CN105375686A - 一种采用变速齿轮加速的便携式压电电磁混合发电装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及发电装置技术领域，特指一种采用变速齿轮加速的便携式压电电磁混合发电装置,包括齿轮传动系统、发电系统与能量收集系统，齿轮传动系统包括旋转手柄与齿轮传动单元，发电系统包括电磁感应发电机发电单元与压电陶瓷发电单元，旋转手柄带动齿轮传动单元转动，齿轮传动单元带动电磁感应发电机发电单元旋转，从而产生交流电，齿轮传动单元通过击打压电陶瓷发电单元，从而产生电荷，交流电与电荷分别通过能量收集系统进行收集与存储。本发明采用这样的设置，它能将机能转换成电能，并最大限度的提高转换效率，适用于野外或应急情况下的发电，同时旋转手柄可折叠，便于携带。
Description
技术领域
本发明涉及发电装置技术领域，特指一种采用变速齿轮加速的便携式压电电磁混合发电装置。
背景技术
压电陶瓷作为压电发电的机械-电能换能元件，是压电发电的核心元件，极化后的压电陶瓷对外呈压电性，压电发电利用电陶瓷的正压电效应产生电压和电荷，由于压电发电装置相对于其他发电装置，具有结构简单、不发热、无电磁干扰等优点，使其成为微能源研究的热点，在实际应用中有广阔的发展前途。发电机工作原理都是基于电磁感应定律。因此，其构造的一般原则是：用适当的导磁和导电材料构成互相进行电磁感应的磁路和电路，以产生电磁功率，达到能量转换的目的。
现有的野外或应急用发电装置普遍采用电磁感应发电机或光伏，然而这些发电方式均存在足，单一地采用电磁感应发电机发电效率较低，发电量小，光伏发电装置体积大，不方便携带，对光线强度要求高，价格昂贵，生产过程中也存在着严重的污染。
发明内容
针对以上问题，本发明提供了一种采用变速齿轮加速的便携式压电电磁混合发电装置，它能将机能转换成电能，并最大限度的提高转换效率，适用于野外或应急情况下的发电，同时旋转手柄可折叠，便于携带。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：
一种采用变速齿轮加速的便携式压电电磁混合发电装置，包括齿轮传动系统、发电系统与能量收集系统，齿轮传动系统包括旋转手柄与齿轮传动单元，发电系统包括电磁感应发电机发电单元与压电陶瓷发电单元，旋转手柄带动齿轮传动单元转动，齿轮传动单元带动电磁感应发电机发电单元旋转，从而产生交流电，齿轮传动单元通过击打压电陶瓷发电单元，从而产生电荷，交流电与电荷分别通过能量收集系统进行收集与存储。
进一步而言，所述齿轮传动单元上部设有平板机架，齿轮传动单元下部设有底座，齿轮传动单元通过平板机架与底座构成可旋转的定轴齿轮装置，旋转手柄与底座对应设置。
进一步而言，所述齿轮传动单元包括第一传动齿轮、第二传动齿轮、第三传动齿轮、第四传动齿轮、第五传动齿轮与压电陶瓷片激励齿轮，第一传动齿轮与第二传动齿轮啮合设置，第二传动齿轮与第三传动齿轮同轴设置，第三传动齿轮与第四传动齿轮啮合设置，第四传动齿轮与第五传动齿轮同轴设置，第五传动齿轮与压电陶瓷片激励齿轮啮合设置，旋转手柄与第一传动齿轮同轴设置。
进一步而言，所述电磁感应发电机发电单元包括电磁发电机与电磁发电机能量收集模块，电磁发电机的转子通过齿轮传动单元的第五传动齿轮旋转带动，从而产生交流电，电磁发电机能量收集模块包括整流桥、滤波电路、DC-DC变换器与锂电池一，交流电通过整流桥与滤波电路转换成直流电，直流电通过DC-DC变换器为锂电池一进行充电，锂电池一通过输出选择电路连接于能量收集系统。
