一种筒式机械能采能发电装置的制作方法

本实用新型属发电装置及新能源开发应用技术领域，特别是涉及一种筒式机械能采能发电装置。

背景技术：

能源和环境是21世纪人类所关注的最重要的两大主题。随着我们可持续发展观的深入，可再生能源无疑是推动经济发展最好的选择。长久以来，我们希望能将环境中可以回收利用的能量进行回收和转换，达到能量的循环利用。筒式机械能采能发电装置就是实现这一功能的一种器件，它通过压电材料的压电效应，将环境中的机械能，势能等转换为电能。压电能量收集器具有机电转换效率高，输出电压高，结构稳定，易于满足集成化要求，无需外加偏置等特点，并且不会造成污染，不受电磁干扰，所以压电能量收集器受到了越来越多的关注。

压电材料的压电特性是：当有压力作用在换能单元上时，换能单元发生弯曲形变，进而使换能单元中的压电陶瓷片片发生形变，发生压电效应，压电陶瓷片片上就会产生一定数量的电荷Q，从电极上可输出电压信号。

已有的相近专利：一种基于压电材料的发电地板(CN201110279603.6)，其结构复杂，一方面其设计中没有高效的提高换能效率，趋于使用压电单晶材料，成本高不易于应用推广。压电叠堆式MEMS振动能量采集器及其制备方法(CN201110054030.7)中设计的通过压电陶瓷片叠堆作为压电转换元件的方式，虽然换能效率高，但是叠堆的实现使用具有独石烧结的贵金属浆料，且叠堆器件依靠厚度方向多层积累形变，发挥的是纵向压电应变常数的效果，其能量产生受到厚度方向的局限改变的限制。排式压力采能装置(CN201310205756.5)虽然用了排式，克服了上面两种专利的部分缺陷，但是未能够有效的利用空间，转化效率受到限制。另外以上三种专利对装置的环境承受能力没有明确说明，现实中，装置往往要面临复杂的环境。

技术实现要素：

本实用新型所要解决的技术问题是提供一种筒式机械能采能发电装置，解决上述发电装置结构复杂、成本高，未能够有效的利用空间，转化效率受到限制的问题。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：提供一种筒式机械能采能发电装置，包括采能盖板、安全垫片、换能片、桶座、传力棒、传力棒回弹板、垫槽、导线和发电基元，其中所述桶座内部侧边设有导线，所述采能盖板安装在桶座上端，且采能盖板可上下移动，所述传力棒安装在桶座中间，且传力棒可上下移动，所述桶座与采能盖板和传力棒之间设有安全垫片，所述传力棒上端设有安全帽、中间设有若干棒卡，所述安全帽上端与采能盖板连接，所述棒卡用于将传力棒的受力传递给换能片，所述传力棒回弹板安装在安全帽下端、桶座内，用于将下移后的传力棒恢复到原来位置，所述传力棒回弹板为圆形、外围呈圆环状、内部分隔成若干扇形回弹板，所述扇形回弹板内侧为自由端，所述换能片中间设有传力棒孔，用于与传力棒连接，若干换能片安装在棒卡下端、传力棒上，所述换能片末端和传力棒回弹板末端分别与垫槽连接成整体，所述垫槽用于将横向外力传递给换能片，所述换能片与导线连接，所述换能片为圆形、外围呈圆环状、内部分隔成若干梯形齿片，所述齿片外侧与桶座连接，所述齿片内侧为自由端，用于接收棒卡传递的外力，所述发电基元安装在齿片上，所述发电基元包括电极片和压电陶瓷片，所述电极片和压电陶瓷片采用环氧树脂软胶黏贴，保证两者发生变形的一致性，且相邻的压电陶瓷片的极化方向相反、通过导线并联连接。

