一種用于河流監(jiān)測的壓電式水輪發(fā)電機(jī)的制作方法
【專利摘要】本實(shí)用新型涉及一種用于河流監(jiān)測的壓電式水輪發(fā)電機(jī)，屬河流監(jiān)測領(lǐng)域。左管粗管壁端部與右管壁端部法蘭相連形成環(huán)腔；內(nèi)緣設(shè)有葉片、外緣鑲有滾珠、兩側(cè)鑲有激勵磁鐵的轉(zhuǎn)盤置于環(huán)腔內(nèi)，滾珠頂靠在左管粗管壁的滑道上；左管細(xì)管壁及右管壁的凸臺上裝有框架，框架前后側(cè)板導(dǎo)向孔中套有銷軸，銷軸上套有導(dǎo)板和內(nèi)外彈簧；銷軸靠近前側(cè)板一端裝有受激磁鐵，靠近前側(cè)板的導(dǎo)板經(jīng)卡簧固定；內(nèi)外彈簧置于前側(cè)板兩側(cè)；壓電振子的金屬基板兩端固定在固定的導(dǎo)板和后側(cè)板上，兩相鄰壓電晶片間的基板固定在滑動的導(dǎo)板上。優(yōu)勢特色：將平直壓電振子安裝成彎曲結(jié)構(gòu)，工藝簡單、成本低、壓電晶片僅承受壓應(yīng)力、可靠性高；易通過增加壓電振子數(shù)量和長度提高發(fā)電量。
【專利說明】
一種用于河流監(jiān)測的壓電式水輪發(fā)電機(jī)
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本實(shí)用新型屬于河流監(jiān)測技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種用于河流監(jiān)測的壓電式水輪發(fā)電機(jī)。
【背景技術(shù)】
[0002]我國境內(nèi)遍布的河流達(dá)數(shù)千條之多。近年來，由于工業(yè)廢污水處理力度不夠、水土流失及農(nóng)藥和化肥等使用不當(dāng)?shù)仍?，大部分河流都存在一定程度的污染問題，近1/4的河流或河段因污染而不能滿足基本的灌溉需求。此外，由于目前很多地區(qū)中小河流防洪設(shè)施不完善、甚至沒有任何防洪設(shè)施，汛期來臨之際可能導(dǎo)致潰堤或漫堤等危險，直接威脅了沿岸群眾的生命和財(cái)產(chǎn)安全。因此，河流監(jiān)測已受到國家相關(guān)部門的高度重視，十二五期間水利部就曾計(jì)劃實(shí)現(xiàn)對《中小河流治理和中小水庫除險加固專項(xiàng)規(guī)劃》確定的五千余條河流的監(jiān)測全覆蓋；同時，國內(nèi)專家學(xué)者也相繼提出了相應(yīng)的監(jiān)測方法和手段，包括針對河水污染的水質(zhì)監(jiān)測技術(shù)，針對防洪及泥石流等自然災(zāi)害的雨量、水位以及河道水流速等監(jiān)測技術(shù)等多方面。雖然所提出的某些監(jiān)測方法在技術(shù)層面以較成熟，但目前尚未得到大面的積推廣應(yīng)用，其主要原因之一是監(jiān)測系統(tǒng)供電問題未得到很好的解決。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]針對現(xiàn)有河流監(jiān)測系統(tǒng)供電方面所存在的問題，本實(shí)用新型提出一種用于河流監(jiān)測的壓電式水輪發(fā)電機(jī)。本實(shí)用新型采用的實(shí)施方案是:階梯型左管的粗管壁外側(cè)設(shè)有支座、內(nèi)側(cè)設(shè)有滑道、端部經(jīng)螺釘與右管管壁端部的法蘭相連并形成環(huán)腔；內(nèi)緣設(shè)有傾斜葉片、外緣鑲嵌有滾珠、兩側(cè)鑲嵌有激勵磁鐵的環(huán)形轉(zhuǎn)盤置于環(huán)腔內(nèi)，滾珠頂靠在滑道上;左管的細(xì)管壁及右管管壁上都均布地設(shè)有數(shù)量相同的凸臺，所述左管細(xì)管壁及右管管壁上的凸臺上都經(jīng)螺釘安裝有框架，框架上經(jīng)螺釘安裝有蓋板，框架前側(cè)板和后側(cè)板的導(dǎo)向孔中套有銷軸，銷軸上套有導(dǎo)板、內(nèi)彈簧和外彈簧，銷軸上靠近轉(zhuǎn)盤且從前側(cè)板伸出的一端經(jīng)螺母安裝有受激磁鐵;靠近前側(cè)板的導(dǎo)板經(jīng)兩個卡簧固定在銷軸上；內(nèi)彈簧兩端分別頂靠在前側(cè)板和經(jīng)卡簧所固定的導(dǎo)板上，外彈簧兩端分別頂靠在前側(cè)板和受激磁鐵上;壓電