CN109450292B - 一种基于压电效应的水泵振动发电装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于压电效应的水泵振动发电装置，包括输入端与水泵固连的振幅放大机构，振幅放大机构的输出端驱动连接有降频装置，降频装置的主动端以低于水泵的振动频率转动驱动压电装置挤压压电装置中的压电构件发电。振幅放大机构可以将水泵的高频小振幅的振幅放大，确保水泵的振幅可转换利用。其中降频装置的作用主要是避免压电构件受到高频冲击，确保整个装置具有一个可靠的使用寿命，同时将水泵的振动的动能予以回收实现照明进一步实现建筑节能。

Description

一种基于压电效应的水泵振动发电装置

技术领域

本发明涉及压电发电应用领域，具体的说涉及一种基于压电效应的水泵振动发电装置。

背景技术

随着全球气温的逐年上升，各国都提出了节能减排的口号。而建筑能耗占社会总能耗的1/3，如何在满足需求的前提下，最大限度地降低建筑能耗，是当下热门的技术话题。建筑物中配备有供水系统，其中供水系统的水泵机房一般设置于地下层，由于无法利用自然采光，因此常年存在照明负荷。常年的照明使用会累计消耗大量电耗。且水泵在工作时会产生振动，会有大量动能以振动的方式耗散，从解决建筑节能角度出发如何提供一种可靠性好，能实现将回收的动能转换为电能的装置用以解决水泵机房的照明需求，实现建筑节能就成了本领域技术的人员亟需解决的技术问题。

现有技术中有通过压电片等装置直接实现振动的能量回收的方式解决上述问题，但若直接将压电装置设置于水泵底下，由于水泵的高频率振动，压电装置在数秒内承受上百次冲击，大大缩减了压电装置的使用寿命，降低整个装置的可靠性。

发明内容

为解决以上技术问题，本发明提供了一种可靠性更好，有效寿命更久，可有效利用水泵振动实现能量回收的基于压电效应的水泵振动发电装置。

为解决上述问题，本发明提供了如下的技术方案。

一种基于压电效应的水泵振动发电装置，包括具有压电构件的压电装置，还包括输入端与水泵固连的振幅放大机构，振幅放大机构的输出端驱动连接有降频装置，降频装置的输出端以低于水泵的振动频率转动驱动压电装置，挤压压电装置中的压电构件发电。

这样，振幅放大机构可以将水泵的高频小振幅的振幅放大，确保水泵的振幅可转换利用。其中降频装置的作用主要是避免压电构件受到高频冲击，确保整个装置具有一个可靠的使用寿命，同时将水泵的振动动能予以回收实现照明，进一步实现建筑节能。

作为优选，振幅放大机构包括整体呈水平设置的杠杆，杠杆支点可转动地安装在垂直杠杆长度方向水平设置的第一转轴上，第一转轴固定设置，杠杆的两端分别构成和水泵相连的输入端和与降频装置配合的输出端，输入端沿杠杆长度方向到第一转轴处的长度小于输出端沿杠杆长度方向到第一转轴处的长度。

这样，杠杆结构可以实现对振幅放大比例的有效控制，且整体结构设置简单，输入端方便与水泵连接，比如采用焊接的方式。输出端的设置可以实现大幅度摆动，方便实现与其他结构连接转。

