一種電壓可調的壓電發電裝置制造方法及圖紙

本實用新型專利技術公開了一種壓電發電裝置，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。本實用新型專利技術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，從而不用經過整流和濾波就能產生平穩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生離心力過大而緊貼壓電振子而失效。（*該技術在2022年保護過期，可自由使用*）

【技術實現步驟摘要】

本技術屬于風力發電和水力發電領域，特別是一種壓電發電裝置。
技術介紹
利用自然界風能和水能進行發電，為各種戶外設施進行自供電的系統符合當今節能、環保、低碳的發展趨勢，在工業監控、智能交通、智能電網、礦山安全、環境監測、平安家居、醫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電機US11/252903?？稍跁r速8 16公里的風力驅動下發電。發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不變，此時不再發電。由NECTOKIN與日本Heardea聯合開發、配備采用壓電轉換元件的發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·形槽內鋼球的滾動，撞擊壓電元件來發電。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，當車連續駛過而產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，就不能發電了。
技術實現思路
本技術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電裝置。實現本技術目的的技術解決方案為:一種壓電發電裝置，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，而轉軸靠軸承穿過盒蓋和盒體的中心位置并實現轉動；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，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。本技術與現有技術相比，其顯著優點:(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，從而不用經過整流和濾波就能產生平穩的準直流輸出；(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生離心力過大而緊貼壓電振子而失效；(3)可以根據安裝不同滾柱數量來調節不同的性能，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，是一種小型風力發電或水力發電裝置，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電，具有廣泛的適應性。以下結合附圖對本技術作進一步詳細描述。附圖說明圖1是本技術壓電發電裝置的主視圖(圖1a)和左視圖(圖lb)。圖2是本技術壓電發電裝置俯視圖(圖2a)和局部放大圖(圖2b)。具體實施方式結合圖1 (圖la、圖1b)和圖2 (圖2a、圖2b)，本技術電壓可調的壓電發電裝置，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，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，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，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上產生電荷，經第一導線13、第二導線14輸出到負載12，實現流體動能轉化為電能。滾柱2為2個以上，大小相等。本技術渦輪葉片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，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上產生電荷，經第一電極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為發光二級管、無線傳感器、整流濾波電路、蓄電池、電容或揚聲器。本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種電壓可調的壓電發電裝置，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，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（1）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（1）上，壓電單元、盒蓋（5）和盒體（1）始終保持靜止狀態，而轉軸（6）靠軸承（15）穿過盒蓋（5）和盒體（1）的中心位置并實現轉動。...

【技術特征摘要】
1.一種電壓可調的壓電發電裝置，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，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...

【專利技術屬性】
技術研發人員：楊穎，金家楣，沈欽龍，
申請(專利權)人：南京航空航天大學，
類型：實用新型
國別省市：