本發(fā)明專利技術(shù)公開了一種壓電發(fā)電裝置，由渦輪轉(zhuǎn)子組件、壓電圈組件、滾柱組件構(gòu)成，所述的渦輪轉(zhuǎn)子組件包括渦輪葉片、轉(zhuǎn)軸構(gòu)成，由渦輪葉片轉(zhuǎn)動帶動轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)，渦輪葉片固定在轉(zhuǎn)軸的一端。本發(fā)明專利技術(shù)采用軸承式的外圈是柔性的壓電圈，滾柱對其擠壓即可使其變形，當(dāng)壓電單元不斷增加，就會使得輸出的電壓波動減小，從而不用經(jīng)過整流和濾波就能產(chǎn)生平穩(wěn)的準直流輸出克服了由離心力來提供撞擊的裝置，在高速流體作用下會產(chǎn)生離心力過大而緊貼壓電振子而失效。
【技術(shù)實現(xiàn)步驟摘要】
本專利技術(shù)屬于風(fēng)力發(fā)電和水力發(fā)電領(lǐng)域，特別是一種壓電發(fā)電裝置。
技術(shù)介紹
利用自然界風(fēng)能和水能進行發(fā)電，為各種戶外設(shè)施進行自供電的系統(tǒng)符合當(dāng)今節(jié)能、環(huán)保、低碳的發(fā)展趨勢，在工業(yè)監(jiān)控、智能交通、智能電網(wǎng)、礦山安全、環(huán)境監(jiān)測、平安家居、醫(yī)療保健等領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。 美國的Priya采用壓電器件設(shè)計制造了一種小型風(fēng)力發(fā)電機USl 1/252903。可在時速8 16公里的風(fēng)力驅(qū)動下發(fā)電。發(fā)電機的槳葉連到凸輪上，使圍繞軸排成圓形的一系列雙壓電晶片產(chǎn)生振蕩，從而輸出電能。該方案具有兩個缺點一是壓電雙晶片每一次轉(zhuǎn)動都 與凸輪碰撞，摩擦，因此產(chǎn)生磨損，造成能量損失，同時降低使用壽命。二是在風(fēng)速較低時，槳葉與凸輪不會脫離，壓電雙晶片保持一定的彎曲狀態(tài)不變，此時不再發(fā)電。由NEC TOKIN與日本Heardea聯(lián)合開發(fā)、配備采用壓電轉(zhuǎn)換元件的發(fā)電裝置的新型道路標識在日本試運行。其原理就是通過置于環(huán)形槽內(nèi)鋼球的滾動，撞擊壓電元件來發(fā)電。該裝置設(shè)置在交通量大的公路隧道內(nèi)，可利用汽車駛過時產(chǎn)生的氣流驅(qū)動標識旋轉(zhuǎn)。鋼球位于由壓電轉(zhuǎn)換元件分隔成的環(huán)形通道中，標識轉(zhuǎn)動時鋼球就會在通道中運動，撞擊通道兩端的壓電元件，使壓電元件輸出電荷。這種方案的主要缺點是，當(dāng)車連續(xù)駛過而產(chǎn)生強烈的風(fēng)時標識就會高速轉(zhuǎn)動，從而使鋼球緊貼著壓電轉(zhuǎn)換元件運動，壓電元件得不到交變的壓力作用，就不能發(fā)電了。
技術(shù)實現(xiàn)思路
本專利技術(shù)的目的在于提供一種利用壓電材料收集流體動能的高效、適用范圍廣的壓電發(fā)電裝置。實現(xiàn)本專利技術(shù)目的的技術(shù)解決方案為一種壓電發(fā)電裝置，由渦輪轉(zhuǎn)子組件、壓電圈組件、滾柱組件構(gòu)成，所述的渦輪轉(zhuǎn)子組件包括渦輪葉片、轉(zhuǎn)軸構(gòu)成，由渦輪葉片轉(zhuǎn)動帶動轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)，渦輪葉片固定在轉(zhuǎn)軸的一端；壓電圈組件由壓電材料、第一電極、第二電極、第一導(dǎo)線、第二導(dǎo)線組成，第一電極、第二電極涂在壓電材料的兩面形成壓電片，第一導(dǎo)線的一端與軸承外圈連接，第二導(dǎo)線的一端與第二電極連接，第一導(dǎo)線、第二導(dǎo)線各自引出的另一端與負載連接，該壓電片粘貼在彈性片上形成壓電單元，由于所形成的壓電單元為柔性體，可將其按盒體的內(nèi)圓形狀貼緊并圍成一圈，壓電單元始終與滾柱保持接觸，盒蓋緊固于盒體上，壓電單元、盒蓋和盒體始終保持靜止?fàn)顟B(tài)，而轉(zhuǎn)軸靠軸承穿過盒蓋和盒體的中心位置并實現(xiàn)轉(zhuǎn)動；滾柱組件包括轉(zhuǎn)動盤、滾柱和保持架構(gòu)成，由轉(zhuǎn)動盤和保持架將滾柱進行限位，滾柱本身可以自行轉(zhuǎn)動，轉(zhuǎn)動盤固定在轉(zhuǎn)軸的中間并且轉(zhuǎn)動盤和保持架間隙配合，使得保持架形成浮空狀態(tài)，在轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動下，使得轉(zhuǎn)動盤、滾柱和保持架繞著轉(zhuǎn)軸軸心一起轉(zhuǎn)動。