專利名稱：一種電壓可調的壓電發(fā)電裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明屬于風力發(fā)電和水力發(fā)電領域，特別是一種壓電發(fā)電裝置。
背景技術：
利用自然界風能和水能進行發(fā)電，為各種戶外設施進行自供電的系統(tǒng)符合當今節(jié)能、環(huán)保、低碳的發(fā)展趨勢，在工業(yè)監(jiān)控、智能交通、智能電網(wǎng)、礦山安全、環(huán)境監(jiān)測、平安家居、醫(yī)療保健等領域具有廣闊的應用前景。
美國的Priya采用壓電器件設計制造了一種小型風力發(fā)電機USl 1/252903。可在時速8 16公里的風力驅動下發(fā)電。發(fā)電機的槳葉連到凸輪上，使圍繞軸排成圓形的一系列雙壓電晶片產(chǎn)生振蕩，從而輸出電能。該方案具有兩個缺點一是壓電雙晶片每一次轉動都 與凸輪碰撞，摩擦，因此產(chǎn)生磨損，造成能量損失，同時降低使用壽命。二是在風速較低時，槳葉與凸輪不會脫離，壓電雙晶片保持一定的彎曲狀態(tài)不變，此時不再發(fā)電。由NEC TOKIN與日本Heardea聯(lián)合開發(fā)、配備采用壓電轉換元件的發(fā)電裝置的新型道路標識在日本試運行。其原理就是通過置于環(huán)形槽內鋼球的滾動，撞擊壓電元件來發(fā)電。該裝置設置在交通量大的公路隧道內，可利用汽車駛過時產(chǎn)生的氣流驅動標識旋轉。鋼球位于由壓電轉換元件分隔成的環(huán)形通道中，標識轉動時鋼球就會在通道中運動，撞擊通道兩端的壓電元件，使壓電元件輸出電荷。這種方案的主要缺點是，當車連續(xù)駛過而產(chǎn)生強烈的風時標識就會高速轉動，從而使鋼球緊貼著壓電轉換元件運動，壓電元件得不到交變的壓力作用，就不能發(fā)電了。
發(fā)明內容
本發(fā)明的目的在于提供一種利用壓電材料收集流體動能的高效、適用范圍廣的壓電發(fā)電裝置。實現(xiàn)本發(fā)明目的的技術解決方案為一種壓電發(fā)電裝置，由渦輪轉子組件、壓電圈組件、滾柱組件構成，所述的渦輪轉子組件包括渦輪葉片、轉軸構成，由渦輪葉片轉動帶動轉軸旋轉，渦輪葉片固定在轉軸的一端；壓電圈組件由壓電材料、第一電極、第二電極、第一導線、第二導線組成，第一電極、第二電極涂在壓電材料的兩面形成壓電片，第一導線的一端與軸承外圈連接，第二導線的一端與第二電極連接，第一導線、第二導線各自引出的另一端與負載連接，該壓電片粘貼在彈性片上形成壓電單元，由于所形成的壓電單元為柔性體，可將其按盒體的內圓形狀貼緊并圍成一圈，壓電單元始終與滾柱保持接觸，盒蓋緊固于盒體上，壓電單元、盒蓋和盒體始終保持靜止狀態(tài)，而轉軸靠軸承穿過盒蓋和盒體的中心位置并實現(xiàn)轉動；滾柱組件包括轉動盤、滾柱和保持架構成，由轉動盤和保持架將滾柱進行限位，滾柱本身可以自行轉動，轉動盤固定在轉軸的中間并且轉動盤和保持架間隙配合，使得保持架形成浮空狀態(tài)，在轉軸轉動下，使得轉動盤、滾柱和保持架繞著轉軸軸心一起轉動。