专利名称：一种高效率压电发电装置的制作方法
一种高效率压电发电装置技术领域
本发明属于风力发电和水力发电领域，特别是一种高效率压电发电装置。
背景技术：
利用自然界风能和水能进行发电，为各种户外设施进行自供电的系统符合当今节 能、环保、低碳的发展趋势，在工业监控、智能交通、智能电网、矿山安全、环境监测、平安家 居、医疗保健等领域具有广阔的应用前景。美国的Priya采用压电器件设计制造了一种小型风力发电机USl 1/252903。可在时速 8 16公里的风力驱动下发电。发电机的桨叶连到凸轮上，使围绕轴排成圆形的一系列双 压电晶片产生振荡，从而输出电能。该方案具有两个缺点一是压电双晶片每一次转动都 与凸轮碰撞，摩擦，因此产生磨损，造成能量损失，同时降低使用寿命。二是在风速较低时， 桨叶与凸轮不会脱离，压电双晶片保持一定的弯曲状态不变，此时不再发电。由NEC TOKIN 与日本Heardea联合开发、配备采用压电转换元件的发电装置的新型道路标识在日本试运 行。其原理就是通过置于环形槽内钢球的滚动，撞击压电元件来发电。该装置设置在交通 量大的公路隧道内，可利用汽车驶过时产生的气流驱动标识旋转。钢球位于由压电转换元 件分隔成的环形通道中，标识转动时钢球就会在通道中运动，撞击通道两端的压电元件，使 压电元件输出电荷。这种方案的主要缺点是，当车连续驶过而产生强烈的风时标识就会高 速转动，从而使钢球紧贴着压电转换元件运动，压电元件得不到交变的压力作用，就不能发 电了。发明内容
本发明的目的在于提供一种利用压电材料收集流体动能的高效、适用范围广的高 效率压电发电装置。
实现本发明目的的技术解决方案为一种高效率压电发电装置，由涡轮转子组件、 弹簧滑块组件、弯折打杆组件、压电振子组件构成，所述的涡轮转子组件包括涡轮叶片、转 轴和凸轮构成，转轴设置在主轴架上，并转动，涡轮叶片固定在转轴的一端，凸轮固定在转 轴的中间，主轴架安装在底座上；弹簧滑块组件包括安装筒、推杆、安装筒盖、弹簧、滑块推 杆和支撑盘构成，所述的弹簧放置在安装筒内，滑块推杆穿过弹簧，该滑块推杆一端与支撑 盘连接，另一端与推杆连接，该推杆穿过安装筒盖，并由安装筒盖限位，凸轮始终与推杆接 触；弯折打杆组件由圆环、打杆、转动滑块、第二销钉和支撑架构成，其中圆环安装在底座 上，并位于主轴架之间，支撑架固定在圆环上，打杆通过第二销钉架于支撑架上，打杆在支 撑架上转动，转动滑动通过第一销钉连接在支撑盘上，转动滑动在支撑盘上转动，所述的打 杆与转动滑块形成滑动连接；圆环盖安装在圆环上，安装筒垂直固定在圆环盖上；压电振 子组件由压电材料、第一电极、第二电极、第一导线、第二导线组成，第一电极、第二电极涂 在压电材料的两面形成压电片，第一导线与第一电极连接，第二导线与第二电极连接，第一 导线、第二导线与负载连接，该压电片粘贴在弹性片上形成压电振动片，弹性片的一端嵌入在圆环的内外圆柱面上，并用环氧树脂固定，另一端自由，形成悬臂梁结构。
本发明与现有技术相比，其显著优点(I)采用机械的凸轮连杆机构和滑块机构， 可以保证每次敲击部位的准确性，产生更平稳高效的电能；(2)克服了由离心力来提供撞 击的装置，在高速流体作用下会产生离心力过大而紧贴压电振子而失效；(3)可以根据安 装所在地的流体力和安防空间设计不同数量的打杆，增加对应数量的压电振子，从而使得 其变化范围大大增加，从而可以更好因地因时安装不同型号的该装置，并且同时可以敲打 四个边，因此实现高效率的发电；(4)利用压电效应，从空气或其他流体的运动中收集能 量，转化为电能，是一种小型风力发电或水力发电装置，可用于户外使用的小型设备或设施 的自供电。在很小和较大的风速情况下都可以发电，具有广泛的适应性。2-3级微风便可以 产生持续电能，其机电转化效率与目前先进的大型风电设备效率相当，可以用以为无线传 感网节点供电。
