CN108590973A - 一种基于压电的气流能量转换装置 - Google Patents

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Abstract

一种基于压电的气流能量转换装置属于压电能量收集领域，所述气流能量转换装置中的圆形基架的背部均匀分布八个微动旋钮，圆形基架的前部与微动旋钮对应的位置固定L形夹片，L形夹片与一形上合片配合固定压电梁；传动杆由后支承架和前支承架配合固定于圆形基架的中轴线上，叶轮通过三棱夹具固定于传动杆端部。风或人工气流吹打风扇时，通过传动杆带动与之同轴的叶轮转动，叶轮的齿顶三角或是在冲击式激励下击打圆形基架上的压电梁工作，或是在非接触激励下利用齿顶三角与压电梁自由端上所贴合的永磁体所产生的非接触磁力驱动压电梁工作。本发明解决了现有压电风能收集系统仅用于收集风能，且悬臂梁的材料与尺寸固定，激励形式单一等问题。

Description

一种基于压电的气流能量转换装置
技术领域
本发明属于压电能量收集领域，涉及一种气流动能转化为机械能，再由压电效应将机械能转化为电能的能量转化装置，具体涉及一种基于压电的气流能量转换装置。
背景技术
利用环境振动能量为功耗较低(毫瓦级)的无线传感器节点供电成为最新的研究热点。空气无处不在，且绿色清洁符合可持续发展的要求，将空气流中蕴含的能量转换成电能能够有效地解决无线传感器节点的自供电问题。空气流包括风能和人工气流。现有文献涉及的能量收集装置多用于收集风能。专利200820222696.2公开的一种基于压电材料的压电能量转换装置，当风吹风扇转动时带动同轴空腔一起转动，空腔内的钢球冲击沿空腔内圆周分布的压电悬臂梁进行振动；专利201310423274.7公开的一种基于压电效应的风能利用装置，利用S形叶片带动同轴凸轮转动，凸轮凸起击打固定环上的压电振子使之振动；专利201410609727.X公开的一种风速自调节及低风速可开启的压电风能收集装置通过集约风道与伞状整流装置更加有效地收集风能，并驱使风扇叶片冲击PVDF三角形梁振动。上述装置仅用于收集风能，且受基架的尺寸限制，压电梁的尺寸无法改变。本发明提出的一种基于压电的气流能量转换装置则克服了上述不足，实用性大大加强。
发明内容
本发明所要解决的问题在于，针对现有压电风能收集系统仅用于收集风能，且悬臂梁的材料与尺寸固定，激励形式单一等不足，提出一种基于压电的气流能量转换装置。
为了实现上述目的，本发明的技术方案如下：
一种基于压电的气流能量转换装置，风或人工气流吹打轴流风扇11或贯流风扇23转动时，通过传动杆2带动与之同轴的叶轮3转动，叶轮3的齿顶三角或是在冲击式激励下击打圆形基架1上的压电梁9进行工作，或是在非接触激励下利用齿顶三角与压电梁9自由端上所贴合的永磁体10所产生的非接触磁力驱动压电梁9进行工作。
所述装置的基本结构包括圆形基架1、传动杆2、叶轮3、后支承架4、前支承架5、L形夹片6、一形上合片7、微动旋钮8和压电梁9、风扇。
所述圆形基架1的主体为单片环形面板，在环形面板的圆周上均匀分布有八对中心孔14-弧形孔15，弧形孔15的圆心角为45°。对应地，在圆形基架1的背部八对中心孔14-弧形孔15的位置设有八个微动旋钮8，微动旋钮8由螺纹13和螺纹盖16组成，螺纹盖16旋于螺纹13上。所述每个螺纹盖16上打有1个中心孔和4个圆周孔，并分别与圆形基架1上的中心孔14、弧形孔15相对应。
所述的圆形基架1的前部与微动旋钮8对应的位置固定L形夹片6，通过旋动螺纹盖(16)调整压电梁(9)与叶轮(3)齿的间距，进而改变激励方式为冲击式或非接触式。所述L形夹片6由互相垂直的长短两条棱组成：所述长堎固定在圆形基架1上，且其上等间隔打有6个孔，可选择不同的孔固定于圆形基架1上以适应不同长度的压电梁9；所述短棱用来固定压电梁9，通过改变短棱的长度适应不同宽度的压电梁9。所述L形夹片6由环形面上的中心-弧形孔对和螺纹盖16上的中心-圆周孔对共同固定，可通过旋动螺纹盖16来改变压电梁与径向(由中心孔14与环形面板中心确定)的夹角。所述L形夹片6与一形上合片7配合固定压电梁9。所述压电悬臂梁可以为刚性梁，也可为柔性梁。