振子由金屬基板及其單側(cè)均布粘接的壓電晶片構(gòu)成，金屬基板的兩端經(jīng)螺釘和壓板分別固定在經(jīng)卡簧所固定的導(dǎo)板和后側(cè)板凸臺上，金屬基板上處于兩相鄰壓電晶片中間的部分經(jīng)螺釘和壓板固定在滑動的導(dǎo)板上;壓電振子上置于兩個相鄰導(dǎo)板之間、及置于后側(cè)板與其相鄰導(dǎo)板之間的部分構(gòu)成發(fā)電單元;壓電振子安裝前為平直結(jié)構(gòu)、安裝后處于各發(fā)電單元內(nèi)的部分為彎曲結(jié)構(gòu)，壓電晶片曲率半徑小于金屬基板的曲率半徑、壓電晶片承受壓應(yīng)力。
[0004]壓電振子被安裝后的自然狀態(tài)下、即銷軸不受外力作用時，壓電振子上處于各發(fā)電單元內(nèi)的部分的結(jié)構(gòu)形狀及受應(yīng)力狀態(tài)相同，壓電晶片所受的最大應(yīng)力為其許用應(yīng)力的一半;為提高壓電振子的發(fā)電能力及可靠性，壓電晶片為0.1mm?0.2mm的PZT4、金屬基板為鈹青銅，金屬基板與壓電晶片的厚度之比為I?2.5。
[0005]工作狀態(tài)下，即有流體流過轉(zhuǎn)盤時，流體與轉(zhuǎn)盤內(nèi)緣上傾斜的葉片間的相互作用迫使轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)動，從而改變激勵磁鐵與受激磁鐵間的距離和作用力，再經(jīng)銷軸及經(jīng)卡簧所固定的導(dǎo)板驅(qū)使各發(fā)電單元交替地伸長或縮短，壓電晶片所受壓應(yīng)力交替地增加或減小，壓電晶片所受應(yīng)力交替變化的過程中將流體動能轉(zhuǎn)換成電能。當(dāng)銷軸振動使內(nèi)彈簧被壓死時，壓電振子上置于同一框架內(nèi)各發(fā)電單元內(nèi)的部分都依然為彎曲結(jié)構(gòu);外彈簧被壓死時，壓電振子上置于同一框架內(nèi)各發(fā)電單元內(nèi)壓電晶片所受應(yīng)力都小于其許用應(yīng)力。
[0006]優(yōu)勢與特色:①通過河水帶動轉(zhuǎn)盤激勵壓電振子發(fā)電供電、無需外界能量供應(yīng)，可實(shí)現(xiàn)真正意義上的河流實(shí)時監(jiān)測;②通過安裝的方法將平直壓電振子變成彎曲結(jié)構(gòu)，工藝簡單、成本低、壓電晶片僅承受壓應(yīng)力、可靠性高;③易通過增加壓電振子數(shù)量和長度提高發(fā)電量。
【附圖說明】
[0007]圖1是本實(shí)用新型一個較佳實(shí)施例中發(fā)電機(jī)的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0008]圖2是圖1的左視圖；
[0009]圖3是圖1的Q部放大圖；
[0010]圖4是本實(shí)用新型一個較佳實(shí)施例中壓電振子裝配前的結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0011]階梯型左管a的粗管壁a2的外側(cè)設(shè)有支座a3、內(nèi)側(cè)設(shè)有滑道a4、端部經(jīng)螺釘與右管b的右管壁bl端部的法蘭b2相連接并形成環(huán)腔C;內(nèi)緣設(shè)有傾斜的葉片ml、外緣鑲嵌有滾珠η、兩側(cè)鑲嵌有激勵磁鐵P的環(huán)形轉(zhuǎn)盤m置于環(huán)腔C內(nèi)，滾珠η頂靠在滑道a4上;左管a的細(xì)管壁al及右管b的管壁bl上都均布地設(shè)有數(shù)量相同的凸臺，所述左管a的細(xì)管壁al及右管b的管壁bl上的凸臺上都經(jīng)螺釘安裝有框架C，框架c上經(jīng)螺釘安裝有蓋板d，框架c的前側(cè)板Cl和后側(cè)板c2的導(dǎo)向孔中套有銷軸f，銷軸f上套有導(dǎo)板g、內(nèi)彈簧jl和外彈簧j2，銷軸f上靠近轉(zhuǎn)盤m且從前側(cè)板Cl伸出的一端經(jīng)螺母安裝有受激磁鐵k;靠近前側(cè)板Cl的導(dǎo)板g經(jīng)兩個卡簧i固定在銷軸f上；內(nèi)彈簧jl的兩端分別頂靠在前側(cè)板Cl和經(jīng)卡簧i所固定的導(dǎo)板g上，外彈簧j2的兩端分別頂靠在前側(cè)板Cl和受激磁鐵k上;壓電振子h由金屬基板hi及其單側(cè)均布粘接的壓電晶片h2構(gòu)成，