CN107425753A - 增速式风力压电发电装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种增速式风力压电发电装置,风车通过增速齿轮传动,带动安装在正六边形壳体中央的圆柱体空心夹具转动;双稳态压电悬臂振子结构包括固定在夹具上的一双晶片压电悬臂梁,压电层通过导电胶层粘贴在悬臂梁的上下表面,每个压电层的电极面均用导线连接,导线穿过空心转轴,连接至能量存储和转化装置;梁自由端设第一永久磁铁,内壳壁上设与第一永久磁铁磁极相对放置的第二永久磁铁;转轴通过轴承和支架固定在基座上。本发明利用处于同一平面的悬臂梁自由端的六个磁铁处于势阱时,处于另一个平面悬臂梁自由端的六个磁铁处于势垒,克服了风力小不能发电的缺陷;同时,增速齿轮传动增大了梁振动的频率,提高了发电效率。
Description
技术领域
本发明为一种增速式风力压电发电装置,可有效地收集周围环境中风力的机械能量进行发电,属于压电发电及可再生环保新能源领域。
背景技术
随着微电子和无线网络的快速发展,低功耗和超低功耗电子器件产品逐步得到了推广,如无线传感器中的微型传感器及精密仪器中的微驱动器等。风能属于可再生的清洁能源,具有环保、廉价等优点,利用压电材料的正压电效应可将周国环境中的振动能转化成电能,以实现电子设备的自供能,既能够解决电池更换不方便问题,又能够节约能源,保护环境。
由于微机电系统的广泛应用,存在很多分散、孤僻或处于危险场合的微功耗电子元器件,给这些微功耗电子元器件提供动力非常困难,会耗费大量的人力和物力,这不符合环保和自动化管理的现代化发展趋势。
悬臂式压电振子具有振幅相对较大和振动频率低等特点,其应用性非常强。中国专利公开号CN105006993A公开了一种垂直轴旋转激振式风能浮获装置,该装置内同时布置了多个压电悬臂振子,有效的提高了发电量。中国专利公开号CN104989597A公开了一种垂直轴径向激振式风能俘获装置,该发明在一个装置内同时布置了多个压电悬臂振子,极大的的提高了发电效率,当上述发电装置运转时,所有压电悬臂振子自由端固定的磁铁同时处于势阱和势垒,使得装置只能用于风力较大的地方,在风力较小的地方难以运转。
美国专利公开号WO2010151738A3公开了一种双稳态压电悬臂梁发电装置,该装置有效拓宽了悬臂梁的共振频带,但带宽拓展的程度并不是很大,这使得它的使用非常受限。
发明内容
为了克服上述缺陷,使得装置的有效工作带宽增大、输出电压增大,同时也为了满足在风力小的地方进行发电,本发明提供了一种增速式风力压电发电装置,通过改进结构设计使之具有更宽的工作频率带,同时弥补风力较大时才能发电的缺陷,使其更符合微机电的发展现状。
1、为了解决上述技术问题,本发明增速式风力压电发电装置的技术方案是:一种增速式风力压电发电装置,其特征在于:风车1的转轴a3通过一组轴承2安装在支架6上,支架6固定在基座8的一端;齿轮b7设置在转轴b11上,齿轮b7与齿轮a4相啮合,转轴a3的末端通过齿轮a4传动带动转轴b11转动;转轴b11带动装有压电振子14的夹具9转动,夹具9为空心圆柱体;所述压电振子14包括基础层、压电层15、保护层16以及端部的第一永久磁铁13;所述保护层16通过环氧树脂胶粘贴在压电层15上;所述压电层15通过环氧树脂胶或其它导电胶粘贴在基础层上;每个压电层15的电极面均用导线连接,穿过空心转轴c10,连接至能量存储和转化装置;所述压电振子14共十二个,每三个一组;远离第一永久磁铁13的一端圆周阵列装夹在夹具9上;所述壳体5为正六边形,每个正六边形的面上都有处于中线位置的三个小凹槽,每个第二永久磁铁12固定在凹槽内;所述第二永久磁铁12与第一永久磁铁13规格相同,磁极相对放置,相互排斥;每三个压电振子14与壳体5上对应的第二永久磁铁12处于同一平面;所述壳体5焊接在基座8上,壳体5与转轴b11同一轴心;所述转轴b11与夹具9焊接,夹具9后端连接空心转轴c10,空心转轴c10通过另一组轴承2固定在基座8另一端的支架6上。
与现有技术相比,本发明的有益效果是:
(1)本发明利用了两组压电振子自由端磁铁同一时刻分别处于相反的磁势状态,以此降低磁铁通过势垒的能量,这就使得此发电装置在风力较小和较大的地方都可以应用。
(2)本发明增加齿轮传动,使得悬臂梁的振动频率增加,并且不受带宽的影响,发电量增大。
附图说明
图1是本发明中压电振子的结构示意图;
图2是本发明中壳体及安装在其内壁上磁铁结构示意图;
图3是本发明中夹具及壳体装配结构示意图;
图4是本发明中夹具及转轴的结构示意图;
图5是本发明中去掉风车的结构示意图;
图6是本发明整体结构示意图;
图中:
1-风车 2-轴承 3-转轴a 4-齿轮a 5-壳体 6-支架
7-齿轮b 8-基座 9-夹具 10-空心转轴c 11-转轴b
12-第二永久磁铁 13-第一永久磁铁 14-压电振子 15-压电层
16-保护层
具体实施方式
下面结合具体实施方案对本发明作进一步详细地描述。
