CN103475264B - 弯折棒式压电发电装置及方法 - Google Patents
弯折棒式压电发电装置及方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN103475264B CN103475264B CN201310366319.1A CN201310366319A CN103475264B CN 103475264 B CN103475264 B CN 103475264B CN 201310366319 A CN201310366319 A CN 201310366319A CN 103475264 B CN103475264 B CN 103475264B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- gyroaxis
- blade
- piezoelectric
- generating device
- bearing
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
- 238000005452 bending Methods 0.000 title claims abstract description 14
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 7
- 239000012530 fluid Substances 0.000 claims abstract description 16
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims abstract description 7
- 230000000694 effects Effects 0.000 claims abstract description 7
- 230000002093 peripheral effect Effects 0.000 claims description 2
- 230000005611 electricity Effects 0.000 description 6
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 description 5
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 description 4
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 4
- 239000010959 steel Substances 0.000 description 4
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 description 2
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 2
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 description 2
- 238000010008 shearing Methods 0.000 description 2
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000006835 compression Effects 0.000 description 1
- 238000007906 compression Methods 0.000 description 1
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 1
- 238000004146 energy storage Methods 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 230000008092 positive effect Effects 0.000 description 1
- 238000010248 power generation Methods 0.000 description 1
- 238000011084 recovery Methods 0.000 description 1
- 238000005096 rolling process Methods 0.000 description 1
- 230000035939 shock Effects 0.000 description 1
Landscapes
- Wind Motors (AREA)
- General Electrical Machinery Utilizing Piezoelectricity, Electrostriction Or Magnetostriction (AREA)
Abstract
一种弯折棒式压电发电装置及方法，属风力或水力发电领域。包括中部附着有压电单元（4）的回转轴（2）、轴承（3）、叶片（5）及支撑轴管（1），回转轴（2）两个端面与压电单元（4）之间安装两个轴承（3）两个轴承（3）经轴承套（6）分别安装一个叶片（5），回转轴（2）经两个轴承（3）内圈支撑在两个轴管（1）上。在沿回转轴（2）轴向流体的作用下，叶片（5）产生沿周向的转矩和偏心轴向力，叶片（5）伴有偏心轴向力的旋转迫使回转轴（2）产生弓形回转运动，使的压电单元（4）产生交变弯曲变形，输出电荷，实现流体动能向电能的转换。本发明具有结构简单、紧凑的特点，可广泛用于户外为传感器等器件提供电能。
Description
技术领域
本发明属于风力发电和水力发电领域，特别是一种弯折棒式压电发电装置及方法。
背景技术
