CN112953302A - 定轴转动门窗用压电振动发电装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种定轴转动门窗用压电振动发电装置。所述定轴转动门窗用压电振动发电装置包括固定底座、压电悬臂梁、第一方形永磁体、圆柱导轨、移动滑块、第二方形永磁体、驱动连杆、压电悬臂梁夹具以及固定铰链，所述固定底座、所述圆柱导轨、所述移动滑块、所述第二方形永磁体、所述驱动连杆以及所述固定铰链构成机械驱动部分，所述机械驱动部分的一端通过所述固定铰链与定轴转动的开闭式结构连接，所述机械驱动部分的另一端通过所述固定铰链固定于所述固定底座上。本发明的定轴转动门窗用压电振动发电装置，具有结构简单、不发热、无电磁干扰、无污染、易于加工制作和机构的微小化、集成化等诸多优点，特别是对于外界微能量的采集。
Description
技术领域
本发明涉及能量回收利用技术领域，具体涉及一种定轴转动门窗用压电振动发电装置。
背景技术
随着科技的进步及生活水平的提高，人类社会的发展已进入大量消耗能源阶段,能源短缺已经是各个国家共同要面临的问题，如何解决这一问题已经成为一件迫在眉睫的事情。因此，通过不同方式从周围环境中获取能量的探索和研究变的尤为重要。目前，我们可以利用诸如太阳能、风能、振动能、热能等环境能量进行发电，而这些能量的收集大部分都需要大型设备，且结构很复杂。现如今微电子技术的发展也激发了功耗很低的小型设备的产生，而传统的发电方式对于这些小型微机电设备持续供电显然是不适合的，当然，蓄电池也因体积较大，不易更换等原因，不能达到微型供能的要求。
发明内容
基于此，有必要针对上述问题，提供一种定轴转动门窗用压电振动发电装置。
一种定轴转动门窗用压电振动发电装置，所述定轴转动门窗用压电振动发电装置包括固定底座、压电悬臂梁、第一方形永磁体、圆柱导轨、移动滑块、第二方形永磁体、驱动连杆、压电悬臂梁夹具以及固定铰链，所述固定底座、所述圆柱导轨、所述移动滑块、所述第二方形永磁体、所述驱动连杆以及所述固定铰链构成机械驱动部分，所述机械驱动部分的一端通过所述固定铰链与定轴转动的开闭式结构连接，所述机械驱动部分的另一端通过所述固定铰链固定于所述固定底座上，所述固定底座的一侧安装于外部固定结构上，所述固定底座的另一侧通过所述固定铰链与所述开闭式结构连接，所述圆柱导轨通过所述固定铰链安装在所述固定底座上，所述移动滑块与所述驱动连杆铰接并安装于所述圆柱导轨上，所述第二方形永磁体设于所述移动滑块的侧部，所述压电悬臂梁、所述第一方形永磁体、所述压电悬臂梁夹具构成能量转化收集部分，所述第一方形永磁体设于所述压电悬臂梁上，所述能量转化收集部分是由多个所述压电悬臂梁夹具将所述压电悬臂梁固定在所述圆柱导轨两侧。
进一步的，所述第二方形永磁体的设置数量为两个，两个所述第二方形永磁体分别设于所述移动滑块的相对两侧，其中一个所述第二方形永磁体邻近一侧的所述第一方形永磁体，其中另一个所述第二方形永磁体邻近另一侧的所述第一方形永磁体。
进一步的，所述移动滑块通过其中心通孔安装在所述圆柱导轨上。
进一步的，所述压电悬臂梁的设置数量为多个，多个所述压电悬臂梁位于所述圆柱导轨的两侧，且两侧的所述压电悬臂梁的设置数量相等，每一个所述压电悬臂梁上设有所述第一方形永磁体，所述第一方形永磁体朝向所述移动滑块。
进一步的，每一个所述压电悬臂梁包括铍青铜弹性基片和设于所述铍青铜弹性基片上的压电陶瓷，所述铍青铜弹性基片上靠近所述压电陶瓷的一端为用于被所述压电悬臂梁夹具夹持的夹持端，所述铍青铜弹性基片上远离所述压电陶瓷的一端为自由端，所述第一方形永磁体设于所述铍青铜弹性基片的自由端上，所述压电陶瓷位于所述铍青铜弹性基片的相对两侧