如图1至图6所示,一种增速式风力压电发电装置,其特征在于:风车1的转轴a3通过一组轴承2安装在支架6上,支架6固定在基座8的一端;齿轮b7设置在转轴b11上,齿轮b7与齿轮a4相啮合,转轴a3的末端通过齿轮a4传动带动转轴b11转动;转轴b11带动装有压电振子14的夹具9转动,夹具9为空心圆柱体;所述压电振子14包括基础层、压电层15、保护层16以及端部的第一永久磁铁13;所述保护层16通过环氧树脂胶或其它导电胶粘贴在压电层15上;所述压电层15通过环氧树脂胶或其它导电胶粘贴在基础层上;每个压电层15的电极面均用导线连接,穿过空心转轴c10,连接至能量存储和转化装置;所述压电振子14共十二个,每三个一组;远离第一永久磁铁13的一端圆周阵列装夹在夹具9上;所述壳体5为正六边形,每个正六边形的面上都有处于中线位置的三个小凹槽,每个第二永久磁铁12固定在凹槽内;所述第二永久磁铁12与第一永久磁铁13规格相同,磁极相对放置,相互排斥;每三个压电振子14与壳体5上对应的第二永久磁铁12处于同一平面;所述壳体5焊接在基座8上,壳体5与转轴b11同一轴心;所述转轴b11与夹具9焊接,夹具9后端连接空心转轴c10,空心转轴c10通过另一组轴承2固定在基座8另一端的支架6上。
所述风车1上固定安装有叶片。
所述增速传动齿轮齿轮a4与齿轮b7的传动比为2,转轴b11转速为转轴a3的二倍。
所述夹具9两端的支架6通过套装轴承2固定转轴b11和空心转轴c10。
十二个压电振子14通过导线并联连接在夹具9上。
所述压电层15上下表面铺设电极,并且压电层15和基础层分别连有导线。
所述保护层16材料为聚酯,压电层15材料为极化后的PVDF,基础层的材料为铜、钢、铝或铝合金中的一种。
本发明增速式风力压电发电装置可同时应用于风力小和风力大的地方,可用于为野外很多分散、孤僻或处于危险场合的微功耗电子元器件供电。如无线传感器节点放置在野外环境下,就会遇到电池不能长时间供电的问题,而此装置有效的提高能量的转换效率,成功的解决这等难题。
综上所述,本发明增速式风力压电发电装置利用处于同一平面的悬臂梁自由端的六个磁铁处于势阱时,处于另一个平面悬臂梁自由端的六个磁铁处于势垒,克服了风力小不能发电的缺陷;同时,增速齿轮传动增大了梁振动的频率,提高了发电效率。本装置结构简单、新颖,适用范围广,发电效率高,利用率高,使用方便。
尽管上面结合图对本发明进行了描述,但是本发明并不局限于上述的具体实施方式,上述的具体实施方式仅仅是示意性的,而不是限制性的,在不脱离本发明宗旨的情况下,还可以作出很多变形,这些均属于本发明的保护范畴。
Claims (7)
1.一种增速式风力压电发电装置,其特征在于:风车(1)的转轴a(3)通过一组轴承(2)安装在支架(6)上,支架(6)固定在基座(8)的一端;齿轮b(7)设置在转轴b(11)上,齿轮b(7)与齿轮a(4)相啮合,转轴a(3)的末端通过齿轮a(4)传动带动转轴b(11)转动;转轴b(11)带动装有压电振子(14)的夹具(9)转动,夹具(9)为空心圆柱体;所述压电振子(14)包括基础层、压电层(15)、保护层(16)以及端部的第一永久磁铁(13);所述保护层(16)通过环氧树脂胶粘贴在压电层(15)上;所述压电层(15)通过环氧树脂胶或其它导电胶粘贴在基础层上;每个压电层(15)的电极面均用导线连接,穿过空心转轴c(10),连接至能量存储和转化装置;所述压电振子(14)共十二个,每三个一组;远离第一永久磁铁(13)的一端圆周阵列装夹在夹具(9)上;所述壳体(5)为正六边形,每个正六边形的面上都有处于中线位置的三个小凹槽,每个第二永久磁铁(12)固定在凹槽内;所述第二永久磁铁(12)与第一永久磁铁(13)规格相同,磁极相对放置,相互排斥;每三个压电振子(14)与壳体(5)上对应的第二永久磁铁(12)处于同一平面;所述壳体(5)焊接在基座(8)上,壳体(5)与转轴b(11)同一轴心;所述转轴b(11)与夹具(9)焊接,夹具(9)后端连接空心转轴c(10),空心转轴c(10)通过另一组轴承(2)固定在基座(8)另一端的支架(6)上。
2.根据权利要求1中所述的增速式风力压电发电装置,其特征在于:所述风车(1)上固定安装有叶片。
3.根据权利要求1中所述的增速式风力压电发电装置,其特征在于:所述增速传动齿轮齿轮a(4)与齿轮b(7)的传动比为2,转轴b(11)转速为转轴a(3)的二倍。
4.根据权利要求1中所述的增速式风力压电发电装置,其特征在于:所述夹具(9)两端的支架(6)通过套装轴承(2)固定转轴b(11)和空心转轴c(10)。
5.根据权利要求1中所述的增速式风力压电发电装置,其特征在于:十二个压电振子(14)通过导线并联连接在夹具(9)上。
6.根据权利要求1中所述的增速式风力压电发电装置,其特征在于:所述压电层(15)上下表面铺设电极,并且压电层(15)和基础层分别连有导线。
7.根据权利要求1中所述的增速式风力压电发电装置,其特征在于:所述保护层(16)材料为聚酯,压电层(15)材料为极化后的PVDF,基础层的材料为铜、钢、铝或铝合金中的一种。
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
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PB01 | Publication | ||
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SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
GR01 | Patent grant | ||
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