CN102801355A - 微型风力压电发电机 - Google Patents

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隋丽
郭德卿
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Abstract

本发明公开一种微型风力压电发电机，该发电机结构简单，机电转换效率高，功率密度大。按照能量的转化形式该发电机可分为两大部分：气动涡轮机构：将风动机械能转化为持续、稳定的旋转机械能；压电发电机本体：将气动涡轮产生的旋转机械能转化为电能，主要由冲击轮片、弹性元件和压电片组成。其工作过程为：在风的吹动下，气动涡轮带动冲击轮片转动，冲击轮片转动过程中，连续周期性的冲击弹性元件上压电材料，压电材料受到压力作用，根据压电材料的正压电效应，压电材料将其所受冲击及其变形转换成电能。在压电材料上连接引线作为发电机的一个电极，压电材料与弹性元件相接触的面引出一条线，作为发电机输出的另一极。

Description

微型风力压电发电机
技术领域
发明涉及一种发电机，具体涉及一种微型风力压电发电机，其属于能源开发技术领域。
背景技术
目前一般微型压电发电机多采用振动的形式，振动式微型压电发电机的缺点是转换效率低。微型风力压电发电机一般为涡轮式微型风力发电机和风致振动微型风力发电机。目前涡轮式微型风力发电机不足之处在于结构比较复杂，体积较大，难以微型化；而风致振动微型风力发电机功率密度偏低。
发明内容
有鉴于此，本发明提供一种微型风力压电发电机，该发电机结构简单，机电转换效率高，功率密度大。
本发明的一种微型风力压电发电机，包括连接轴、气动涡轮、冲击轮片、弹性元件、压电片和外壳。其中外壳是由前端盖、后端盖和壳体组成的圆柱型空腔结构。其连接关系为：连接轴通过前端盖和后端盖上的轴承安装在壳体内，连接轴与壳体同轴。在连接轴位于前端盖外的端部安装有气动涡轮。连接轴位于壳体内部分的外圆周面上安装冲击轮片，冲击轮片的叶面与壳体的径向中心面垂直。在壳体的内圆周面上固定有弹性元件，弹性元件的长度方向沿壳体的直径方向延伸，形成悬臂梁。冲击轮片沿壳体直径方向的长度与弹性元件的长度和大于壳体的半径，连接轴由气动涡轮驱动产生转动时，冲击轮片能够对弹性元件产生冲击接触。在弹性元件与冲击轮片发生接触的面上粘贴压电片。在压电片的表面引出一条线作为发电机输出的一个极，压电片与弹性元件相接触的面引出另一条线，作为发电机输出的另一极。
所述压电片的材料为压电薄膜或压电陶瓷。
所述冲击轮片的个数为一个或一个以上，当冲击轮片的个数为一个以上时，冲击轮片沿壳体的圆周方向均匀分布。
所述弹性元件的个数为一个或一个以上；当弹性元件的个数为一个以上时，弹性元件沿壳体的圆周方向均匀分布，但弹性元件的个数与冲击轮的个数不相同，保证每次只有一个冲击轮对一个弹性元件产生冲击接触。
有益效果：
（1）本发明与传统风力发电机相比，结构简单，体积小，容易实现微型化；
（2）本发明的风力压电发电机充分利用了压电材料的正压电效应，通过冲击轮片、弹性元件和压电片的配合，在使用时，使压电片既受有冲击作用，又会产生弯曲变形，很大程度上提高了压电材料的机电转化效率，与传统振动式压电发电机相比，发电功率密度较大。
附图说明
图1为本发明的风力压电发电机立体结构示意图；
图2为本发明主视图；
其中，1-连接轴、2-气动涡轮、3-冲击轮片、4-弹性元件、5-压电片、6-壳体。
具体实施方式
下面结合附图并举实施例，对本发明进行详细描述。
本实施例提供一种微型风力压电发电机，该发电机通过涡轮把风能转化为对压电片的冲击，可以充分利用压电材料的特性，提高压电材料的机电转化效率，简化发电机的结构，同时还可以提高发电机的发电功率密度。