作为优选，所述降频装置包括转轮，转轮设置在杠杆输出端的前方，转轮可转动地安装在第二转轴上，第二转轴与第一转轴平行且相对固定设置，转轮的外周上间隔设置有多个沿径向向外延伸的第一支臂，每个第一支臂的外端均安装有一个沿对应第一支臂长度方向向外且部分伸出的活动挡板，活动挡板位于两个第一支臂之间，且多个活动挡板位于对应的第一支臂的同一侧设置，在转轮靠近杠杆的一侧活动挡板设置在对应第一支臂的上侧，活动挡板靠近转轮的内端与第一支臂通过沿平行第二转轴设置的固定铰轴铰接，活动挡板转动到与第一支臂的外端相抵时，活动挡板伸出第一支臂的距离大于杠杆输出端与第一支臂外端之间距离的最小值，还包括限制活动挡板转动角度范围为锐角的限位装置，活动挡板转动至远离第一支臂一端的极限位置时，活动挡板脱离杠杆输出端的摆动范围，所述转轮一侧面上沿平行第一转轴的轴向向外设置的第二支臂，第二支臂分布在与转轮同轴线的同一圆柱面上，所述第二支臂构成所述降频装置的输出端，所述第二支臂的数量少于第一支臂的数量。

这样，杠杆的输出端便于驱动降频装置中的转轮单向连续转动，杠杆的输出端与水泵实现同频率摆动，且振幅较大。降频装置在初始状态下可以提供一个初始的转速，使得转轮旋转且杠杆连接水泵摆动，杠杆向上摆动时将第一支臂上的活动挡板向上拨动，使其脱离杠杆输出端的摆动范围，在重力和离心力的作用下活动挡板运动到与第一支臂接触的位置，然后杠杆向下摆动击打活动挡板，驱动第一支臂驱动转轮转动。这样杠杆对每一个第一支臂实现驱动，其中第二支臂少于第一支臂个数的设置方式实现降频。需要说明的是，在保证转轮正常转动的前提下，合理减少第一支臂的数量可以降低转轮的转速，进而实现降频。

作为优选，所述限位装置的包括L形的限位件，限位件的短部外端固连在铰轴的一端，限位件的长部沿活动挡板宽度方向设置，活动挡板位于第一支臂与限位件的长部之间。

这样，上述方式公开了限位装置的具体结构，结构简单，便于设置。

作为优选，压电装置包括竖向设置的L形的动力臂，L形的动力臂包括水平臂与竖直臂，水平臂水平设置且位于上方，竖直臂向下设置，水平臂中远离竖直臂的一端设置在第二支臂的下方，并由第二支臂转动驱动，水平臂上设置有与第一转轴平行且水平固定的第三转轴，还包括水平设置在压电构件上下两侧的动板和固定板，动板与竖直臂固连。

这样，水平臂远离竖直臂的一端受力时位于第二支臂的旋转路径范围内，且压电构件压缩到极限位置时水平臂远离竖直臂的一端能够脱离出第二支臂的旋转路径范围，这样可以实现轮流击打水平臂，实现转动驱动。

为了转轮更好的连续转动，一般将第一支臂和第二支臂沿各自对应所在圆周均布，第一支臂是第二支臂的1-2，调校初始位置使得一个第一支臂和一个第二支臂分别同时和杠杆输出端和水平臂接触作用，实现连续驱动。也可以通过初始调校设置第二支臂与第一支臂的位置实现方便实现连续转动。同时可以在水平臂的外端设置缓冲垫避免刚性接触对零件造成损坏。

进一步的第三转轴靠近竖直臂一侧设置，这样可以通过杠杆作用实现力的放大，更好的挤压发电构件。

作为优选，还包括固定设置在竖直臂下端的承重柱，竖直臂运动到下端时可与承重柱上端抵接，承重柱的上端设置有缓冲垫。

这样，承重柱可以实现竖向振幅的限定，且在装置不动时辅助支撑L形动力臂，缓冲垫可以是弹性软垫，如橡胶垫实现减震缓冲作用。同时，承重柱的高度恰好使得水平臂静止时处于水平状态。

作为优选，压电装置还包括与压电构件依次串联并构成充电电路的整流器、滤波器和蓄电池。

这样，整流器和滤波器实现了交流电转化为直流电的功能，之后再与蓄电池相连接，达到了为蓄电池充电的效果，还包括与蓄电池串联的逆变器，逆变器将蓄电池输出的直流电转化为交流电供灯具使用，最终实现了该发电装置给设备供电的目的。