进一步的，每一个所述压电悬臂梁还包括设于所述铍青铜弹性基片上的第三方形永磁体，所述第三方形永磁体位于所述铍青铜弹性基片的相对两侧，且设置位置位于所述第一方形永磁体和所述压电陶瓷之间。
本发明的定轴转动门窗用压电振动发电装置，通过将压电材料的正压电效应及曲柄滑块机构的运动特性有效结合，合理有效的利用了日常生活中被人们忽视的能量；利用压电悬臂梁之间的联动作用产生振动，使得采集的电能量更加充足，进一步提高了发电效率；引入滑块，巧妙的将圆周运动转化为直线运动，使得装置结构紧凑，空间利用率高，实用性强。此外，该装置将环境中的机械能转换为电能，可以实现一些低功耗的元器件或设备长期供能，是一种无污染的清洁能源，具有较大的研究及应用价值。
本发明的定轴转动门窗用压电振动发电装置，科研人员就把生活中普遍存在的能量用于新型发电中，并使用结构简单且易于微型化的装置捕获环境能量进而转化为电能。其中，利用压电材料的正压电效应特性可以将运动部件的机械能转化为电能，是一种有效的能量收集方法。压电材料制成的发电装置因具有结构简单、不发热、无电磁干扰、无污染、易于加工制作和机构的微小化、集成化等诸多优点，特别是对于外界微能量的采集。由于门窗等相关的开闭式结构在日常生活中有着及其广泛的应用，以至于在其使用过程中会产生大量的驱动机械能，因此对这类能量的收集和利用将为社会带来非常积极的经济效益，具有较大的实用价值。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。
图1为本发明的定轴转动门窗用压电振动发电装置的使用过程中的结构示意图；
图2为图1所示定轴转动门窗用压电振动发电装置的立体结构示意图；
图3为图1所示定轴转动门窗用压电振动发电装置的压电悬臂梁和第一方形永磁体的配合关系示意图；
图中：固定底座1，压电悬臂梁2，压电陶瓷21，铍青铜弹性基片22，第三方形永磁体23，第一方形永磁体3，圆柱导轨4，移动滑块5，第二方形永磁体6，驱动连杆7，压电悬臂梁夹具8，固定铰链9，墙体10，门11。
具体实施方式
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明。但是本发明能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似改进，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。
需要说明的是，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
如图1所举实际应用案例所示，此装置可以根据外界实际环境选择胶粘的固定方式，并且安装位置及方向也可以进行合理调整。
请参阅图1-图3，本发明提供了一种定轴转动门窗用压电振动发电装置，所述定轴转动门窗用压电振动发电装置包括固定底座1、压电悬臂梁2、第一方形永磁体3、圆柱导轨4、移动滑块5、第二方形永磁体6、驱动连杆 7、压电悬臂梁夹具8以及固定铰链9，所述固定底座1、圆柱导轨4、移动滑块5、第二方形永磁体6、驱动连杆7以及固定铰链9构成机械驱动部分，所述机械驱动部分的一端通过固定铰链9与定轴转动的开闭式结构连接，所述机械驱动部分的另一端通过固定铰链9固定于固定底座1上，所述固定底座1的一侧安装于外部固定结构上，所述固定底座的另一侧通过固定铰链9与所述开闭式结构连接，所述圆柱导轨4通过所述固定铰链9安装在所述固定底座1上，所述移动滑块5与所述驱动连杆7铰接并安装于所述圆柱导轨4上，所述第二方形永磁体6设于所述移动滑块的侧部，所述压电悬臂梁2、第一方形永磁体3、压电悬臂梁夹具8构成能量转化收集部分，所述第一方形永磁体设于所述压电悬臂梁上，所述能量转化收集部分是由多个压电悬臂梁夹具8将压电悬臂梁2固定在所述圆柱导轨4两侧。
