微型風力壓電發電機的製作方法

2023-06-08 09:03:41 1

專利名稱：微型風力壓電發電機的製作方法
技術領域：
發明涉及一種發電機，具體涉及一種微型風力壓電發電機，其屬於能源開發技術領域。
背景技術：
目前一般微型壓電發電機多採用振動的形式，振動式微型壓電發電機的缺點是轉換效率低。微型風力壓電發電機一般為渦輪式微型風力發電機和風致振動微型風力發電機。目前渦輪式微型風力發電機不足之處在於結構比較複雜，體積較大，難以微型化；而風致振動微型風力發電機功率密度偏低
發明內容

有鑑於此，本發明提供一種微型風力壓電發電機，該發電機結構簡單，機電轉換效率高，功率密度大。本發明的一種微型風力壓電發電機，包括連接軸、氣動渦輪、衝擊輪片、彈性元件、壓電片和外殼。其中外殼是由前端蓋、後端蓋和殼體組成的圓柱型空腔結構。其連接關係為連接軸通過前端蓋和後端蓋上的軸承安裝在殼體內，連接軸與殼體同軸。在連接軸位於前端蓋外的端部安裝有氣動渦輪。連接軸位於殼體內部分的外圓周面上安裝衝擊輪片，衝擊輪片的葉面與殼體的徑向中心面垂直。在殼體的內圓周面上固定有彈性元件，彈性元件的長度方向沿殼體的直徑方向延伸，形成懸臂梁。衝擊輪片沿殼體直徑方向的長度與彈性元件的長度和大於殼體的半徑，連接軸由氣動渦輪驅動產生轉動時，衝擊輪片能夠對彈性元件產生衝擊接觸。在彈性元件與衝擊輪片發生接觸的面上粘貼壓電片。在壓電片的表面引出一條線作為發電機輸出的一個極，壓電片與彈性元件相接觸的面引出另一條線，作為發電機輸出的另一極。所述壓電片的材料為壓電薄膜或壓電陶瓷。所述衝擊輪片的個數為一個或一個以上，當衝擊輪片的個數為一個以上時，衝擊輪片沿殼體的圓周方向均勻分布。所述彈性元件的個數為一個或一個以上；當彈性元件的個數為一個以上時，彈性元件沿殼體的圓周方向均勻分布，但彈性元件的個數與衝擊輪的個數不相同，保證每次只有一個衝擊輪對一個彈性元件產生衝擊接觸。有益效果(I)本發明與傳統風力發電機相比，結構簡單，體積小，容易實現微型化；(2)本發明的風力壓電發電機充分利用了壓電材料的正壓電效應，通過衝擊輪片、彈性元件和壓電片的配合，在使用時，使壓電片既受有衝擊作用，又會產生彎曲變形，很大程度上提高了壓電材料的機電轉化效率，與傳統振動式壓電發電機相比，發電功率密度較大。