利用自然界风能和水能进行发电，为各种户外设施进行自供电的系统符合当今节能、环保、低碳的发展趋势，在工业监控、智能交通、智能电网、矿山安全、环境监测、平安家居、医疗保健等领域具有广阔的应用前景。
美国的Priya采用压电器件设计制造了一种小型风力发电机US11/252903。可在时速8～16公里的风力驱动下发电。发电机的桨叶连到凸轮上，使围绕轴排成圆形的一系列双压电晶片产生振荡，从而输出电能。该方案具有两个缺点：一是压电双晶片每一次转动都与凸轮碰撞，摩擦，因此产生磨损，造成能量损失，同时降低使用寿命。二是在风速较低时，桨叶与凸轮不会脱离，压电双晶片保持一定的弯曲状态不变，此时不再发电。由NEC TOKIN与日本Heardea联合开发、配备采用压电转换元件的发电装置的新型道路标识在日本试运行。其原理就是通过置于环形槽内钢球的滚动，撞击压电元件来发电。该装置设置在交通量大的公路隧道内，可利用汽车驶过时产生的气流驱动标识旋转。钢球位于由压电转换元件分隔成的环形通道中，标识转动时钢球就会在通道中运动，撞击通道两端的压电元件，使压电元件输出电荷。这种方案的主要缺点是，当车连续驶过而产生强烈的风时标识就会高速转动，从而使钢球紧贴着压电转换元件运动，压电元件得不到交变的压力作用，就不能发电了。本发明的压电发电装置具有结构简单、紧凑的特点，所能适应的流体（风、水等）速度范围宽，适用范围更广。
发明内容
本发明的目的在于提供一种利用压电材料收集流体动能的高效、适用范围广的弯折棒式压电发电装置及方法。
一种弯折棒式压电发电装置，其特征在于包括回转轴 ，所述回转轴中部附着有压电单元 ；所述回转轴上还对称安装有两个轴承 ，分别位于所述回转轴两个端面与压电单元之间；上述两个轴承上均安装有轴承套，每一轴承套上固定有一个叶片；所述两个叶片在初始安装时相差180度。
所述的弯折棒式压电发电装置的发电方法，其特征在于：利用单个叶片的非轴对称结构，在流体动力作用下产生的周向力和偏心轴向力，使回转轴产生弓形回转运动，迫使附着在回转轴上的压电单元产生交变弯曲变形，输出电荷，实现流体动能向电能的转换。
本发明与现有技术相比，其显著优点：（1）采用摆动杆（回转轴2、轴承3和叶片5）能有效克服了由离心力来提供撞击的装置，在高速流体作用下会产生离心力过大而紧贴压电振子而失效；（2）可以根据周围环境流动能量大小及所需输出功率，采用粘贴不同数量的压电陶瓷片来有效改变输出功率；压电陶瓷片数量为至少1个，各个压电陶瓷片大小可以不相同，形状不限；（3）由于本装置采用不对称叶片结构，能够有效适应自然环境中紊乱的流体流动方向。
附图说明
图1是本发明压电发电装置的主视图。
图2是本发明压电发电装置在流体作用下运动状态。
图中标号名称：1、轴管，2、回转轴， 3、轴承，4、压电陶瓷片，5、叶片，6、轴承套。
具体实施方式
结合图1，本发明压电发电装置，其含有轴管1、回转轴2、轴承3、压电单元4、轴承套6和叶片5，其特征为在回转轴2中间位置粘贴压电单元4，并在回转轴2离端面一定位置的地方对称安装两个轴承3；并在轴承3上安装叶片组件，其中叶片组件由叶片5和轴承套6构成，叶片5固定于轴承套6上；整个回转轴2两端剩余部分安装于轴管1内。
本发明压电发电装置在每个轴承3上只有一个叶片5，初始安装叶片5时为一上一下，保证叶片5采用不对称安装，这使得当流体流入时，与两个叶片5接触时，除了产生叶片组件绕着轴承3转动的力，而且还可能由于在轴向方向不对称的流体力，使得回转轴2产生弯折，使粘贴于回转轴2中间位置的压电陶瓷片4也因此产生弯曲变形，由正压电效应而产生电能。
本发明压电发电装置利用单个叶片5的非轴对称结构，在流体动力作用下产生轴向力和偏心轴向力，使回转轴2产生弓形回转运动，迫使附着在回转轴2上的压电单元产生交变弯曲变形，输出电荷，实现流体动能向电能的转换。
结合图1和图2，本压电发电装置叶片5在每个轴承3上只有一个，初始安装叶片5时为一上一下，保证叶片5为不对称安装，在流体流入时，除了绕着轴承转动外，还由于不对称的结构，使得在叶片上产生一个剪切力；在回转轴2两端形成方向相反剪切力时，就会产生一个弯矩，从而使得回转轴2产生弯曲变形，而粘贴于回转轴2的压电单元4也因此产生轴向压缩和拉伸变形，由压电正效应产生电能，再通过储能装置就能不断将电能收集起来。
Claims (2)
1.一种弯折棒式压电发电装置，其特征在于包括回转轴（2），所述回转轴（2）中部附着有压电单元（4）；所述回转轴（2）上还对称安装有两个轴承（3），分别位于所述回转轴（2）两个端面与压电单元（4）之间；回转轴（2）经轴承（3）的内圈支撑在两个轴管（1）上；上述两个轴承（3）上均安装有轴承套（6），每一轴承套（6）上固定有一个叶片（5）；所述两个叶片（5）在初始安装时相差180度。
2.根据权利要求1所述的弯折棒式压电发电装置的发电方法，其特征在于：利用单个叶片（5）的非轴对称结构，在流体动力作用下产生的周向力和偏心轴向力，使回转轴（2）产生弓形回转运动，迫使附着在回转轴（2）上的压电单元（4）产生交变弯曲变形，输出电荷，实现流体动能向电能的转换。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201310366319.1A CN103475264B (zh) | 2013-08-21 | 2013-08-21 | 弯折棒式压电发电装置及方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201310366319.1A CN103475264B (zh) | 2013-08-21 | 2013-08-21 | 弯折棒式压电发电装置及方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN103475264A CN103475264A (zh) | 2013-12-25 |
| CN103475264B true CN103475264B (zh) | 2015-08-05 |