进一步而言，所述压电陶瓷发电单元包括双晶压电陶瓷片与压电能量收集模块，双晶压电陶瓷片包括双晶压电陶瓷片一与双晶压电陶瓷片二，双晶压电陶瓷片一通过压电陶瓷片夹板一固定于底座上，双晶压电陶瓷片二通过压电陶瓷片夹板二固定于底座上，双晶压电陶瓷片一与双晶压电陶瓷片二分别对应设置于压电陶瓷片激励齿轮，旋转手柄通过压电陶瓷片激励齿轮击打双晶压电陶瓷片一与双晶压电陶瓷片二，从而产生交流电，压电能量收集模块包括压电能量回收电路与锂电池二，交流电通过压电能量回收电路为锂电池二进行充电，锂电池二通过输出选择电路连接于能量收集系统。
进一步而言，所述双晶压电陶瓷片由压电陶瓷片一、中心极板与压电陶瓷片二连接组成，压电陶瓷片一与压电陶瓷片二分别贴合于中心极板的顶部与底部。
进一步而言，所述旋转手柄可折叠，折叠前旋转手柄与底座垂直设置，折叠后旋转手柄与底座平行设置。
进一步而言，所述齿轮传动单元采用至少两级加速以上的变速齿轮，变速齿轮均采用斜齿轮设置。
本发明有益效果：
本发明采用这样的设置，通过齿轮传动系统加速后，再带动电磁感应发电机的转子旋转发电，同时，压电陶瓷片在激励齿轮的作用下，产生形变，将机械能转换成电能，有效提高转换效率，再通过相应的能量管理系统对产生的电能进行管理及存储，有效满足野外或应急情况下照明或者手持设备充电需求，具有能量转换效率高、造价低、绿色环保、便于携带。
附图说明
图1是本发明整体结构示意图；
图2是齿轮传动单元轮系图；
图3是能量收集系统和能量输出系统原理图；
图4是压电能量输出系统原理图；
图5是双晶压电陶瓷片结构图；
图6是DC-DC变换器电路图；
图7是压电回收电路电路图。
1、旋转手柄；2、底座；3、第一传动齿轮；4、第二传动齿轮；5、第三传动齿轮；6、第四传动齿轮；7、第五传动齿轮；8、压电陶瓷片激励齿轮；9、电磁发电机；10、平板机架；11、压电陶瓷片夹板一；12、双晶压电陶瓷片一；13、双晶压电陶瓷片二；14、压电陶瓷片夹板二；15、压电陶瓷片一；16、中心极板；17、压电陶瓷片二；19、电磁发电机能量收集模块；20、压电能量收集模块；21、输出选择电路；22、能量输出接口；23、整流桥；24、滤波电路；25、DC-DC变换器；26、锂电池一；27、压电能量回收电路；28、锂电池二。
具体实施方式
下面结合附图与实施例对本发明的技术方案进行说明。
如图1所示，本发明所述一种便携式压电电磁混合发电装置，包括齿轮传动系统、发电系统与能量收集系统，齿轮传动系统包括旋转手柄1与齿轮传动单元，发电系统包括电磁感应发电机发电单元与压电陶瓷发电单元，旋转手柄1带动齿轮传动单元转动，齿轮传动单元带动电磁感应发电机发电单元旋转，从而产生交流电，齿轮传动单元通过击打压电陶瓷发电单元，从而产生电荷，交流电与电荷分别通过能量收集系统进行收集与存储。以上所述构成本发明基本结构。
本发明工作原理：旋转手柄1带动齿轮传动单元转动，齿轮传动单元带动电磁感应发电机发电单元旋转，利用传动系统带动电磁感应发电机转子做切割磁感线运动，从而产生交流电，同时齿轮传动单元通过击打压电陶瓷发电单元，从而产生电荷，再通过能量收集系统将发出的电量进行收集与存储。
更具体而言，所述齿轮传动单元上部设有平板机架10，齿轮传动单元下部设有底座2，齿轮传动单元通过平板机架10与底座2构成可旋转的定轴齿轮装置，旋转手柄1与底座2对应设置。