本發(fā)明與現(xiàn)有技術相比，其顯著優(yōu)點(I)采用軸承式的外圈是柔性的壓電圈，滾柱對其擠壓即可使其變形，當壓電單元不斷增加，就會使得輸出的電壓波動減小，從而不用經(jīng)過整流和濾波就能產(chǎn)生平穩(wěn)的準直流輸出；(2)克服了由離心力來提供撞擊的裝置，在高速流體作用下會產(chǎn)生離心力過大而緊貼壓電振子而失效；(3)可以根據(jù)安裝不同滾柱數(shù)量來調節(jié)不同的性能，從而使得其變化范圍大大增加，從而可以更好因地因時安裝不同型號的該裝置；(4)利用壓電效應，從空氣或其他流體的運動中收集能量，轉化為電能，是一種小型風力發(fā)電或水力發(fā)電裝置，可用于戶外使用的小型設備或設施的自供電。在很小和較大的風速情況下都可以發(fā)電，具有廣泛的適應性。下面結合附圖對本發(fā)明作進一步詳細描述。
圖I是本發(fā)明壓電發(fā)電裝置的主視圖(圖Ia)和左視圖(圖lb)。圖2是本發(fā)明壓電發(fā)電裝置俯視圖(圖2a)和局部放大圖(圖2b)。
具體實施例方式結合圖I (圖la、圖Ib)和圖2 (圖2a、圖2b)，本發(fā)明電壓可調的壓電發(fā)電裝置，由渦輪轉子組件、壓電圈組件、滾柱組件構成，所述的渦輪轉子組件包括渦輪葉片7、轉軸6構成，渦輪葉片7固定在轉軸6的一端，由渦輪葉片7轉動帶動轉軸6旋轉；
滾柱組件包括轉動盤4、滾柱2和保持架3構成，由轉動盤4和保持架3將滾柱2進行限位，滾柱2本身自行轉動，轉動盤4固定在轉軸6的中間并且轉動盤4和保持架3間隙配合，使得保持架3形成浮空狀態(tài)，在轉軸6轉動下，使得轉動盤4、滾柱2和保持架3繞著轉軸6軸心一起轉動；
壓電圈組件由壓電材料9、第一電極10、第二電極11、第一導線13、第二導線14組成，第一電極10、第二電極11涂在壓電材料9的兩面形成壓電片，第一導線13的一端與軸承15外圈連接，第二導線14的一端與第二電極11連接，第一導線13、第二導線14各自引出的另一端與負載12連接，該壓電片粘貼在彈性片8上形成壓電單元，將壓電單元按盒體I的內圓形狀貼緊并圍成一圈形成壓電圈，壓電單元始終與滾柱2保持接觸，盒蓋5緊固于盒體I上，壓電單元、盒蓋5和盒體I始終保持靜止狀態(tài)，而轉軸6靠軸承15穿過盒蓋5和盒體I的中心位置并實現(xiàn)轉動。以渦輪葉片7、轉軸6、保持架3和轉動盤4水平為工作安裝狀態(tài)，流體流動驅動渦輪轉子組件和滾柱組件旋轉，滾柱2在保持架3和轉動盤4作用，在壓電圈中運動，軸承式的外圈壓電圈是柔性的，滾柱對其擠壓即可使其變形，進而使壓電材料9所被第一電極10、第二電極11上產(chǎn)生電荷，經(jīng)第一導線13、第二導線14輸出到負載12，實現(xiàn)流體動能轉化為電能。滾柱2為2個以上，大小相等。本發(fā)明渦輪葉片7將空氣或水流的動能轉化為轉軸6轉動的動能，從而帶動轉動盤4的轉動。由轉動盤4和保持架3將滾柱2進行限位，滾柱2本身可以自行轉動，而轉動盤4和保持架3間隙配合，使得保持架3形成浮空狀態(tài)，在轉軸I轉動下，使得轉動盤4、滾柱2和保持架3繞著轉軸I軸心一起轉動，滾柱2對固定在盒體I內圈的柔性的壓電振子形成的壓電圈進行擠壓即可使其變形，產(chǎn)生壓電效應，進而使壓電材料9由第一電極10、第二電極11上產(chǎn)生電荷，經(jīng)第一電極10、第二電極11和第一導線13、第二導線14輸出到負載12，在與負載12構成的回路中形成電流，最終將氣流或水流的動能轉化為電能。負載12為發(fā)光二級管、無線傳感器、整流濾波電路、蓄電池、電容或揚聲器 。
