一種垂吊式壓電風能採集器的製作方法

2023-05-22 00:01:31

專利名稱：一種垂吊式壓電風能採集器的製作方法
技術領域：
本實用新型屬於新能源和發電技術領域，具體涉及ー種垂吊式壓電風能採集器，為無線傳感器節點提供能量供應。
背景技術：
風能廣泛存在於自然界中，風カ發電已成為當今世界主流的能源之一。以往人們只注重的大規模風カ發電系統的研究，近年來，隨著無線傳感網絡技術的日趨成熟及其在環境監測、大型建築物及橋梁的健康監測、エ業、軍事及公共安全等領域應用的普及，為其提供持續人能源供應的微小型風カ發電機的研究受到國內外學者的廣泛關注，其原因 在於化學電池的能量有限、其使用時間遠遠小於無線傳感監測系統的壽命，故需經常更換，嚴重製約了無線傳感網絡監測系統在遠程及危險環境中的推廣應用。目前已提的微小型風カ發電機基本都是基於電磁原理和壓電原理的，因壓電式發電機的發電過程中不會產生電磁幹擾，更適用於無線網絡節點的應用需求。現有的壓電式風カ發電機大都為旋轉式的，即首先利用風使葉片旋轉、再有葉片帶動轉軸激勵壓電振子發電，如中國專利200920111349. 7,200910081331. 1,200910082047. 6,201010519391. X 等。上述旋轉式壓電風カ發電機的除了結構複雜、需要機械部件轉換運動外，風速較低時也難以驅動葉片旋轉發電、並且當發電機安裝固定後無法自動適應實時變化的風向。對於無線傳感網絡監測而言，傳感器節點位置是根據實際需要確定的，而不像大規模風カ發電機組是以最大風速和最佳風向為目標的，因此用於無線傳感網絡節點供電的壓電風カ發電機須具有較強的環境適應能力、以及較強的發電能力，以滿足實時供電的需求。
發明內容針對無線傳感網絡節點的使用環境特點以及現有旋轉式壓電風力發電機所存在的不足，本實用新型提供一種垂吊式風能採集器。本實用新型採用的實施方案是主體通過螺釘安裝在掛架上，掛件通過螺釘安裝在掛架上、且置於所述的主體內；1_50個壓電換能器置於所述主體內，所述壓電換能器由ー對缽型壓電振子通過鉚釘鉚接而成，所述缽型壓電振子由缽型殼體和環形壓電晶片粘接而成；所述第一個壓電換能器上端缽型殼體與掛件鉚接，兩個相連壓電換能器的缽型殼體通過空心鉚釘鉚接，所述的最後一個壓電換能器下端的缽型殼體與球銷的上端鉚接，所述球銷通過主體下端的通孔伸出；所述球銷上套有彈簧，所述彈簧壓接在最後ー個壓電振子和主體的下端面之間；所述球銷下端的球頭上套有球銷套，風帆通過螺釘安裝在所述球銷套上，所述風帆由帆布與帆架鉚接而成；同一個壓電換能器上的兩個壓電晶片通過導線一連接，不同壓電換能器上的兩個壓電晶片通過導線ニ連接，壓電振子通過導線組與安裝在主體側壁的無線傳感器節點連接。本實用新型中，彈簧的作用是平衡壓電換能器及風帆等的重力，使壓電振子在靜態時不發生彎曲變形，並在風力較大時保護壓電振子因變形過大而損壞；「十字型」風帆的作用是採集任意方向的風能、且具有風的匯聚及風力放大功能；球銷及球銷套的作用是使風帆與主體作相対的水平面內轉動和垂直方向的擺動，從而適應無規律的風向變化；多個壓電換能器採用串聯方式連接，同步發電，輸出功率較大。當帆布受風力作用時，帆架及球銷套相對球銷的球頭中心轉動、及偏轉並使球銷套的上端與主體的下端面接觸，從而使球銷、彈簧及壓電振子受向下的拉力作用；風力消失或減小時，風帆在其自身重力及彈簧カ的作用下反向運動，從而使壓電振子受壓，壓電振子受拉或受壓變形時即將機械能轉換成電能；由於風帆的縱向尺寸遠大於球銷套橫向尺寸，因此風帆可將風カ放大；當風カ過大並使壓電振子的變形量達到所能承受的最大值時，彈簧也達到最大的壓縮量，球銷所承受的拉力通過彈簧直接傳遞到主體上，從而避免壓電振子因變形過大而損壞。本實用新型的特點及優勢在於 I千用垂吊式結構且與無線傳感器節點集成，便於在任意環境下的安裝固定；②採用十字型風帆與球銷結構，可實現任意方向及微弱風カ的能量收集，1チ採用多壓電振子串聯並通過彈簧限位，發電能力強、可靠性高。缽型壓電振子的晶片在同一表面只有一種應カ狀態，受拉或受壓，同一表面產生電荷ー樣，發電能力強。