作为优选，还包括集成柜，振幅放大机构、降频装置和压电装置均设置在集成柜中，振幅放大机构的输入端设置在集成柜外侧。

这样，方便实现结构的一体化，方便转移，且方便定位安装

作为优选，所述集成柜水平设置，集成柜的下方设置有活动脚架。

这样，方便实现转移，活动脚架可竖向升降，以适应水泵的安装高度。

作为优选，所述集成柜的柜体内侧壁上设置有消音层。

这样，可以降低装置运行时产生的噪音。消音层可以由消音海绵构成。

附图说明

图1为本发明实施例所公开的一种基于压电效应的水泵振动发电装置的结构示意图，图中集成柜的前侧未示出；

图2为图1中A处的局部放大图。

其中，1为杠杆、2为第一转轴、3为转轮、301为第一支臂、4为第二转轴、5为活动挡板、6为限位件、7为第二支臂、8为动力臂、801为水平臂、802为竖直臂、9为第三转轴、10为动板、11为固定板、12为压电构件、13为承重柱、14为整流器、15为滤波器、16为蓄电池、17为逆变器、18为集成柜、19为活动脚架。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。

请参阅图1和图2，图1为本发明实施例所公开的一种基于压电效应的水泵振动发电装置的结构示意图，图中集成柜的前侧未示出，图2为图1中A处的局部放大图。

本实施例公开了一种基于压电效应的水泵振动发电装置，包括具有压电构件12的压电装置，还包括输入端与水泵固连的振幅放大机构，振幅放大机构的输出端驱动连接有降频装置，降频装置的输出端以低于水泵的振动频率转动驱动压电装置，挤压压电装置中的压电构件12发电。

这样，振幅放大机构可以将水泵的高频小振幅的振幅放大，确保水泵的振幅可转换利用。其中降频装置的作用主要是避免压电构件受到高频冲击，确保整个装置具有一个可靠的使用寿命，同时将水泵的振动动能予以回收实现照明进一步实现建筑节能。

在本实施例中，振幅放大机构包括整体呈水平设置的杠杆1，杠杆1支点可转动地安装在垂直杠杆长度方向水平设置的第一转轴2上，第一转轴2固定设置，杠杆1的两端分别构成和水泵相连的输入端和与降频装置配合的输出端，输入端沿杠杆1长度方向到第一转轴处的长度小于输出端沿杠杆1长度方向到第一转轴2处的长度。

这样，杠杆结构可以实现对振幅放大比例的有效控制，且整体结构设置简单，输入端方便与水泵连接，比如采用焊接的方式。输出端的设置可以实现大幅度摆动，方便实现与其他结构连接转换。

在本实施例中，所述降频装置包括转轮3，转轮3设置在杠杆1输出端的前方，转轮3可转动地安装在第二转轴4上，第二转轴4与第一转轴2平行且相对固定设置，转轮3的外周上间隔设置有多个沿径向向外延伸的第一支臂301，每个第一支臂301的外端均安装有一个沿对应第一支臂301长度方向向外且部分伸出的活动挡板5，活动挡板5位于两个第一支臂301之间，且多个活动挡板5位于对应的第一支臂301的同一侧设置，在转轮3靠近杠杆1的一侧活动挡板5设置在对应第一支臂301的上侧，活动挡板5靠近转轮3的内端与第一支臂301通过沿平行第二转轴4设置的固定铰轴铰接，活动挡板5转动到与第一支臂301的外端相抵时，活动挡板5伸出第一支臂301的距离大于杠杆1输出端与第一支臂301外端之间距离的最小值，还包括限制活动挡板转动角度范围为锐角的限位装置，活动挡板5转动至远离第一支臂301一端的极限位置时，活动挡板5脱离杠杆1输出端的摆动范围，所述转轮3一侧面上沿平行第一转轴2的轴向向外设置的第二支臂7，第二支臂7分布在与转轮3同轴线的同一圆柱面上，所述第二支臂7构成所述降频装置的输出端，所述第二支臂7的数量少于第一支臂301的数量。