更具体而言，如图2所求，所述齿轮传动单元包括第一传动齿轮3、第二传动齿轮4、第三传动齿轮5、第四传动齿轮6、第五传动齿轮7与压电陶瓷片激励齿轮8，第一传动齿轮3与第二传动齿轮4啮合设置，达到一级增速作用，第二传动齿轮4与第三传动齿轮5同轴设置，具有相同转速，第三传动齿轮5与第四传动齿轮6啮合设置，达到二级增速目的，第四传动齿轮6与第五传动齿轮7同轴设置，具有相同转速，第五传动齿轮7与压电陶瓷片激励齿轮8啮合设置，旋转手柄1与第一传动齿轮3同轴设置。为了使齿轮间啮合性能更好，传动更平稳。
更具体而言，如图3和图4所示，所述电磁感应发电机发电单元包括电磁发电机9与电磁发电机能量收集模块19，电磁发电机9的转子通过齿轮传动单元的第五传动齿轮7旋转带动，从而产生交流电，电磁发电机能量收集模块19包括整流桥23、滤波电路24、DC-DC变换器25与锂电池一26，交流电通过整流桥23与滤波电路24转换成直流电，直流电通过DC-DC变换器25为锂电池一26进行充电，锂电池一26通过输出选择电路21连接于能量收集系统。
更具体而言，所述压电陶瓷发电单元包括双晶压电陶瓷片与压电能量收集模块20，双晶压电陶瓷片包括双晶压电陶瓷片一12与双晶压电陶瓷片二13，双晶压电陶瓷片一12通过压电陶瓷片夹板一11固定于底座2上，双晶压电陶瓷片二13通过压电陶瓷片夹板二14固定于底座2上，双晶压电陶瓷片一12与双晶压电陶瓷片二13分别对应设置于压电陶瓷片激励齿轮8，旋转手柄1通过压电陶瓷片激励齿轮8击打双晶压电陶瓷片一12与双晶压电陶瓷片二13，从而产生交流电，压电能量收集模块20包括压电能量回收电路27与锂电池二28，交流电通过压电能量回收电路27为锂电池二28进行充电，锂电池二28通过输出选择电路21连接于能量收集系统。
更具体而言，如图5所示，所述双晶压电陶瓷片由压电陶瓷片一15、中心极板16与压电陶瓷片二17连接组成，压电陶瓷片一15与压电陶瓷片二17分别贴合于中心极板16的顶部与底部。本发明采用压电
更具体而言，所述旋转手柄1可折叠，折叠前旋转手柄1与底座2垂直设置，折叠后旋转手柄1与底座2平行设置。采用这样的设置，有效减少发电装置的体积大小，达到便于携带目的。
更具体而言，所述齿轮传动单元采用至少两级加速以上的变速齿轮，变速齿轮均采用斜齿轮设置。采用这样的设置，可使齿轮间啮合性能更好，传动更平稳。
如图6所示，DC-DC变换器采用集成芯片LTC1733，其的输入电压范围是4.35-6.5V，输出电压是4.1V，而电磁感应发电机9正常工作时输出电压大于6.5V，所以需要在输入端加入稳压二极管。
如图7所示，压电能量回收电路27输入电压为14-20V，双晶压电陶瓷片在齿轮击打时，由于作用力具有瞬时性、加速度大的特点，压电陶瓷片可以产生几十伏甚至上百伏的电压。LTC3588-2输出电压选择4.1V，用来给锂电池28充电。
以上为本发明较佳的实施方式，本发明所属领域的技术人员还能对上述实施方式进行变更和修改。因此，本发明并不局限于上述的具体实施方式，凡是本领域技术人员在本发明的基础上所作的任何显而易见的改进、替换或变型均属于本发明的保护范围。
Claims (8)
1.一种采用变速齿轮加速的便携式压电电磁混合发电装置，包括齿轮传动系统、发电系统与能量收集系统，其特征在于：所述齿轮传动系统包括旋转手柄(1)与齿轮传动单元，所述发电系统包括电磁感应发电机发电单元与压电陶瓷发电单元，所述旋转手柄(1)带动齿轮传动单元转动，所述齿轮传动单元带动电磁感应发电机发电单元旋转，从而产生交流电，所述齿轮传动单元通过击打压电陶瓷发电单元，从而产生电荷，所述交流电与电荷分别通过能量收集系统进行收集与存储。