圖I是本實用新型一個較佳實施例中風能採集器靜態時的結構示圖；圖2是圖I的A-A剖示圖；圖3是本實用新型一個較佳實施例中壓電振子的結構示意圖；圖4是圖3的俯視圖；圖5是本實用新型一個較佳實施例中壓電換能器的安裝過程示意圖；圖6是本實用新型一個較佳實施例中風能採集器受風力作用時的結構示圖；圖7是圖4中B的局部放大圖。
具體實施方式
如圖I、圖2、圖3、圖4所示，主體2通過螺釘安裝在掛架I上，掛件3通過螺釘安裝在掛架I上、且置於所述的主體2內；1-50個壓電換能器4置於所述主體2內，所述壓電換能器4由ー對缽型壓電振子4-1通過鉚釘4-2鉚接而成，所述缽型壓電振子4-1由缽型殼體4-1-1和環形壓電晶片4-1-2粘接而成；所述第一個壓電換能器4的上端與掛件3鉚接，兩個相連壓電換能器4的缽型殼體4-1-1通過空心鉚釘5鉚接，所述的最後ー個壓電換能器4下端的缽型殼體4-1-1與球銷6的上端鉚接，所述球銷6通過主體2下端的通孔2-1伸出；所述球銷6上套有彈簧7，所述彈簧7壓接在最後ー個壓電振子4和主體2的下端面之間；所述球銷6下端的球頭上套有球銷套8,風帆9通過螺釘安裝在所述球銷套8上,所述風帆9由帆布9-2與帆架9-1鉚接而成；同一個壓電換能器4上的兩個壓電晶片4-1-2通過導線一 10連接，不同壓電換能器4上的兩個壓電晶片4-1-2通過導線ニ 11連接，壓電振子4-1通過導線組13與無線傳感器節點12連接，所述無線傳感器節點12通過螺釘安裝在主體2的側壁。本實用新型中，彈簧7的作用是平衡壓電換能器4及風帆9等的重力，使壓電振子4-1在靜態時不發生彎曲變形，並在風力較大時保護壓電振子4-1因變形過大而損壞；「十字型」風帆9的作用是採集任意方向的風能、且具有風的匯聚及風力放大功能；球銷6及球銷套7的作用是使風帆9與主體2作相対的水平面內轉動和垂直方向的擺動，從而適應無規律的風向變化；多個壓電換能器4採用串聯方式連接，同步發電，輸出功率較大。如圖5所示，本實用新型中各壓電換能器4的安裝過程是這樣的首先將壓電振子4-1與掛件3、或球銷6或空心鉚釘5鉚接，然後再通過鉚釘4-2將兩個相鄰的壓電振子4-1鉚接。如圖6、圖7所示，當帆布9-2受風力作用時，帆架9-1及球銷套8相對球銷6的球頭中心O點轉動、並使球銷套8的上端與主體2的下端面在C點接觸，從而使球銷6、彈簧7及壓電振子4-1受向下的拉力作用；風力消失或減小時，風帆9在其自身重力及彈簧7的作用下反向運動，從而使壓電振子4-1受壓，壓電振子4-1受拉或受壓變形時即將機械能轉換成電能；由於風帆9的縱向尺寸遠大於球銷套8橫向尺寸，即OD遠大於0C，因此風帆9可將風カ放大；當風カ過大並使壓電振子4-1的變形量達到所能承受的最大值時，彈簧7也達到最大的壓縮量，球銷6所承受的拉力通過彈簧7直接傳遞到主體2上，從而避免壓電振子
4-1因變形過大而損壞。
權利要求1. 一種垂吊式壓電風能採集器，其特徵在於主體通過螺釘安裝在掛架上，掛件通過螺釘安裝在掛架上、且置於所述的主體內；1-50個壓電換能器置於所述主體內，所述壓電換能器由一對缽型壓電振子通過鉚釘鉚接而成，所述缽型壓電振子由缽型殼體和環形壓電晶片粘接而成；所述第一個壓電換能器上端缽型殼體與掛件鉚接，兩個相連壓電換能器的缽型殼體通過空心鉚釘鉚接，所述的最後一個壓電換能器下端的缽型殼體與球銷的上端鉚接，所述球銷通過主體下端的通孔伸出；所述球銷上套有彈簧，所述彈簧壓接在最後一個壓電振子和主體的下端面之間；所述球銷下端的球頭上套有球銷套，風帆通過螺釘安裝在所述球銷套上，所述風帆由帆布與帆架鉚接而成；同一個壓電換能器上的兩個壓電晶片通過導線一連接，不同壓電換能器上的兩個壓電晶片通過導線二連接，壓電振子通過導線組與安裝在主體側壁的無線傳感器節點連接。
專利摘要本實用新型涉及一種垂吊式壓電風能採集器，用於為無線傳感器節點提供電力。主體通過螺釘安裝在掛架上，掛件通過螺釘安裝在掛架上、且置於主體內；1-50個壓電換能器置於所述主體內，壓電換能器由一對缽型壓電振子通過鉚釘鉚接而成，缽型壓電振子由缽型殼和環形壓電晶片粘接而成；第一個壓電換能器的上端與掛件鉚接，兩個相連壓電換能器的缽型殼體通過空心鉚釘鉚接，最後一個壓電換能器下端的缽型殼體與球銷鉚接，球銷通過主體下端的通孔伸出；球銷上套有彈簧，彈簧壓接在最後一個壓電振子和主體下端面之間，風帆通過螺釘安裝在所述球銷套上。優點是採用多個壓電振子串聯同步發電，可收集任意方向的微弱風能。
文檔編號F03D9/00GK202617041SQ201220262690
公開日2012年12月19日 申請日期2012年6月1日 優先權日2012年6月1日
發明者王淑雲, 闞君武, 張克華, 曾平, 程光明, 沈黃橋 申請人:浙江師範大學