Family
ID=49799996
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201310366319.1A Expired - Fee Related CN103475264B (zh) | 2013-08-21 | 2013-08-21 | 弯折棒式压电发电装置及方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN103475264B (zh) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN112187106B (zh) * | 2020-11-15 | 2021-10-29 | 浙江师范大学 | 一种等辐激励旋转俘能器 |
| CN114412953B (zh) * | 2021-12-24 | 2022-11-25 | 南京航空航天大学 | 基于被动控制的直升机旋翼压电薄膜抑振结构及方法 |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102790550A (zh) * | 2012-09-01 | 2012-11-21 | 浙江师范大学 | 与螺旋桨主轴随动的发电装置 |
| CN203457077U (zh) * | 2013-08-21 | 2014-02-26 | 南京航空航天大学 | 弯折棒式压电发电装置 |
Family Cites Families (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH09103083A (ja) * | 1995-10-03 | 1997-04-15 | Jiro Isobe | 圧電モータ |
| US7239066B2 (en) * | 2004-06-17 | 2007-07-03 | Par Technologies, Llc | Piezoelectric generators and methods of operating same |
| US8294336B2 (en) * | 2005-10-18 | 2012-10-23 | Board Of Regents, The University Of Texas Systems | Piezoelectric windmill apparatus |
-
2013
- 2013-08-21 CN CN201310366319.1A patent/CN103475264B/zh not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102790550A (zh) * | 2012-09-01 | 2012-11-21 | 浙江师范大学 | 与螺旋桨主轴随动的发电装置 |
| CN203457077U (zh) * | 2013-08-21 | 2014-02-26 | 南京航空航天大学 | 弯折棒式压电发电装置 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN103475264A (zh) | 2013-12-25 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN102223105B (zh) | 压电发电装置 | |
| CN103490667B (zh) | 弹性片式压电发电装置及方法 | |
| CN102946211A (zh) | 一种电压可调的压电发电装置 | |
| CN203457078U (zh) | 打片式压电发电装置 | |
| CN103326618B (zh) | 一种水下旋转式压电发电装置 | |
| CN202978758U (zh) | 一种频率可控型压电发电装置 | |
| CN102723894B (zh) | 旋转压电发电装置 | |
| CN105958867B (zh) | 一种自激式管道流体压电俘能器 | |
| CN102790551B (zh) | 用于油气输送管道监测的自供电装置 | |
| CN103475263A (zh) | 打片式压电发电装置及方法 | |
| CN103023375B (zh) | 一种高效率压电发电装置 | |
| CN203313094U (zh) | 用于风力发电机叶片监测系统的压电悬臂梁发电机 | |
| CN103269182B (zh) | 基于压电悬臂梁互激的悬垂式旋转发电机 | |
| CN202663322U (zh) | 旋转压电发电装置 | |
| CN104485844A (zh) | 用于管道监测系统供电的微小型发电装置 | |
| CN103475264B (zh) | 弯折棒式压电发电装置及方法 | |
| CN202978756U (zh) | 一种电压可调的压电发电装置 | |
| CN110504860A (zh) | 一种堆栈式旋转静电发电机 | |
| CN103956935B (zh) | 一种压电发电装置及其发电方法 | |
| CN108696183B (zh) | 一种安装于高速铁路上的宽频带涡激振动压电能量采集器 | |
| CN203896220U (zh) | 一种压电发电装置 | |
| CN203457077U (zh) | 弯折棒式压电发电装置 | |
| CN103516258B (zh) | 风铃式压电发电装置 | |
| CN106870288B (zh) | 基于磁致伸缩的旋转压电式微风发电装置 | |
| CN113054870A (zh) | 一种复合式旋转能量收集器 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20150805 Termination date: 20170821 |