本实用新型的进一步技术方案是，所述桶座为不锈钢材质，所述传力棒为不锈钢材料。

本实用新型的又进一步技术方案是，所述采能盖板材料为钢板或硬质塑料，所述安全垫片为塑料材质。

本实用新型的再进一步技术方案是，所述安全帽高于桶座上端，且安全帽为木质材料或者硬质塑料材料，使安全帽在碰撞过程中不产生噪音。

本实用新型的再进一步技术方案是，所述传力棒回弹板为不锈钢材料制成的圆盘，所述扇形回弹板自由端圆弧长度和扇形回弹板厚度之比为15。

本实用新型的再进一步技术方案是，所述齿片长度在3-5cm之间，保证齿片具有足够的弹性、且不易折断。

本实用新型的再进一步技术方案是，所述电极片正反两面黏贴压同样大小的压电陶瓷片为一层基元，一层基元厚度小于等于10um，且每个齿片上可设置一层或多层基元。

本实用新型的再进一步技术方案是，每个齿片上设置多层基元时，每层基元之间用环氧树脂硬胶机械连接，组成一个基元组，且一个基元组整体厚度小于等于50um。

本实用新型的再进一步技术方案是，一个基元层或一个基元层组或多个基元层或多个 基元层组用环氧树脂硬胶机械黏贴于齿片正反面、组成一个发电基元，所述一个发电基元厚度小于等于0.2mm。

本实用新型的更进一步技术方案是，所述压电陶瓷片为PZT、横向压电应变系数≥4X10¹⁰m/v，所述电极片为薄铜片。

本实用新型基于压电陶瓷片的压电效应，采用集成技术，将两层或以上的压电陶瓷片和电极片集成到换能片的每一个齿片上，组成一个可以在外力作用下能做近似作振谐运动的薄片发电基元。采能盖板上受到使传力棒下陷的压力时，传力棒就会将力传到换能片的每个齿片上，每个齿片分担大小近似的力，每个齿片产生最大振幅相同的机械运动，齿片、压电陶瓷片和电极片之间用环氧树脂硬胶机械粘结，保证三者发生弯曲变形的一致性，压电陶瓷片发生弯曲变形，发生压电效应，齿片的振幅在自身的阻力下不断减小，直至停止。整个装置中，换能片形状是一个不锈钢大圆环里面嵌套着许多齿片，齿的形状设置成近似于长方形的梯形片，利用了长方形横向更易发生形变的原理，而且具有一定韧性的材料的薄片更易产生近似振谐运动的运动，桶座的结构也可以收集以震动为主要形式的机械能，然后传递到发电基元上。

有益效果

本实用新型的换能基元独立换能，且充分利用空间，可根据不同的需要增加或减少圆盘换能片的个数；装置从换能单元到换能片的制作都采用一次性集成技术，生产成本降低；独特的保护设计，增加了装置的耐久性，扩大了采能形式；压电材料往往是小版面使用材料，此装置中充分考虑了这一特性，采用集成设计；装置噪音低，机电转化率高；不锈钢材料的筒式设计，可以收集安装环境中振动能量，传递发电基元上，提高能量利用率。

附图说明

图1为本实用新型正剖面示意图。

图2为本实用新型换能片结构示意图。

图3为本实用新型齿片结构示意图。

图4为本实用新型发电基元结构示意图。

图5为本实用新型传力棒示意图。

图6为本实用新型桶座示意图。

图7为本实用新型采能盖板结构示意图。

图8为本实用新型传力棒回弹板示意图。

具体实施方式

下面结合具体实施例，进一步阐述本实用新型。应理解，这些实施例仅用于说明本实用新型而不用于限制本实用新型的范围。此外应理解，在阅读了本实用新型讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本实用新型作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。