所述的传动杆2包括三棱插销17和三棱夹具18两部分，分别用来固定风扇(轴流风扇11或贯流风扇23)和叶轮3。所述传动杆2由后支承架4和前支承架5配合固定于圆形基架1的中轴线上，具体为：传动杆2后端由后支承架4支撑，前端由前支承架5和弧形上合片19支撑，其位置根据压电梁9的宽度沿轴向调节。
所述叶轮3通过三棱夹具18固定于传动杆2后端，叶轮3圆周上分布6个长齿，长齿的顶端为三角形，冲击式激励下该三角用来击打压电梁9；非接触式磁激励下该三角顶用来贴合永磁体10。
所述风扇分为轴流风扇11或贯流风扇23。
当风扇为轴流风扇11时，用于收集风能，轴流风扇11与优化集约风道12配合使用，可更加有效地收集风能。所述的轴流风扇11通过三棱插销17固定于传动杆2前端，优化集约风道12同轴置于轴流11风扇前部。所述优化集约风道12包括喇叭型风道20、膛线片21和锥形体22；喇叭型风道20用来更好地聚集风能，锥形体22使得风沿优化集约风道12的内壁流动，膛线片21用来改变风向，使得流经优化集约风道12出口的风能对风扇的作用力更大，如此可降低系统的工作风速。
当风扇为贯流风扇23时，用于收集人工气流的能量，贯流风扇23与气流通道26配合使用，产生人工气流。贯流风扇23通过三棱插销17固定于传动杆2前端，气流通道26由气筒支承台24和上盖25共同固定，并使气流通道26的针头对准贯流风扇23叶片的凹槽，使得作用更加有效。
本发明的有益效果：本发明解决了现有压电风能收集系统仅用于收集风能，且悬臂梁的材料与尺寸固定，激励形式单一等问题。基于压电的气流能量转换装置不仅可以收集风能，还可以收集人工气流的能量；不仅可以使用柔性梁还可以使用刚性梁；不仅可以使用冲击式激励，还可使用非接触式磁激励；同时还可以改变压电梁的宽度和长度。还可以通过更换具有不同数量齿的叶轮来灵活改变激励频率，因此实用性更强。
附图说明
图1为基于压电的风能转换装置；
图2为微动旋钮部件示意图；
图3为传动杆局部示意图；
图4为优化集约风道局部示意图；
图5为基于压电的人工气流能量转换装置；
图6为人工气流产生示意图；
图中：1圆形基架；2传动杆；3叶轮；4后支承架；5前支承架；6L形夹片；7一形上合片；8微动旋钮；9压电梁；10永磁体；11轴流风扇；12优化集约风道；13螺纹；14中心孔；15弧形孔；16螺纹盖；17三棱插销；18三棱夹具；19弧形上合片；20喇叭型风道；21膛线片；22锥形体；23贯流风扇；24气筒式支承台；25上盖；26气流通道。
具体实施方式
以下结合具体实施例对本发明提供的一种基于压电的气流能量转换装置做进一步说明。
一种基于压电的气流能量转换装置，包括圆形基架1、传动杆2、叶轮3、后支承架4、前支承架5、L形夹片6、一形上合片7、微动旋钮8和压电梁9、风扇。所述的圆形基架1的背部均匀分布八个微动旋钮8，圆形基架1的前部与微动旋钮8对应的位置固定L形夹片6，所述L形夹片6与一形上合片7配合固定压电梁9；所述传动杆2由后支承架4和前支承架5配合固定于圆形基架1的中轴线上，叶轮3通过三棱夹具18固定于传动杆2端部。
实施例1：基于压电的风能转换装置。如图1所示，压电梁9通过L形夹片6固定于圆形基架1上，通过微动旋钮8调整压电梁9与径向成特定角度，使之与叶轮齿产生非接触，并分别在压电梁9和叶轮齿顶贴合永磁体10，产生磁力作用。叶轮3和轴流风扇11分别通过三棱夹具18和三棱插销17固定于传动杆2上，传动杆2由后支承架4和前支承架5共同固定于圆形基架1的中轴线上，优化集约风道12同轴配置于轴流风扇11前端，此种方式用来收集风能。
实施例2：基于压电的人工气流能量转换装置。如图5所示，在实施例1的基础之上，去掉优化集约风道12，用贯流风扇23替换轴流风扇11，并用气筒支承台24和上盖25共同固定气流通道26，使针头对准贯流风扇23底部叶片凹槽。此种方式用来收集人工气流能量。

Claims (8)

