CN107086653A - 一种磁耦合流致振动型压电自发电电池 - Google Patents

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刘清华
范尊强
韦东东
杨志刚
孙晓东
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Abstract

本发明涉及一种磁耦合流致振动型压电自发电电池，包括：电池外壳、压电悬臂梁、导流盒、叶轮和永久磁铁。其中：所述电池外壳与压电悬臂梁组成了压电发电单元；所述导流盒、叶轮与永久磁铁组成了振动发生单元；所述压电发电单元与振动发生单元连接成自发电电池。当气流或液流通过导流盒时，会带动叶轮旋转，叶轮边缘布置有永久磁铁，在永久磁铁磁力作用下，布置于其下方电池外壳内的压电悬臂梁发生摆动，从而将机械能转化为电能。当该装置布置于机电设备液压管道、无线传感器网络节点或受气流作用的微机电设备时，可以满足设备健康监测或自供电的需求，具有结构简单、易于集成、发电效率可靠等优点。

Description

一种磁耦合流致振动型压电自发电电池
技术领域
本发明属于压电发电领域，具体涉及一种磁耦合流致振动型压电自发电电池。
背景技术
近年来，随着微机电设备(MEMS)在无线传感器网络节点、军事武器、航空航天、医疗等领域的应用，微机电设备供电问题引起人们广泛关注。传统化学电池存在电池寿命有限、不易于集成、环境适应性差和有污染等问题，传统线路直接供电并不能应用于特定场合的微机电设备。因此，自供电设备越来越受关注，利用太阳能发电、电磁发电、温差发电、振动发电、风力发电等设备层出不穷，但其各有利弊。其中利用流致振动促使压电发电单元发电的自供电装置由于利于集成、环境适应性强和使用寿命长等优点成为热门研究方向。然而现有利用流体运动促使压电发电单元振动的压电俘能装置将流体转化为机械结构旋转，再用旋转构件直接作用在压电悬臂梁上，此种方式压电悬臂梁对旋转构件的阻力较大，当流体动能较小时无法工作，且压电悬臂梁工作频带较窄，发电效率较低。
发明内容
为了解决目前现有利用流体动能的压电自发电装置传动结构复杂、动力部分与发电部分不能分开、旋转构件受阻力较大导致发电效率较低等问题，提出了一种磁耦合流致振动型压电自发电电池。该磁耦合流致振动型压电自发电电池由电池外壳、压电悬臂梁、导流盒、叶轮和永久磁铁组成，其中电池外壳与压电悬臂梁组成了压电发电单元，连接好永久磁铁的叶轮安装在导流盒上组成振动发生单元，当振动发生单元连接在压电发电单元上端，流体穿过导流盒时，叶轮发生旋转，此时电池外壳内压电悬臂梁在旋转叶轮上永久磁铁和压电悬臂梁末端磁性质量块磁力作用下发生振动，压电悬臂梁上压电片发出的电能通过整流装置和储能电容将能量储存，再通过导线引到微机电设备，可以满足微机电设备自供电需求。该装置振动发生单元与压电发电单元并不在一个密封腔，结构上相对独立，由磁性力传递运动，具有结构简单、易于集成、发电效率较高等优点。
为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
本发明一种磁耦合流致振动型压电自发电电池，包括：电池外壳(1)、三个压电悬臂梁(2)、导流盒(3)，其特征在于还包括叶轮(4)和永久磁铁(5)，其中：所述电池外壳(1)是一长方形壳体，壳底内部均布三个矩形沉槽(11)；所述压电悬臂梁(2)由矩形弹性基板(21)、压电片(22)和磁性质量块(23)组成，压电片(22)粘贴在矩形弹性基板(21)上下表面，磁性质量块(23)粘贴在矩形弹性基板(21)末端上下表面；所述压电悬臂梁(2)未粘磁性质量块(23)那一端安装在电池外壳(1)壳底内部的矩形沉槽(11)中；所述电池外壳(1)与三个压电悬臂梁(2)组成了压电发电单元；所述导流盒(3)是一没有左右壳的立方壳体，前后壳内表面正中布置一圆形沉槽(31)；所述叶轮(4)由一根轴和轴上阵列的4个叶片组成；所述永久磁铁(5)连接在叶轮(4)上叶片的外缘表面；所述连接好永久磁铁(5)的叶轮(4)两轴端间隙配合安装在导流盒(3)前后壳的圆形沉槽(31)中组成振动发生单元；所述压电发电单元顶面与振动发生单元底面连接。
所述一种磁耦合流致振动型压电自发电电池，其特征在于：所述叶轮(4)叶片可为矩形叶片，矩形叶片末端连接有没有上、下面的长方形壳体。
所述一种磁耦合流致振动型压电自发电电池，其特征在于：所述叶轮(4)叶片可为涡轮型叶片。
所述一种磁耦合流致振动型压电自发电电池，其特征在于：所述叶轮(4)叶片可为风扇型叶片。
工作时，该磁耦合流致振动型压电自发电电池布置于流体管道、无线传感器网络节点或受气流作用的微机电设备时，当流体穿过导流盒时，导流盒上安装的叶轮在流体动力下发生旋转，此时电池外壳内安装的压电悬臂梁在旋转叶轮上永久磁铁和压电悬臂梁末端磁性质量块磁力作用下发生振动，压电悬臂梁上压电片发出的电能通过整流装置和储能电容将能量储存，再通过导线引到微机电设备，可以满足微机电设备自供电需求。该装置振动发生单元与压电发电单元并不在一个密封腔，结构上相对独立，由磁性力传递运动，具有结构简单、易于集成、发电效率较高等优点。
附图说明
图1是本发明的一种磁耦合流致振动型压电自发电电池安装关系示意图。
图2是本发明的一种磁耦合流致振动型压电自发电电池振动发生单元右视图。
图3是本发明的一种磁耦合流致振动型压电自发电电池压电发电单元剖视图。
图4是本发明的一种磁耦合流致振动型压电自发电电池旋转叶轮的四种结构形式等轴测示意图。
具体实施方式
参照图1、图2和图3，本发明一种磁耦合流致振动型压电自发电电池包括：电池外壳(1)、三个压电悬臂梁(2)、导流盒(3)，其特征在于还包括叶轮(4)和永久磁铁(5)，其中：所述电池外壳(1)是一长方形壳体，壳底内部均布三个矩形沉槽(11)；所述压电悬臂梁(2)由矩形弹性基板(21)、压电片(22)和磁性质量块(23)组成，压电片(22)粘贴在矩形弹性基板(21)上下表面，磁性质量块(23)粘贴在矩形弹性基板(21)末端上下表面；所述压电悬臂梁(2)未粘磁性质量块(23)那一端安装在电池外壳(1)壳底内部的矩形沉槽(11)中；所述电池外壳(1)与三个压电悬臂梁(2)组成了压电发电单元；所述导流盒(3)是一没有左右壳的立方壳体，前后壳内表面正中布置一圆形沉槽(31)；所述叶轮(4)由一根轴和轴上阵列的4个叶片组成；所述永久磁铁(5)连接在叶轮(4)上叶片的外缘表面；所述连接好永久磁铁(5)的叶轮(4)两轴端间隙配合安装在导流盒(3)前后壳的圆形沉槽(31)中组成振动发生单元；所述压电发电单元顶面与振动发生单元底面连接。
所述一种磁耦合流致振动型压电自发电电池，其特征在于：所述叶轮(4)叶片可为矩形叶片，矩形叶片末端连接有没有上、下面的长方形壳体。
所述一种磁耦合流致振动型压电自发电电池，其特征在于：所述叶轮(4)叶片可为涡轮型叶片。
所述一种磁耦合流致振动型压电自发电电池，其特征在于：所述叶轮(4)叶片可为风扇型叶片。
工作时，该磁耦合流致振动型压电自发电电池布置于流体管道、无线传感器网络节点或受气流作用的微机电设备时，当流体穿过导流盒时，导流盒上安装的叶轮在流体动力下发生旋转，此时电池外壳内安装的压电悬臂梁在旋转叶轮上永久磁铁和压电悬臂梁末端磁性质量块磁力作用下发生振动，压电悬臂梁上压电片发出的电能通过整流装置和储能电容将能量储存，再通过导线引到微机电设备，可以满足微机电设备自供电需求。该装置振动发生单元与压电发电单元并不在一个密封腔，结构上相对独立，由磁性力传递运动，具有结构简单、易于集成、发电效率较高等优点。