圖I為本發明的風力壓電發電機立體結構示意圖；圖2為本發明主視圖；其中，I-連接軸、2-氣動渦輪、3-衝擊輪片、4-彈性元件、5-壓電片、6-殼體。
具體實施例方式下面結合附圖並舉實施例，對本發明進行詳細描 述。本實施例提供一種微型風力壓電發電機，該發電機通過渦輪把風能轉化為對壓電片的衝擊，可以充分利用壓電材料的特性，提高壓電材料的機電轉化效率，簡化發電機的結構，同時還可以提高發電機的發電功率密度。微型風力壓電發電機的結構如圖I所示，包括連接軸I、氣動渦輪2、衝擊輪片3、彈性元件4、壓電片5和外殼。所述壓電片5為壓電材料如壓電薄膜或壓電陶瓷製成。其連接關係為外殼是由前端蓋、後端蓋和殼體6組成的封閉圓柱型空腔結構；連接軸I通過前後端蓋上的軸承安裝在殼體6內，且連接軸I與殼體6同軸安裝，連接軸I可繞其軸線轉動。在連接軸I位於前端蓋外的端部安裝氣動渦輪2，用於將風力轉化為機械轉動。連接軸I位於殼體6內部分的外圓周面上安裝衝擊輪片3，衝擊輪片的葉面與殼體6的徑向中心面垂直。在殼體6的內圓周面上固定有彈性元件4，彈性元件4的長度方向沿殼體6的直徑方向延伸，形成懸臂梁，彈性元件4的材料為高彈性材料如鈹青銅等。衝擊輪片3沿殼體6直徑方向的長度與彈性元件4的長度和大於殼體6的半徑，使連接軸I轉動時，衝擊輪片3能夠對彈性元件4產生衝擊接觸，彈性元件4與衝擊輪片3發生接觸的面上粘貼有壓電片5，彈性元件4和壓電片5的組合稱為轉換元件。所述衝擊輪片3和轉換元件的數量依據發電機使用環境中的風速而定，當使用環境風速大時，可增加衝擊輪片3和彈性元件4的數量，以提高發電機的發電功率密度。在本實施例中採用了 I個衝擊輪片3和4組轉換元件，4組轉換元件沿殼體6的圓周方向均勻分布。在壓電片5的表面連接引線作為發電機輸出的一個極,壓電片5與彈性兀件4相接觸的面引出另一條線，作為發電機輸出的另一極。其工作過程為所述風力壓電發電機採用衝擊式結構形式，在風的吹動下，氣動渦輪2通過連接軸I帶動衝擊輪片3轉動，衝擊輪片3轉動過程中，連續周期性的衝擊彈性元件4上的壓電片5，使轉換元件產生變形，根據壓電材料的正壓電效應，壓電片5將其所受衝擊及其變形轉換成電能。綜上所述，以上僅為本發明的較佳實施例而已，並非用於限定本發明的保護範圍。凡在本發明的精神和原則之內，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發明的保護範圍之內。
權利要求
1.微型風力壓電發電機，其特徵在於，包括連接軸(I)、氣動渦輪(2)、衝擊輪片(3)、彈性元件(4)、壓電片(5)和外殼；所述外殼是由前端蓋、後端蓋和殼體(6)組成的圓柱型空腔結構；其連接關係為連接軸(I)通過前端蓋和後端蓋上的軸承安裝在殼體(6)內，連接軸(I)與殼體(6)同軸；在連接軸(I)位於前端蓋外的端部安裝氣動渦輪(2);連接軸(I)位於殼體(6)內部分的外圓周面上安裝衝擊輪片(3)，衝擊輪片的葉面與殼體(6)的徑向中心面垂直；在殼體(6)的內圓周面上固定有彈性元件(4)，彈性元件(4)的長度方向沿殼體(6)的直徑方向延伸，形成懸臂梁；衝擊輪片(3)沿殼體(6)直徑方向的長度與彈性元件(4)的長度和大於殼體(6)的半徑，保證連接軸(I)由氣動渦輪(2)驅動產生轉動時，衝擊輪片(3)能夠對彈性元件(4)產生衝擊接觸；在彈性元件(4)與衝擊輪片(3)發生接觸的面上粘貼壓電片(5);在壓電片(5)的表面引出一條線作為發電機輸出的一個極,壓電片(5)與彈性兀件(4)相接觸的面引出另一條線，作為發電機輸出的另一極。
2.如權利要求I所述的微型風力壓電發電機，其特徵在於，所述壓電片(5)的材料為壓電薄膜或壓電陶瓷。
3.如權利要求I或2所述的微型風力壓電發電機，其特徵在於，所述衝擊輪片(3)的個數為一個或一個以上。
4.如權利要求3所述的微型風力壓電發電機，其特徵在於，當衝擊輪片(3)的個數為一個以上時，衝擊輪片(3)沿殼體(6)的圓周方向均勻分布。
5.如權利要求I或2所述的微型風力壓電發電機，其特徵在於，所述彈性元件(4)的個數為一個或一個以上，同時滿足彈性元件(4)的個數與衝擊輪(3)的個數不相同。
6.如權利要求5所述的微型風力壓電發電機，其特徵在於，當彈性元件(4)的個數為一個以上時，彈性元件(4)沿殼體(6)的圓周方向均勻分布。
全文摘要
本發明公開一種微型風力壓電發電機，該發電機結構簡單，機電轉換效率高，功率密度大。按照能量的轉化形式該發電機可分為兩大部分氣動渦輪機構將風動機械能轉化為持續、穩定的旋轉機械能；壓電發電機本體將氣動渦輪產生的旋轉機械能轉化為電能，主要由衝擊輪片、彈性元件和壓電片組成。其工作過程為在風的吹動下，氣動渦輪帶動衝擊輪片轉動，衝擊輪片轉動過程中，連續周期性的衝擊彈性元件上壓電材料，壓電材料受到壓力作用，根據壓電材料的正壓電效應，壓電材料將其所受衝擊及其變形轉換成電能。在壓電材料上連接引線作為發電機的一個電極，壓電材料與彈性元件相接觸的面引出一條線，作為發電機輸出的另一極。
文檔編號H02N2/18GK102801355SQ201210303498
公開日2012年11月28日 申請日期2012年8月23日 優先權日2012年8月23日
發明者隋麗, 郭德卿, 石庚辰 申請人:北京理工大學