1.一种基于压电的气流能量转换装置，其特征在于，所述的装置的基本结构包括圆形基架(1)、传动杆(2)、叶轮(3)、后支承架(4)、前支承架(5)、L形夹片(6)、一形上合片(7)、微动旋钮(8)和压电梁(9)、风扇；当风或人工气流吹打风扇转动时，通过传动杆(2)带动与之同轴的叶轮(3)转动，叶轮(3)的齿顶三角或是在冲击式激励下击打圆形基架(1)上的压电梁(9)进行工作，或是在非接触激励下利用齿顶三角与压电梁(9)自由端上所贴合的永磁体(10)所产生的非接触磁力驱动压电梁(9)进行工作；
所述圆形基架(1)的主体为单片环形面板，在环形面板的圆周上均匀分布有八对中心孔(14)-弧形孔(15)；对应地，在圆形基架(1)的背部八对中心孔(14)-弧形孔(15)的位置设有八个微动旋钮(8)，微动旋钮(8)由螺纹(13)和螺纹盖(16)组成；
所述的圆形基架(1)的前部与微动旋钮(8)对应的位置固定L形夹片(6)，通过旋动螺纹盖(16)调整压电梁(9)与叶轮(3)齿的间距，进而改变激励方式为冲击式或非接触式；所述L形夹片(6)与一形上合片(7)配合固定压电梁(9)；
所述的传动杆(2)包括三棱插销(17)和三棱夹具(18)两部分，分别用来固定风扇和叶轮(3)；所述传动杆(2)由后支承架(4)和前支承架(5)配合固定于圆形基架(1)的中轴线上，传动杆(2)的位置根据压电梁(9)的宽度沿轴向调节；
所述叶轮(3)通过三棱夹具(18)固定于传动杆(2)后端，叶轮(3)圆周上分布长齿，长齿的顶端为三角形，冲击式激励下该三角用来击打压电梁(9)；非接触式磁激励下该三角顶用来贴合永磁体(10)；
所述风扇分为轴流风扇(11)或贯流风扇(23)；当风扇为轴流风扇(11)时，用于收集风能，轴流风扇(11)与优化集约风道(12)配合使用，所述的轴流风扇(11)通过三棱插销(17)固定于传动杆(2)前端，优化集约风道(12)同轴置于轴流11风扇前部；当风扇为贯流风扇(23)时，用于收集人工气流的能量，贯流风扇(23)与气流通道(26)配合使用，产生人工气流；贯流风扇(23)通过三棱插销(17)固定于传动杆(2)前端，气流通道(26)由气筒支承台(24)和上盖(25)共同固定，并使气流通道(26)的针头对准贯流风扇(23)叶片的凹槽。
2.根据权利要求1所述的一种基于压电的气流能量转换装置，其特征在于，所述L形夹片(6)由互相垂直的长短两条棱组成：所述长堎固定在圆形基架(1)上，且其上等间隔打有6个孔，可选择不同的孔固定于圆形基架(1)上以适应不同长度的压电梁(9)；所述短棱用来固定压电梁(9)，通过改变短棱的长度适应不同宽度的压电梁(9)；所述L形夹片(6)由环形面上的中心-弧形孔对和螺纹盖(16)上的中心-圆周孔对共同固定，可通过旋动螺纹盖(16)来改变压电梁与径向的夹角。
3.根据权利要求1或2所述的一种基于压电的气流能量转换装置，其特征在于，所述优化集约风道(12)包括喇叭型风道(20)、膛线片(21)和锥形体(22)；喇叭型风道(20)用来更好地聚集风能，锥形体(22)使得风沿优化集约风道(12)的内壁流动，膛线片(21)用来改变风向。
4.根据权利要求1或2所述的一种基于压电的气流能量转换装置，其特征在于，所述每个螺纹盖(16)上打有1个中心孔和4个圆周孔，并分别与圆形基架(1)上的中心孔(14)、弧形孔(15)相对应。
5.根据权利要求3所述的一种基于压电的气流能量转换装置，其特征在于，所述每个螺纹盖(16)上打有1个中心孔和4个圆周孔，并分别与圆形基架(1)上的中心孔(14)、弧形孔(15)相对应。
6.根据权利要求1或2或5所述的一种基于压电的气流能量转换装置，其特征在于，所述压电悬(9)臂梁可以为刚性梁，也可为柔性梁。
7.根据权利要求3所述的一种基于压电的气流能量转换装置，其特征在于，所述压电悬(9)臂梁可以为刚性梁，也可为柔性梁。
8.根据权利要求4所述的一种基于压电的气流能量转换装置，其特征在于，所述压电悬(9)臂梁可以为刚性梁，也可为柔性梁。
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