在本实施方式中，所述第二方形永磁体的设置数量为两个，两个所述第二方形永磁体分别设于所述移动滑块的相对两侧，其中一个所述第二方形永磁体邻近一侧的所述第一方形永磁体，其中另一个所述第二方形永磁体邻近另一侧的所述第一方形永磁体。
在本实施方式中，所述移动滑块通过中心通孔安装在所述圆柱导轨上。
在本实施方式中，所述压电悬臂梁2的设置数量为多个，多个所述压电悬臂梁2位于所述圆柱导轨的两侧，且两侧的所述压电悬臂梁的设置数量相等，每一个所述压电悬臂梁上设有第一方形永磁体，所述第一方形永磁体朝向所述移动滑块。
在本实施方式中，每一个所述压电悬臂梁包括铍青铜弹性基片22和设于所述铍青铜弹性基片上的压电陶瓷21，所述铍青铜弹性基片上靠近所述压电陶瓷的一端为用于被所述压电悬臂梁夹具夹持的夹持端，所述铍青铜弹性基片上远离所述压电陶瓷的一端为自由端，所述第一方形永磁体设于所述铍青铜弹性基片的自由端上，所述压电陶瓷位于所述铍青铜弹性基片的相对两侧。
在本实施方式中，每一个所述压电悬臂梁还包括设于所述铍青铜弹性基片上的第三方形永磁体，所述第三方形永磁体位于所述铍青铜弹性基片的相对两侧，且设置位置位于所述第一方形永磁体和所述压电陶瓷之间。
所述方形永磁铁贴于压电悬臂梁自由端及两侧，自由端的永磁体与YZ面平行且与所述移动滑块所贴永磁体同名磁极面两两正对，两侧永磁体贴于压电悬臂梁两侧且与相邻压电悬臂梁相邻面所贴永磁体同名磁极面两两正对。压电悬臂梁2的数量及间距可以按需调整。由于压电陶瓷21硬而脆，故将其粘贴于金属基体上构成压电振子。实际应用中，压电振子存在很多种支撑方式，其中压电悬臂梁2的支撑方式具有共振频率较低和柔顺系数较大的特点，比较适合于压电能量收集领域。
多个固定压电悬臂梁通过电学串联或者电学并联后与后续充电控制电路连接。所述多个压电悬臂梁的间距根据磁体磁力合理放置，以保证永磁体之间有较好的磁力效果。所述固定底座和固定铰链的位置可以根据不同门窗的尺寸规格合理的调整安装，并且以胶粘的方式安装固定，以保证不破坏外界环境的情况下实现便捷灵活的安装，从而适应不同的实际环境。
具体的，固定底座1的一侧安装于外部墙体10上，另一侧通过固定铰链9与门11等开闭式结构连接，圆柱导轨4通过固定铰链9安装在固定底座1上且方向与Y轴平行，移动滑块5与驱动连杆7铰接并安装于圆柱导轨4上。
通过固定压电悬臂梁夹具8装夹压电悬臂梁2使其方向平行于X轴依次并排安装于圆柱导轨4两侧，压电悬臂梁2的数量及间距可以按需调整。
当外界环境对门11施加外力使其开闭时，外部能量通过驱动连杆7传递到移动滑块5处，使得滑块5在导轨4上做往复直线运动，此时位于滑块5上的永磁铁6被迫随着滑块一起做往复直线运动，当移动滑块所粘永磁体6与压电悬臂梁2自由端永磁体3同名磁极面两两正对时，俩个永磁体产生的斥力会使以铍青铜弹性材料22为基体的压电悬臂梁产生弹性形变及振动。与此同时，形变及振动通过相邻压电悬臂梁两侧所贴的正对磁体同名磁极面传递，实现了多个压电悬臂梁的联动作用，大大提高发电效率。多个悬臂梁经电学串联或者电学并联后与后续充电控制电路连接。此装置巧妙地利用压电材料的正压电效应，将外界能量收集并转化为电能，实现了压电发电特性。
本发明的定轴转动门窗用压电振动发电装置，通过将压电材料的正压电效应及曲柄滑块机构的运动特性有效结合，合理有效的利用了日常生活中被人们忽视的能量；利用压电悬臂梁之间的联动作用产生振动，使得采集的电能量更加充足，进一步提高了发电效率；引入滑块，巧妙的将圆周运动转化为直线运动，使得装置结构紧凑，空间利用率高，实用性强。此外，该装置将环境中的机械能转换为电能，可以实现一些低功耗的元器件或设备长期供能，是一种无污染的清洁能源，具有较大的研究及应用价值。