金屬基板hi的兩端經(jīng)螺釘和壓板e分別固定在經(jīng)卡簧i所固定的導(dǎo)板g和后側(cè)板c2的凸臺c3上，金屬基板hi上處于兩相鄰壓電晶片h2中間的部分經(jīng)螺釘和壓板e固定在滑動的導(dǎo)板g上;壓電振子h上置于兩個相鄰導(dǎo)板g之間、及置于后側(cè)板c2與其相鄰導(dǎo)板g之間的部分構(gòu)成發(fā)電單元H，壓電振子h安裝前的自然狀態(tài)下為平直結(jié)構(gòu)、安裝后處于各發(fā)電單元H內(nèi)的部分為彎曲結(jié)構(gòu)，壓電晶片h2曲率半徑小于金屬基板hi的曲率半徑、壓電晶片h2承受壓應(yīng)力。
[0012]壓電振子h被安裝后的自然狀態(tài)下、即銷軸f不受外力作用時，壓電振子h上處于各發(fā)電單元H內(nèi)的部分的結(jié)構(gòu)形狀及受應(yīng)力狀態(tài)相同，壓電晶片h2所受的最大應(yīng)力為其許用應(yīng)力的一半;為提高壓電振子h的發(fā)電能力及可靠性，壓電晶片h2為0.1mm?0.2mm的PZT4、金屬基板hi為鈹青銅，金屬基板hi與壓電晶片h2的厚度之比為I?2.5。
[0013]工作狀態(tài)下，即有流體流過轉(zhuǎn)盤m時，流體與轉(zhuǎn)盤m內(nèi)緣上傾斜的葉片ml間的相互作用迫使轉(zhuǎn)盤m轉(zhuǎn)動，從而改變激勵磁鐵P與受激磁鐵k間的距離和作用力，再經(jīng)銷軸f及經(jīng)卡簧i所固定的導(dǎo)板g驅(qū)使各發(fā)電單元H交替地伸長或縮短，壓電晶片h2所受壓應(yīng)力交替地增加或減小，壓電晶片h2所受應(yīng)力交替變化的過程中將流體動能轉(zhuǎn)換成電能。當(dāng)銷軸f振動使內(nèi)彈簧jl被壓死時，壓電振子h上置于同一框架c內(nèi)各發(fā)電單元H內(nèi)的部分都依然為彎曲結(jié)構(gòu);外彈簧j2被壓死時，壓電振子h上置于同一框架c內(nèi)各發(fā)電單元H內(nèi)壓電晶片h2所受應(yīng)力都小于壓電材料的許用應(yīng)力。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種用于河流監(jiān)測的壓電式水輪發(fā)電機(jī)，其特征在于:階梯型左管的粗管壁外側(cè)設(shè)有支座、內(nèi)側(cè)設(shè)有滑道、端部經(jīng)螺釘與右管管壁端部的法蘭相連并形成環(huán)腔；內(nèi)緣設(shè)有傾斜葉片、外緣鑲嵌有滾珠、兩側(cè)鑲嵌有激勵磁鐵的環(huán)形轉(zhuǎn)盤置于環(huán)腔內(nèi)，滾珠頂靠在滑道上；左管的細(xì)管壁及右管管壁上都均布地設(shè)有凸臺，所述各凸臺上都安裝有框架，框架上安裝有蓋板，框架前后側(cè)板的導(dǎo)向孔中套有銷軸，銷軸上套有導(dǎo)板和內(nèi)外彈簧，銷軸上靠近轉(zhuǎn)盤且從前側(cè)板伸出的一端安裝有受激磁鐵;靠近前側(cè)板的導(dǎo)板經(jīng)兩個卡簧固定在銷軸上；內(nèi)彈簧兩端分別頂靠在前側(cè)板和經(jīng)卡簧所固定的導(dǎo)板上，外彈簧兩端分別頂靠在前側(cè)板和受激磁鐵上;壓電振子由金屬基板及其單側(cè)均布粘接的壓電晶片構(gòu)成，金屬基板兩端分別固定在經(jīng)卡簧所固定的導(dǎo)板和后側(cè)板凸臺上，金屬基板上處于兩相鄰壓電晶片間的部分固定在滑動的導(dǎo)板上;壓電振子上置于兩相鄰導(dǎo)板之間及置于后側(cè)板與其相鄰導(dǎo)板之間的部分構(gòu)成發(fā)電單元;壓電振子安裝前為平直結(jié)構(gòu)、安裝后處于各發(fā)電單元內(nèi)的部分為彎曲結(jié)構(gòu)。
【文檔編號】H02N2/18GK205681335SQ201620625558
【公開日】2016年11月9日
【申請日】2016年6月15日 公開號201620625558.3, CN 201620625558, CN 205681335 U, CN 205681335U, CN-U-205681335, CN201620625558, CN201620625558.3, CN205681335 U, CN205681335U
【發(fā)明人】郭健安, 朱貝貝, 費(fèi)凡, 劉志浩, 錢前程, 張忠華
【申請人】浙江師范大學(xué)