下面结合附图对本发明作进一步详细描述。
图1是本发明高效率压电发电装置的主视图。
图2是本发明高效率压电发电装置内部结构示意图。
具体实施方式
结合图1和图2，本发明高效率压电发电装置，由涡轮转子组件、弹簧滑块组件、弯 折打杆组件、压电振子组件构成，所述的涡轮转子组件包括涡轮叶片8、转轴7和凸轮9构 成，转轴7设置在主轴架10上，并转动，涡轮叶片8固定在转轴7的一端，凸轮9固定在转 轴7的中间，主轴架10安装在底座I上；弹簧滑块组件包括安装筒5、推杆11、安装筒盖12、弹簧13、滑块推杆6和支撑盘17构 成，所述的弹簧13放置在安装筒5内，滑块推杆6穿过弹簧13，该滑块推杆6 —端与支撑盘 17连接，另一端与推杆11连接，该推杆11穿过安装筒盖12，并由安装筒盖12限位，凸轮9 始终与推杆11接触；弯折打杆组件由圆环2、打杆14、转动滑块15、第二销钉18和支撑架19构成，其中圆环 2安装在底座I上，并位于主轴架10之间，支撑架19固定在圆环2上，打杆14通过第二销 钉18架于支撑架19上，打杆14在支撑架19上转动，转动滑动15通过第一销钉16连接在 支撑盘17上，转动滑动15在支撑盘17上转动，所述的打杆14与转动滑块15形成滑动连 接；圆环盖4安装在圆环2上，安装筒5垂直固定在圆环盖4上；压电振子组件由压电材料20、第一电极21、第二电极22、第一导线23、第二导线24组 成，第一电极21、第二电极22涂在压电材料20的两面形成压电片，第一导线23与第一电极 21连接，第二导线24与第二电极22连接，第一导线23、第二导线24与负载25连接，该压 电片粘贴在弹性片3上形成压电振动片，弹性片3的一端嵌入在圆环2的内外圆柱面上，并 用环氧树脂固定，另一端自由，形成悬臂梁结构。
本发明高效率压电发电装置的打杆14、转动滑块15、第一销钉16、第二销钉18、支 撑架19和压电振动片数量相同，为四个以上，四个以上相同结构压电振动片在圆环2的圆 柱面上构成多边形内部结构。其中打杆14为弯折型的形状，在弯折处通过第二销钉18与支撑架19连接，一端弯折段与压电片在滑块推杆6上升阶段时接触，另一端弯折段在转动 滑块15内滑动。
本发明涡轮叶片8将空气或水流的动能转化为转轴7转动的动能，从而带动凸轮 9的转动。由于凸轮9的偏心，在凸轮9下降过程中必然将推杆11下压，推杆11与滑块推 杆6紧固连接，从而带动滑块推杆6向下运动，又因为支撑盘17与推杆11也是紧固连接， 所以进一步在力传导下实现支撑盘17向下运动，于此来带动活动滑块15，因为打杆14与活 动滑块15属于滑动连接，所以使得打杆14绕第二销钉18向上转动，远离压电振子片；当凸 轮9上升时，由于弹簧13所产生弹力将弹簧滑块组件向上抬起，从而带动活动滑块15，进而 使得打杆14绕着第二销钉18敲击压电振动片使其产生弯曲振动，弹性片3的振动使得压 电材料20产生变形，由于压电效应，进而使压电材料20由第一电极21、第二电极22上产生 电荷，经第一电极21、第二电极22和第一导线23、第二导线24输出到负载25，在与负载25 构成的回路中形成电流，最终将气流或水流的动能转化为电能。负载25为发光二级管、无 线传感器、整流滤波电路、蓄电池、电容或扬声器。