本发明的定轴转动门窗用压电振动发电装置，科研人员就把生活中普遍存在的能量用于新型发电中，并使用结构简单且易于微型化的装置捕获环境能量进而转化为电能。其中，利用压电材料的正压电效应特性可以将运动部件的机械能转化为电能，是一种有效的能量收集方法。压电材料制成的发电装置因具有结构简单、不发热、无电磁干扰、无污染、易于加工制作和机构的微小化、集成化等诸多优点，特别是对于外界微能量的采集。由于门窗等相关的开闭式结构在日常生活中有着及其广泛的应用，以至于在其使用过程中会产生大量的驱动机械能，因此对这类能量的收集和利用将为社会带来非常积极的经济效益，具有较大的实用价值。
上述实施例仅表达了本发明的实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。
Claims (6)
1.一种定轴转动门窗用压电振动发电装置，其特征在于：所述定轴转动门窗用压电振动发电装置包括固定底座、压电悬臂梁、第一方形永磁体、圆柱导轨、移动滑块、第二方形永磁体、驱动连杆 、压电悬臂梁夹具以及固定铰链，所述固定底座、所述圆柱导轨、所述移动滑块、所述第二方形永磁体、所述驱动连杆以及所述固定铰链构成机械驱动部分，所述机械驱动部分的一端通过所述固定铰链与定轴转动的开闭式结构连接，所述机械驱动部分的另一端通过所述固定铰链固定于所述固定底座上，所述固定底座的一侧安装于外部固定结构上，所述固定底座的另一侧通过所述固定铰链与所述开闭式结构连接，所述圆柱导轨通过所述固定铰链安装在所述固定底座上，所述移动滑块与所述驱动连杆铰接并安装于所述圆柱导轨上，所述第二方形永磁体设于所述移动滑块的侧部，所述压电悬臂梁、所述第一方形永磁体、所述压电悬臂梁夹具构成能量转化收集部分，所述第一方形永磁体设于所述压电悬臂梁上，所述能量转化收集部分是由多个所述压电悬臂梁夹具将所述压电悬臂梁固定在所述圆柱导轨两侧。
2.如权利要求1所述的定轴转动门窗用压电振动发电装置，其特征在于：所述第二方形永磁体的设置数量为两个，两个所述第二方形永磁体分别设于所述移动滑块的相对两侧，其中一个所述第二方形永磁体邻近一侧的所述第一方形永磁体，其中另一个所述第二方形永磁体邻近另一侧的所述第一方形永磁体。
3.如权利要求2所述的定轴转动门窗用压电振动发电装置，其特征在于：所述移动滑块通过其中心通孔安装在所述圆柱导轨上。
4.如权利要求3所述的定轴转动门窗用压电振动发电装置，其特征在于：所述压电悬臂梁的设置数量为多个，多个所述压电悬臂梁位于所述圆柱导轨的两侧，且两侧的所述压电悬臂梁的设置数量相等，每一个所述压电悬臂梁上设有所述第一方形永磁体，所述第一方形永磁体朝向所述移动滑块。
5.如权利要求4所述的定轴转动门窗用压电振动发电装置，其特征在于：每一个所述压电悬臂梁包括铍青铜弹性基片和设于所述铍青铜弹性基片上的压电陶瓷，所述铍青铜弹性基片上靠近所述压电陶瓷的一端为用于被所述压电悬臂梁夹具夹持的夹持端，所述铍青铜弹性基片上远离所述压电陶瓷的一端为自由端，所述第一方形永磁体设于所述铍青铜弹性基片的自由端上，所述压电陶瓷位于所述铍青铜弹性基片的相对两侧。
6.如权利要求5所述的定轴转动门窗用压电振动发电装置，其特征在于：每一个所述压电悬臂梁还包括设于所述铍青铜弹性基片上的第三方形永磁体，所述第三方形永磁体位于所述铍青铜弹性基片的相对两侧，且设置位置位于所述第一方形永磁体和所述压电陶瓷之间。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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