微型风力压电发电机的结构如图1所示，包括连接轴1、气动涡轮2、冲击轮片3、弹性元件4、压电片5和外壳。所述压电片5为压电材料如压电薄膜或压电陶瓷制成。其连接关系为：外壳是由前端盖、后端盖和壳体6组成的封闭圆柱型空腔结构；连接轴1通过前后端盖上的轴承安装在壳体6内，且连接轴1与壳体6同轴安装，连接轴1可绕其轴线转动。在连接轴1位于前端盖外的端部安装气动涡轮2，用于将风力转化为机械转动。连接轴1位于壳体6内部分的外圆周面上安装冲击轮片3，冲击轮片的叶面与壳体6的径向中心面垂直。在壳体6的内圆周面上固定有弹性元件4，弹性元件4的长度方向沿壳体6的直径方向延伸，形成悬臂梁，弹性元件4的材料为高弹性材料如铍青铜等。冲击轮片3沿壳体6直径方向的长度与弹性元件4的长度和大于壳体6的半径，使连接轴1转动时，冲击轮片3能够对弹性元件4产生冲击接触，弹性元件4与冲击轮片3发生接触的面上粘贴有压电片5，弹性元件4和压电片5的组合称为转换元件。
所述冲击轮片3和转换元件的数量依据发电机使用环境中的风速而定，当使用环境风速大时，可增加冲击轮片3和弹性元件4的数量，以提高发电机的发电功率密度。在本实施例中采用了1个冲击轮片3和4组转换元件，4组转换元件沿壳体6的圆周方向均匀分布。在压电片5的表面连接引线作为发电机输出的一个极，压电片5与弹性元件4相接触的面引出另一条线，作为发电机输出的另一极。
其工作过程为：所述风力压电发电机采用冲击式结构形式，在风的吹动下，气动涡轮2通过连接轴1带动冲击轮片3转动，冲击轮片3转动过程中，连续周期性的冲击弹性元件4上的压电片5，使转换元件产生变形，根据压电材料的正压电效应，压电片5将其所受冲击及其变形转换成电能。
综上所述，以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.微型风力压电发电机，其特征在于，包括连接轴（1）、气动涡轮（2）、冲击轮片（3）、弹性元件（4）、压电片（5）和外壳；所述外壳是由前端盖、后端盖和壳体（6）组成的圆柱型空腔结构；其连接关系为：连接轴（1）通过前端盖和后端盖上的轴承安装在壳体（6）内，连接轴（1）与壳体（6）同轴；在连接轴（1）位于前端盖外的端部安装气动涡轮（2）；连接轴（1）位于壳体（6）内部分的外圆周面上安装冲击轮片（3），冲击轮片的叶面与壳体（6）的径向中心面垂直；在壳体（6）的内圆周面上固定有弹性元件（4），弹性元件（4）的长度方向沿壳体（6）的直径方向延伸，形成悬臂梁；冲击轮片（3）沿壳体（6）直径方向的长度与弹性元件（4）的长度和大于壳体（6）的半径，保证连接轴（1）由气动涡轮（2）驱动产生转动时，冲击轮片（3）能够对弹性元件（4）产生冲击接触；在弹性元件（4）与冲击轮片（3）发生接触的面上粘贴压电片（5）；在压电片（5）的表面引出一条线作为发电机输出的一个极，压电片（5）与弹性元件（4）相接触的面引出另一条线，作为发电机输出的另一极。
2.如权利要求1所述的微型风力压电发电机，其特征在于，所述压电片（5）的材料为压电薄膜或压电陶瓷。
3.如权利要求1或2所述的微型风力压电发电机，其特征在于，所述冲击轮片（3）的个数为一个或一个以上。
4.如权利要求3所述的微型风力压电发电机，其特征在于，当冲击轮片（3）的个数为一个以上时，冲击轮片（3）沿壳体（6）的圆周方向均匀分布。
5.如权利要求1或2所述的微型风力压电发电机，其特征在于，所述弹性元件（4）的个数为一个或一个以上，同时满足弹性元件（4）的个数与冲击轮（3）的个数不相同。
6.如权利要求5所述的微型风力压电发电机，其特征在于，当弹性元件（4）的个数为一个以上时，弹性元件（4）沿壳体（6）的圆周方向均匀分布。
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PB01 Publication
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WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication

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