这样，杠杆的输出端便于驱动降频装置中的转轮单向连续转动，杠杆的输出端与水泵实现同频率摆动，且振幅较大。降频装置在初始状态下可以提供一个初始的转速，使得转轮旋转且杠杆连接水泵摆动，杠杆向上摆动时将第一支臂上的活动挡板向上拨动，使其脱离杠杆输出端的摆动范围，在重力和离心力的作用下活动挡板运动到与第一支臂接触的位置，然后杠杆向下摆动击打活动挡板，驱动第一支臂和转轮转动。这样杠杆对每一个第一支臂实现驱动，其中第二支臂少于第一支臂个数的设置方式实现降频。需要说明的是，在保证转轮正常转动的前提下，合理减少第一支臂的数量可以降低转轮的转速，进而实现降频。

在本实施例中，所述限位装置的包括L形的限位件6，限位件6的短部外端固连在铰轴的一端，限位件6的长部沿活动挡板5宽度方向设置，活动挡板5位于第一支臂301与限位件6的长部之间。

这样，上述方式公开了限位装置的具体结构，结构简单，便于设置。

在本实施例中，压电装置包括竖向设置的L形的动力臂8，L形的动力臂8包括水平臂801与竖直臂802，水平臂801水平设置且位于上方，竖直臂802向下设置，水平臂801中远离竖直臂802的一端设置在第二支臂7的下方，并由第二支臂7转动驱动，水平臂801上设置有与第一转轴2平行且水平固定的第三转轴9，还包括水平设置在压电构件12上下两侧的动板10和固定板11，动板10与竖直臂802固连。

这样，水平臂远离竖直臂的一端受力时位于第二支臂的旋转路径范围内，且压电构件压缩到极限位置时水平臂远离竖直臂的一端能够脱离出第二支臂的旋转路径范围，这样可以实现轮流击打水平臂，实现转动驱动。其中固定板相对动板固定设置。

为了转轮更好的连续转动，一般将第一支臂和第二支臂沿各自对应所在圆周均布，第一支臂是第二支臂的1-2，调校初始位置使得一个第一支臂和一个第二支臂分别同时和杠杆输出端和水平臂接触作用，实现连续驱动。也可以通过初始调校设置第二支臂与第一支臂的位置实现方便实现连续转动。同时可以在水平臂的外端设置缓冲垫避免刚性接触对零件造成损坏。进一步的第三转轴靠近竖直臂一侧设置，这样可以通过杠杆作用实现力的放大，更好的挤压发电构件。

在本实施例中，还包括固定设置在竖直臂下端的承重柱13，竖直臂802运动到的下端时可与承重柱13上端抵接，承重柱13的上端设置有缓冲垫。

这样，承重柱可以实现竖向振幅的限定，且在装置不动时辅助支撑L形动力臂，缓冲垫可以是弹性软垫，如橡胶垫实现减震缓冲作用。

在本实施例中，压电装置还包括与压电构件依次串联并构成充电电路的整流器14、滤波器15和蓄电池16。

这样，整流器和滤波器实现了交流电转化为直流电的功能，之后再与蓄电池相连接，达到了为蓄电池充电的效果，还包括与蓄电池串联的逆变器17，逆变器将蓄电池输出的直流电转化为设备，例如灯具所需的交流电，最终实现了该发电装置给设备供电的目的。

在本实施例中，还包括集成柜18，振幅放大机构、降频装置和压电装置均设置在集成柜18中，振幅放大机构的输入端设置在集成柜18外侧。

这样，方便实现结构的一体化，方便转移，方便定位安装。

在本实施例中，所述集成柜18水平设置，集成柜18的下方设置有活动脚架19。

这样，方便实现转移上，活动脚架可竖向升降，以适应水泵的安装高度。

在本实施例中，所述集成柜18的柜体内侧壁上设置有消音层。

这样，可以降低装置运行时产生的噪音。消音层可以由消音海绵构成。

Claims (8)