2.根据权利要求1所述一种采用变速齿轮加速的便携式压电电磁混合发电装置，其特征在于：所述齿轮传动单元上部设有平板机架(10)，所述齿轮传动单元下部设有底座(2)，所述齿轮传动单元通过平板机架(10)与底座(2)构成可旋转的定轴齿轮装置，所述旋转手柄(1)与底座(2)对应设置。
3.根据权利要求2所述一种采用变速齿轮加速的便携式压电电磁混合发电装置，其特征在于：所述齿轮传动单元包括第一传动齿轮(3)、第二传动齿轮(4)、第三传动齿轮(5)、第四传动齿轮(6)、第五传动齿轮(7)与压电陶瓷片激励齿轮(8)，所述第一传动齿轮(3)与第二传动齿轮(4)啮合设置，所述第二传动齿轮(4)与第三传动齿轮(5)同轴设置，所述第三传动齿轮(5)与第四传动齿轮(6)啮合设置，所述第四传动齿轮(6)与第五传动齿轮(7)同轴设置，所述第五传动齿轮(7)与压电陶瓷片激励齿轮(8)啮合设置，所述旋转手柄(1)与第一传动齿轮(3)同轴设置。
4.根据权利要求1所述一种采用变速齿轮加速的便携式压电电磁混合发电装置，其特征在于：所述电磁感应发电机发电单元包括电磁发电机(9)与电磁发电机能量收集模块(19)，所述电磁发电机(9)的转子通过齿轮传动单元的第五传动齿轮(7)旋转带动，从而产生交流电，所述电磁发电机能量收集模块(19)包括整流桥(23)、滤波电路(24)、DC-DC变换器(25)与锂电池一(26)，所述交流电通过整流桥(23)与滤波电路(24)转换成直流电，所述直流电通过DC-DC变换器(25)为锂电池一(26)进行充电，所述锂电池一(26)通过输出选择电路(21)连接于能量收集系统。
5.根据权利要求1所述一种采用变速齿轮加速的便携式压电电磁混合发电装置，其特征在于：所述压电陶瓷发电单元包括双晶压电陶瓷片与压电能量收集模块(20)，所述双晶压电陶瓷片包括双晶压电陶瓷片一(12)与双晶压电陶瓷片二(13)，所述双晶压电陶瓷片一(12)通过压电陶瓷片夹板一(11)固定于底座(2)上，所述双晶压电陶瓷片二(13)通过压电陶瓷片夹板二(14)固定于底座(2)上，所述双晶压电陶瓷片一(12)与双晶压电陶瓷片二(13)分别对应设置于压电陶瓷片激励齿轮(8)，所述旋转手柄(1)通过压电陶瓷片激励齿轮(8)击打双晶压电陶瓷片一(12)与双晶压电陶瓷片二(13)，从而产生交流电，所述压电能量收集模块(20)包括压电能量回收电路(27)与锂电池二(28)，所述交流电通过压电能量回收电路(27)为锂电池二(28)进行充电，所述锂电池二(28)通过输出选择电路(21)连接于能量收集系统。
6.根据权利要求5所述一种采用变速齿轮加速的便携式压电电磁混合发电装置，其特征在于：所述双晶压电陶瓷片由压电陶瓷片一(15)、中心极板(16)与压电陶瓷片二(17)连接组成，所述压电陶瓷片一(15)与压电陶瓷片二(17)分别贴合于中心极板(16)的顶部与底部。
7.根据权利要求2所述一种采用变速齿轮加速的便携式压电电磁混合发电装置，其特征在于：所述旋转手柄(1)可折叠，所述折叠前旋转手柄(1)与底座(2)垂直设置，所述折叠后旋转手柄(1)与底座(2)平行设置。
8.根据权利要求1所述一种采用变速齿轮加速的便携式压电电磁混合发电装置，其特征在于：所述齿轮传动单元采用至少两级加速以上的变速齿轮，所述变速齿轮均采用斜齿轮设置。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20160302 |
|
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |