝的通孔5。
[0021]如圖1、圖2所示，四個懸臂梁I的主梁1-1前端分別與輔梁1-2的末端連接構(gòu)成L形懸臂梁，輔梁1-2的前端分別連接有耦合器4，相鄰輔梁1-2折角的朝向相反。
[0022]如圖3、圖4所示，四個懸臂梁I的主梁1-1前端分別與輔梁1-2的中間連接構(gòu)成T形懸臂梁，輔梁1-2的兩端分別連接有耦合器4。
[0023]本發(fā)明利用圓柱形的耦合器，在風(fēng)力作用下使異型懸臂梁產(chǎn)生渦激振動，利用音叉結(jié)構(gòu)，擴(kuò)展了風(fēng)力發(fā)電的范圍和效率，能量轉(zhuǎn)換部件為壓電元件，粘貼在懸臂梁主梁的根部將振動能轉(zhuǎn)換為電能。
[0024]具體工作過程及原理:
本發(fā)明中，當(dāng)氣流從水平任意方向吹入，遇到圓柱形耦合器4產(chǎn)生渦流，作用到懸臂梁I產(chǎn)生渦激振動，粘接在懸臂梁主梁1-1根部的壓電元件3會隨著異型懸臂梁I的周期性振動產(chǎn)生周期型的應(yīng)變，壓電元件3的表面電極上就會積聚電荷，壓電元件3電極上的電荷經(jīng)過導(dǎo)線引出，就會產(chǎn)生交流電。采用四個L形或T形懸臂梁構(gòu)成對稱的音叉式結(jié)構(gòu)，可降低方形基座2對振動的損耗，保證懸臂梁振動過程中整個結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。
【主權(quán)項】
1.一種對稱音叉式壓電異型懸臂梁風(fēng)力發(fā)電裝置，其特征在于:包括立向設(shè)置的方形基座，方形基座中心設(shè)有安裝通孔，且安裝通孔上、下端對應(yīng)貫通方形基座頂部、底部方形面，方形基座四角邊沿分別連接有主梁，所述主梁分別沿所在對角線方向向方形基座外展開，每個主梁外端分別垂直彎折連接有輔梁，由各組主梁、輔梁分別構(gòu)成L形的懸臂梁，且相鄰的懸臂梁中輔梁折角的朝向相反，所述主梁接近方形基座的單側(cè)梁面或雙側(cè)梁面位置貼設(shè)有壓電元件，所述輔梁的端部分別連接有圓柱形耦合器，且耦合器的中心軸線與方形基座中心的安裝通孔中心軸線平行。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種對稱音叉式壓電異型懸臂梁風(fēng)力發(fā)電裝置，其特征在于:所述輔梁通過中間位置與主梁外端垂直連接，由各組主梁、輔梁分別構(gòu)成T形的懸臂梁，輔梁兩端端部分別連接有圓柱形耦合器，且耦合器的中心軸線與方形基座中心的安裝通孔中心軸線平行。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種對稱音叉式壓電異型懸臂梁風(fēng)力發(fā)電裝置，其特征在于:所述懸臂梁材料為彈簧鋼片，方形基座材料為鋁或鐵，壓電元件材料為壓電陶瓷片或壓電復(fù)合薄膜，耦合器的材料為有機(jī)玻璃或泡沫塑料。
【文檔編號】H02N2/18GK105871253SQ201610380334
【公開日】2016年8月17日
【申請日】2016年5月31日
【發(fā)明人】潘成亮, 張靜, 于連棟, 李維詩, 夏豪杰, 張永賓, 熊宇龍
【申請人】佛山市天目工業(yè)測量科技有限公司