权利要求
1.一种高效率压电发电装置，其特征在于由涡轮转子组件、弹簧滑块组件、弯折打杆组件、压电振子组件构成，所述的涡轮转子组件包括涡轮叶片(8)、转轴(7)和凸轮(9)构成，转轴(7 )设置在主轴架(10 )上，并转动，涡轮叶片(8 )固定在转轴(7 )的一端，凸轮(9 )固定在转轴(7)的中间，主轴架(10)安装在底座(I)上； 弹簧滑块组件包括安装筒(5 )、推杆(11)、安装筒盖(12 )、弹簧(13 )、滑块推杆(6 )和支撑盘(17)构成，所述的弹簧(13)放置在安装筒(5)内，滑块推杆(6)穿过弹簧(13)，该滑块推杆(6)—端与支撑盘(17)连接，另一端与推杆(11)连接，该推杆(11)穿过安装筒盖(12)，并由安装筒盖(12 )限位，凸轮(9 )始终与推杆(11)接触； 弯折打杆组件由圆环(2)、打杆(14)、转动滑块(15)、第二销钉(18)和支撑架(19)构成，其中圆环(2)安装在底座(I)上，并位于主轴架(10)之间，支撑架(19)固定在圆环(2)上，打杆(14)通过第二销钉(18)架于支撑架(19)上，打杆(14)在支撑架(19)上转动，转动滑动(15)通过第一销钉(16)连接在支撑盘(17)上，转动滑动(15)在支撑盘(17)上转动，所述的打杆(14)与转动滑块(15)形成滑动连接；圆环盖(4)安装在圆环(2)上，安装筒(5)垂直固定在圆环盖(4)上； 压电振子组件由压电材料(20)、第一电极(21)、第二电极(22)、第一导线(23)、第二导线(24)组成，第一电极(21)、第二电极(22)涂在压电材料(20)的两面形成压电片，第一导线(23)与第一电极(21)连接，第二导线(24)与第二电极(22)连接，第一导线(23)、第二导线(24)与负载(25)连接，该压电片粘贴在弹性片(3)上形成压电振动片，弹性片(3)的一端嵌入在圆环(2)的内外圆柱面上，并用环氧树脂固定，另一端自由，形成悬臂梁结构。
2.根据权利要求1所述的高效率压电发电装置，其特征在于打杆(14)、转动滑块(15)、第一销钉(16)、第二销钉(18)、支撑架(19)和压电振动片数量相同，为四个以上，四个以上相同结构压电振动片在圆环(2)的圆柱面上构成多边形内部结构。
3.根据权利要求1或2所述的高效率压电发电装置，其特征在于打杆(14)为弯折型的形状，在弯折处通过第二销钉(18)与支撑架(19)连接，一端弯折段与压电片在滑块推杆(6 )上升阶段时接触，另一端弯折段在转动滑块(15 )内滑动。
全文摘要
本发明公开了一种高效率压电发电装置，由涡轮转子组件、弹簧滑块组件、弯折打杆组件、压电振子组件构成，所述的涡轮转子组件包括涡轮叶片、转轴和凸轮构成；弹簧滑块组件包括安装筒、推杆、安装筒盖、弹簧、滑块推杆和支撑盘构成；弯折打杆组件由圆环、打杆、转动滑块、第二销钉和支撑架构成；压电振子组件由压电材料、第一电极、第二电极、第一导线、第二导线组成。本发明采用机械的凸轮连杆机构和滑块机构，可以保证每次敲击部位的准确性，产生更平稳高效的电能；克服了由离心力来提供撞击的装置，在高速流体作用下会产生离心力过大而紧贴压电振子而失效。
文档编号H02N2/18GK103023375SQ201210427709
公开日2013年4月3日 申请日期2012年10月31日 优先权日2012年10月31日
发明者杨颖 , 沈钦龙, 金家楣 申请人:南京航空航天大学