实施例1

如图1所示，一种筒式机械能采能发电装置，包括采能盖板1、安全垫片2、换能片3、桶座4、传力棒5、传力棒回弹板7、垫槽8、导线9和发电基元13，其中所述桶座4内部侧边设有导线9，如图6所示，所述采能盖板1安装在桶座4上端，且采能盖板1可上下移动，所述传力棒5安装在桶座4中间，且传力棒5可上下移动，所述桶座4与采能盖板1和传力棒5之间设有安全垫片2，所述传力棒5上端设有安全帽6、中间设有若干棒卡16，如图5所示，所述安全帽6上端与采能盖板1连接，所述棒卡16用于将传力棒5的受力传递给换能片3，所述传力棒回弹板7安装在安全帽6下端、桶座4内，用于将下移后的传力棒恢复到原来位置，所述传力棒回弹板7为圆形、外围呈圆环状、内部分隔成若干扇形回弹板，如图8所示，所述扇形回弹板内侧为自由端，所述换能片3中间设有传力棒孔11，用于与传力棒5连接，若干换能片3安装在棒卡16下端、传力棒5上，所述换能片3末端和传力棒回弹板7末端分别与垫槽8连接成整体，所述垫槽8用于将横向外力传递给换能片3，所述换能片3与导线9连接，所述换能片3为圆形、外围呈圆环状、内部分隔成若干梯形齿片10，如图2所示，所述齿片10外侧与桶座连接，所述齿片10内侧为自由端，用于接收棒卡16传递的外力，所述发电基元13安装在齿片10上，如图3所示，所述发电基元13包括电极片14和压电陶瓷片15，所述电极片14和压电陶瓷片15采用环氧树脂软胶12黏贴，如图4所示，保证两者发生变形的一致性，且相邻的压电陶瓷片15的极化方向相反、通过导线并联连接。

所述桶座4为不锈钢材质，所述传力棒5为不锈钢材料，所述采能盖板1材料为钢板或硬质塑料，如图7所示，所述安全垫片2为塑料材质。

如图1所示，所述安全帽6高于桶座上端，且安全帽6为木质材料或者硬质塑料材料，使安全帽6在碰撞过程中不产生噪音。

如图8所示，所述传力棒回弹板7为不锈钢材料制成的圆盘，所述扇形回弹板自由端 圆弧长度和扇形回弹板厚度之比为15。

如图3所示，所述齿片10长度在3-5cm之间，保证齿片10具有足够的弹性、且不易折断。

如图4所示，所述电极片14正反两面黏贴压同样大小的压电陶瓷片15为一层基元，一层基元厚度小于等于10um，且每个齿片10上可设置一层或多层基元；每个齿片10上设置多层基元时，每层基元之间用环氧树脂硬胶机械连接，组成一个基元组，且一个基元组整体厚度小于等于50um；一个基元层或一个基元层组或多个基元层或多个基元层组用环氧树脂硬胶机械黏贴于齿片正反面、组成一个发电基元，所述一个发电基元厚度小于等于0.2mm；所述压电陶瓷片15为PZT、横向压电应变系数≥4X10¹⁰m/v，所述电极片14为薄铜片。

本实用新型的实施过程为：采能盖板1上受到任何能让传力棒5下陷的压力，传力棒5受压向下产生位移，棒卡16固定在传力棒上5，在不受力情况下，在传力棒回弹板7作用下，传力棒5每个棒卡略高于换能片3的自由端；受力情况下，采能盖板1上的力作用在传力棒5上，传力棒5上的外力通过棒卡16，传导到圆盘换能片3中间的自由端，作用之后，在传力棒回弹板7和各换换能片3自由端弹力的作用下，传力棒5恢复到原来位置，此时，由于刚性材料韧性强的特点，以齿片10为单位，在外力的作用下，开始做近似于振谐运动的运动，齿片10此时产生弹性形变，产生弯曲变形，以齿片10为基础的发电基元发生弯曲变形，发生压电效应，产生电荷，电荷通过导线9传输到蓄电设备，至此，一个发电周期完成，因为换能片3的弹性变形，所以齿片10会在弹性势能作用下，继续做近似振谐运动，直至振谐运动消失之前，换能片3上都可以转换出电能。在受力过大的情况下，传力棒5下降到安全垫片2上，受到支撑力，不在下降，同时采能盖板1下降到换能垫片2上，不在下降。另外在横向外力作用下，桶座4接触到振动环境，把振动能量通过垫槽8传递到换能片3，再传递到齿片10上，使齿片10发生机械运动，带动发电基元13发生压电效应，完成转化。