一種頻率可控型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頻率可控的壓電發電裝置，由渦輪轉子組件、壓電振子組件和彈性小球構成，壓電振子組件的每一個壓電振動片的端部與另外一個壓電振動片離開其端部距離為b的位置相接觸，每個壓電振子可能被撞擊的長度均為b。本實用新型專利技術對壓電懸臂梁的沖擊沖擊位置的不同，各個振動模態的響應也不同。在某個模態的波峰處（即應變最大處）最容易激發出該模態。本實用新型專利技術利用一階彎曲振動振幅最大的特點，通過設計、計算將小球撞擊壓電片的范圍局限在一階彎曲振動的波峰附近，使得受到撞擊時振動更加平穩，實現輸出電壓頻率穩定可控。（*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，特別是一種頻率可控型壓電發電裝置。
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。可在時速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。專利申請“壓電發電裝置201010146307.4，采用自由彈性球內置于壓電振動片構成的多邊形腔體中的新結構，利用置于流動空氣或其它流體中的渦輪帶動多邊形腔體繞一水平軸轉動，使彈性球在自身重力和壓電振動片的作用下產生運動，撞擊壓電振動片使其產生振動，進而使壓電振動片上的壓電材料兩面的電極輸出電能。所構成的壓電發電裝置具有磨損小、壽命長、效率高等特點，且在氣流速度較小的情況下也能發電，在很小和較大的風速情況下都可以發電。但是由于彈性球可以撞擊壓電振動片的任何位置，所以產生的電能頻率范圍很寬，增加了輸出平穩電壓的難度。
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輸出頻率可控的壓電發電裝置。實現本技術目的的技術解決方案為:一種頻率可控的壓電發電裝置，由渦輪轉子組件、壓電振子組件和彈性小球構成，所述的渦輪轉子組件包括渦輪葉片和圓環型結構，在圓環型結構的外圓柱面上固定渦輪葉片；壓電振子組件由三個或三個以上相同結構的壓電振動片固定在圓環型結構的內圓柱面上構成多邊形內部結構，該壓電振動片由局部粘貼壓電振子的彈性片構成，壓電振子由壓電材料和兩面所被第一電極和第二電極組成，第一電極和第二電極分別引出第一導線和第二導線，第一導線和第二導線與負載連接，彈性片的一端固定在圓環形結構的內圓柱面上，另一端自由，形成懸臂梁結構，彈性小球自由地置于壓電振動片所形成的內腔中，圓環型結構兩端封堵，每一個壓電振動片的端部與另外一個壓電振動片離開其端部距離為b的位置相接觸，每個壓電振子可能被撞擊的長度均為b。本技術與現有技術相比，其顯著優點:對壓電懸臂梁的沖擊沖擊位置的不同，各個振動模態的響應也不同。在某個模態的波峰處(即應變最大處)最容易激發出該模態。本技術利用一階彎曲振動振幅最大的特點，通過設計、計算將小球撞擊壓電片的范圍局限在一階彎曲振動的波峰附近，使得受到撞擊時振動更加平穩，實現輸出電壓頻率穩定可控。以下結合附圖對本技術作進一步詳細描述。附圖說明圖1是本技術頻率可控的壓電發電裝置的示意圖。圖2是增加振動片的數量以有效減小b值的方法示意圖。具體實施方式結合圖1，本技術頻率可控的壓電發電裝置，由渦輪轉子組件、壓電振子組件和彈性小球3構成，所述的渦輪轉子組件包括渦輪葉片I和圓環型結構2，在圓環型結構2的外圓柱面上固定渦輪葉片1(渦輪葉片I有多個，數量根據應用的場合可以選擇兩個或兩個以上);壓電振子組件由三個或三個以上相同結構的壓電振動片固定在圓環型結構2的內圓柱面上構成多邊形內部結構，該壓電振動片由局部粘貼壓電振子的彈性片7構成，壓電振子由壓電材料4和兩面所被第一電極5和第二電極6組成,第一電極5和第二電極6分別引出第一導線8和第二導線10，第一導線8和第二導線10與負載9連接，彈性片7的一端固定在圓環形結構2的內圓柱面上，另一端自由，形成懸臂梁結構，彈性小球3自由地置于壓電振動片所形成的內腔中運動，圓環型結構2兩端封堵，每一個壓電振動片的端部與另外一個壓電振動片離開其端部距離為b的位置相接觸，每個壓電振子可能被撞擊的長度均為b，如圖2所示。