權利要求
1.一種電壓可調的壓電發(fā)電裝置，其特征在于由渦輪轉子組件、壓電圈組件、滾柱組件構成，所述的渦輪轉子組件包括渦輪葉片(7)、轉軸(6)構成，渦輪葉片(7)固定在轉軸(6)的一端，由渦輪葉片(7)轉動帶動轉軸(6)旋轉；滾柱組件包括轉動盤(4)、滾柱(2)和保持架(3)構成，由轉動盤(4)和保持架(3)將滾柱(2)進行限位，滾柱(2)本身自行轉動，轉動盤(4)固定在轉軸(6)的中間并且轉動盤(4)和保持架(3)間隙配合，使得保持架(3)形成浮空狀態(tài)，在轉軸(6 )轉動下，使得轉動盤(4)、滾柱(2 )和保持架(3 )繞著轉軸(6 )軸心一起轉動； 壓電圈組件由壓電材料(9)、第一電極(10)、第二電極(11)、第一導線(13)、第二導線(14)組成，第一電極(10)、第二電極(11)涂在壓電材料(9)的兩面形成壓電片，第一導線(13)的一端與軸承(15)外圈連接，第二導線(14)的一端與第二電極(11)連接，第一導線(13)、第二導線(14)各自引出的另一端與負載(12)連接，該壓電片粘貼在彈性片(8)上形成壓電單元，將壓電單元按盒體(I)的內圓形狀貼緊并圍成一圈形成壓電圈，壓電單元始終與滾柱(2)保持接觸，盒蓋(5)緊固于盒體(I)上，壓電單元、盒蓋(5)和盒體(I)始終保持靜止狀態(tài)，而轉軸(6 )靠軸承(15 )穿過盒蓋(5 )和盒體(I)的中心位置并實現(xiàn)轉動。
2.根據(jù)權利要求I所述的電壓可調的壓電發(fā)電裝置，其特征在于以渦輪葉片(7)、轉軸(6)、保持架(3)和轉動盤(4)水平為工作安裝狀態(tài)，流體流動驅動渦輪轉子組件和滾柱組件旋轉，滾柱(2)在保持架(3)和轉動盤(4)的帶動下，在壓電圈中運動，壓電圈是柔性的，滾柱(2)對壓電圈擠壓即可使其變形，進而使壓電材料(9)所被第一電極(10)、第二電極(11)上產(chǎn)生電荷，經(jīng)第一導線(13)、第二導線(14)輸出到負載(12)，實現(xiàn)流體動能轉化為電能。
3.根據(jù)權利要求I或2所述的電壓可調的壓電發(fā)電裝置，其特征在于滾柱(2)為兩個以上，大小相等。
4.根據(jù)權利要求I所述的電壓可調的壓電發(fā)電裝置，其特征在于負載(10)為發(fā)光二級管、無線傳感器、整流濾波電路、蓄電池、電容或揚聲器。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種壓電發(fā)電裝置，由渦輪轉子組件、壓電圈組件、滾柱組件構成，所述的渦輪轉子組件包括渦輪葉片、轉軸構成，由渦輪葉片轉動帶動轉軸旋轉，渦輪葉片固定在轉軸的一端。本發(fā)明采用軸承式的外圈是柔性的壓電圈，滾柱對其擠壓即可使其變形，當壓電單元不斷增加，就會使得輸出的電壓波動減小，從而不用經(jīng)過整流和濾波就能產(chǎn)生平穩(wěn)的準直流輸出克服了由離心力來提供撞擊的裝置，在高速流體作用下會產(chǎn)生離心力過大而緊貼壓電振子而失效。
文檔編號H02N2/18GK102946211SQ20121047611
公開日2013年2月27日 申請日期2012年11月21日 優(yōu)先權日2012年11月21日
發(fā)明者楊穎 , 金家楣, 沈欽龍 申請人:南京航空航天大學