Claims (4)

1.一种磁耦合流致振动型压电自发电电池，包括：电池外壳(1)、三个压电悬臂梁(2)、导流盒(3)，其特征在于还包括叶轮(4)和永久磁铁(5)，其中：所述电池外壳(1)是一长方形壳体，壳底内部均布三个矩形沉槽(11)；所述压电悬臂梁(2)由矩形弹性基板(21)、压电片(22)和磁性质量块(23)组成，压电片(22)粘贴在矩形弹性基板(21)上下表面，磁性质量块(23)粘贴在矩形弹性基板(21)末端上下表面；所述压电悬臂梁(2)未粘磁性质量块(23)那一端安装在电池外壳(1)壳底内部的矩形沉槽(11)中；所述电池外壳(1)与三个压电悬臂梁(2)组成了压电发电单元；所述导流盒(3)是一没有左右壳的立方壳体，前后壳内表面正中布置一圆形沉槽(31)；所述叶轮(4)由一根轴和轴上阵列的4个叶片组成；所述永久磁铁(5)连接在叶轮(4)上叶片的外缘表面；所述连接好永久磁铁(5)的叶轮(4)两轴端间隙配合安装在导流盒(3)前后壳的圆形沉槽(31)中组成振动发生单元；所述压电发电单元顶面与振动发生单元底面连接。
2.根据权利要求1所述一种磁耦合流致振动型压电自发电电池，其特征在于：所述叶轮(4)叶片可为矩形叶片，矩形叶片末端连接有没有上、下面的长方形壳体。
3.根据权利要求1所述一种磁耦合流致振动型压电自发电电池，其特征在于：所述叶轮(4)叶片可为涡轮型叶片。
4.根据权利要求1所述一种磁耦合流致振动型压电自发电电池，其特征在于：所述叶轮(4)叶片可为风扇型叶片。
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