1.一种基于压电效应的水泵振动发电装置，包括具有压电构件的压电装置，其特征在于，还包括输入端与水泵固连的振幅放大机构，振幅放大机构的输出端驱动连接有降频装置，降频装置的输出端以低于水泵的振动频率转动驱动压电装置，挤压压电装置中的压电构件发电，振幅放大机构包括整体呈水平设置的杠杆，杠杆支点可转动地安装在垂直杠杆长度方向水平设置的第一转轴上，第一转轴固定设置，杠杆的两端分别构成和水泵相连的输入端和与降频装置配合的输出端，输入端沿杠杆长度方向到第一转轴处的长度小于输出端沿杠杆长度方向到第一转轴处的长度，所述降频装置包括转轮，转轮设置在杠杆输出端的前方，转轮可转动地安装在第二转轴上，第二转轴与第一转轴平行且相对固定设置，转轮的外周上间隔设置有多个沿径向向外延伸的第一支臂，每个第一支臂的外端均安装有一个沿对应第一支臂长度方向向外且部分伸出的活动挡板，活动挡板位于两个第一支臂之间，且多个活动挡板位于对应的第一支臂的同一侧设置，在转轮靠近杠杆的一侧活动挡板设置在对应第一支臂的上侧，活动挡板靠近转轮的内端与第一支臂通过沿平行第二转轴设置的固定铰轴铰接，活动挡板转动到与第一支臂的外端相抵时，活动挡板伸出第一支臂的距离大于杠杆输出端与第一支臂外端之间距离的最小值，还包括限制活动挡板转动角度范围为锐角的限位装置，活动挡板转动至远离第一支臂一端的极限位置时，活动挡板脱离杠杆输出端的摆动范围，所述转轮一侧面上沿平行第一转轴的轴向向外设置的第二支臂，第二支臂分布在与转轮同轴线的同一圆柱面上，所述第二支臂构成所述降频装置的输出端，所述第二支臂的数量少于第一支臂的数量。

2.如权利要求1所述的基于压电效应的水泵振动发电装置，其特征在于，所述限位装置的包括L形的限位件，限位件的短部外端固连在铰轴的一端，限位件的长部沿活动挡板宽度方向设置，活动挡板位于第一支臂与限位件的长部之间。

3.如权利要求1所述的基于压电效应的水泵振动发电装置，其特征在于，压电装置包括竖向设置的L形的动力臂，L形的动力臂包括水平臂与竖直臂，水平臂水平设置且位于上方，竖直臂向下设置，水平臂中远离竖直臂的一端设置在第二支臂的下方，并由第二支臂转动驱动，水平臂上设置有与第一转轴平行且水平固定的第三转轴，还包括水平设置在压电构件上下两侧的动板和固定板，动板与竖直臂固连。

4.如权利要求3所述的基于压电效应的水泵振动发电装置，其特征在于，还包括固定设置在竖直臂下端的承重柱，竖直臂运动到下端时可与承重柱上端抵接，承重柱的上端设置有缓冲垫。

5.如权利要求3所述的基于压电效应的水泵振动发电装置，其特征在于，压电装置还包括与压电构件依次串联并构成充电电路的整流器、滤波器和蓄电池。

6.如权利要求3所述的基于压电效应的水泵振动发电装置，其特征在于，还包括集成柜，振幅放大机构、降频装置和压电装置均设置在集成柜中，振幅放大机构的输入端设置在集成柜外侧。

7.如权利要求6所述的基于压电效应的水泵振动发电装置，其特征在于，所述集成柜水平设置，集成柜的下方设置有活动脚架。

8.如权利要求6所述的基于压电效应的水泵振动发电装置，其特征在于，所述集成柜的柜体内侧壁上设置有消音层。