通過改變壓電振子可能受到撞擊的長度b，使得任何一個壓電振子受到的撞擊都在相類似的局部區域，同一個壓電振子不同時刻受到的撞擊也都在相類似的局部區域。b值的大小使得彈性球撞擊壓電振動片的范圍局限在一階彎曲振動的波峰附近，使得其受到撞擊時產生的振動頻率接近其該階彎曲振動頻率，從而實現輸出電壓頻率穩定可控。根據對輸出電壓頻率精度的要求，選擇b的大小。b越小，輸出頻率越精確。增加振動片的數量將在保證輸出電壓的同時有效減小b值。如圖2所示。b的取值為小于壓電振動片長度的1/5。本技術在“壓電發電裝置201010146307.4基礎上，發展新的頻率可控型壓電發電裝置。在壓電振子構成的多變形腔體內置自由彈性球結構的基礎上，通過設計，將小球撞擊壓電振動片的范圍局限在其一階彎曲振動的波峰附近，使得其受到撞擊時產生的振動頻率在一階彎曲振動附近，從而實現輸出電壓頻率穩定可控。本技術的壓電發電裝置的圓環中心隨置于渦輪帶動的水平旋轉軸轉動，圓環中心旋轉軸迎著流體如空氣或水來流的方向為工作安裝狀態，在空氣或水流的作用下流體流動驅動渦輪轉子組件和由圓環2及壓電振子組件形成的內多邊形結構整體旋轉，彈性小球3在壓電振動片的作用下獲得動能和勢能，彈性小球3受到壓電振動片和地心引力的作用，在壓電振動片形成的內多邊形結構中運動，設計壓電振動片的長度使得小球撞擊壓電振動片的范圍局限在其一階彎曲振動的波峰附近，這樣，壓電振動片受到撞擊時產生的振動頻率就接近其一階彎曲振動頻率，從而使得輸出電壓的頻率控制在設計范圍內。壓電振動片的振動使得壓電材料4產生變形，由于壓電效應，進而使壓電材料4所被第一電極5和第二電極6產生電荷,經第一電極5和第二電極和第一導線8和第二導線10輸出到負載9,在與負載9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。彈性小球3為一個或一個以上，大小相等或不等。負載9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】
一種頻率可控的壓電發電裝置，由渦輪轉子組件、壓電振子組件和彈性小球（3）構成，所述的渦輪轉子組件包括渦輪葉片（1）和圓環型結構（2），在圓環型結構（2）的外圓柱面上固定渦輪葉片（1）；壓電振子組件由三個或三個以上相同結構的壓電振動片固定在圓環型結構（2）的內圓柱面上構成多邊形內部結構，該壓電振動片由局部粘貼壓電振子的彈性片（7）構成，壓電振子由壓電材料（4）和兩面所被第一電極（5）和第二電極（6）組成，第一電極（5）和第二電極（6）分別引出第一導線（8）和第二導線（10），第一導線（8）和第二導線（10）與負載（9）連接，彈性片（7）的一端固定在圓環形結構（2）的內圓柱面上，另一端自由，形成懸臂梁結構，彈性小球（3）自由地置于壓電振動片所形成的內腔中，圓環型結構（2）兩端封堵，其特征在于：每一個壓電振動片的端部與另外一個壓電振動片離開其端部距離為b的位置相接觸，每個壓電振子可能被撞擊的長度均為b。

【技術特征摘要】
1.一種頻率可控的壓電發電裝置，由渦輪轉子組件、壓電振子組件和彈性小球(3)構成，所述的渦輪轉子組件包括渦輪葉片(I)和圓環型結構(2)，在圓環型結構(2)的外圓柱面上固定渦輪葉片(I);壓電振子組件由三個或三個以上相同結構的壓電振動片固定在圓環型結構(2)的內圓柱面上構成多邊形內部結構，該壓電振動片由局部粘貼壓電振子的彈性片(7)構成，壓電振子由壓電材料(4)和兩面所被第一電極(5)和第二電極(6)組成，第一電極(5)和第二電極(6)分別引出第一導線(8)和第二導線(10)，第一導線(8)和第二導線(10)與負載(9)連接,彈性片(7)...

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