本專利技術(shù)與現(xiàn)有技術(shù)相比，其顯著優(yōu)點(I)采用軸承式的外圈是柔性的壓電圈，滾柱對其擠壓即可使其變形，當(dāng)壓電單元不斷增加，就會使得輸出的電壓波動減小，從而不用經(jīng)過整流和濾波就能產(chǎn)生平穩(wěn)的準直流輸出；(2)克服了由離心力來提供撞擊的裝置，在高速流體作用下會產(chǎn)生離心力過大而緊貼壓電振子而失效；(3)可以根據(jù)安裝不同滾柱數(shù)量來調(diào)節(jié)不同的性能，從而使得其變化范圍大大增加，從而可以更好因地因時安裝不同型號的該裝置；(4)利用壓電效應(yīng)，從空氣或其他流體的運動中收集能量，轉(zhuǎn)化為電能，是一種小型風(fēng)力發(fā)電或水力發(fā)電裝置，可用于戶外使用的小型設(shè)備或設(shè)施的自供電。在很小和較大的風(fēng)速情況下都可以發(fā)電，具有廣泛的適應(yīng)性。下面結(jié)合附圖對本專利技術(shù)作進一步詳細描述。附圖說明圖I是本專利技術(shù)壓電發(fā)電裝置的主視圖(圖Ia)和左視圖(圖lb)。圖2是本專利技術(shù)壓電發(fā)電裝置俯視圖(圖2a)和局部放大圖(圖2b)。具體實施例方式結(jié)合圖I (圖la、圖Ib)和圖2 (圖2a、圖2b)，本專利技術(shù)電壓可調(diào)的壓電發(fā)電裝置，由渦輪轉(zhuǎn)子組件、壓電圈組件、滾柱組件構(gòu)成，所述的渦輪轉(zhuǎn)子組件包括渦輪葉片7、轉(zhuǎn)軸6構(gòu)成，渦輪葉片7固定在轉(zhuǎn)軸6的一端，由渦輪葉片7轉(zhuǎn)動帶動轉(zhuǎn)軸6旋轉(zhuǎn)； 滾柱組件包括轉(zhuǎn)動盤4、滾柱2和保持架3構(gòu)成，由轉(zhuǎn)動盤4和保持架3將滾柱2進行限位，滾柱2本身自行轉(zhuǎn)動，轉(zhuǎn)動盤4固定在轉(zhuǎn)軸6的中間并且轉(zhuǎn)動盤4和保持架3間隙配合，使得保持架3形成浮空狀態(tài)，在轉(zhuǎn)軸6轉(zhuǎn)動下，使得轉(zhuǎn)動盤4、滾柱2和保持架3繞著轉(zhuǎn)軸6軸心一起轉(zhuǎn)動； 壓電圈組件由壓電材料9、第一電極10、第二電極11、第一導(dǎo)線13、第二導(dǎo)線14組成，第一電極10、第二電極11涂在壓電材料9的兩面形成壓電片，第一導(dǎo)線13的一端與軸承15外圈連接，第二導(dǎo)線14的一端與第二電極11連接，第一導(dǎo)線13、第二導(dǎo)線14各自引出的另一端與負載12連接，該壓電片粘貼在彈性片8上形成壓電單元，將壓電單元按盒體I的內(nèi)圓形狀貼緊并圍成一圈形成壓電圈，壓電單元始終與滾柱2保持接觸，盒蓋5緊固于盒體I上，壓電單元、盒蓋5和盒體I始終保持靜止?fàn)顟B(tài)，而轉(zhuǎn)軸6靠軸承15穿過盒蓋5和盒體I的中心位置并實現(xiàn)轉(zhuǎn)動。以渦輪葉片7、轉(zhuǎn)軸6、保持架3和轉(zhuǎn)動盤4水平為工作安裝狀態(tài)，流體流動驅(qū)動渦輪轉(zhuǎn)子組件和滾柱組件旋轉(zhuǎn)，滾柱2在保持架3和轉(zhuǎn)動盤4作用，在壓電圈中運動，軸承式的外圈壓電圈是柔性的，滾柱對其擠壓即可使其變形，進而使壓電材料9所被第一電極10、第二電極11上產(chǎn)生電荷，經(jīng)第一導(dǎo)線13、第二導(dǎo)線14輸出到負載12，實現(xiàn)流體動能轉(zhuǎn)化為電能。滾柱2為2個以上，大小相等。本專利技術(shù)渦輪葉片7將空氣或水流的動能轉(zhuǎn)化為轉(zhuǎn)軸6轉(zhuǎn)動的動能，從而帶動轉(zhuǎn)動盤4的轉(zhuǎn)動。由轉(zhuǎn)動盤4和保持架3將滾柱2進行限位，滾柱2本身可以自行轉(zhuǎn)動，而轉(zhuǎn)動盤4和保持架3間隙配合，使得保持架3形成浮空狀態(tài)，在轉(zhuǎn)軸I轉(zhuǎn)動下，使得轉(zhuǎn)動盤4、滾柱2和保持架3繞著轉(zhuǎn)軸I軸心一起轉(zhuǎn)動，滾柱2對固定在盒體I內(nèi)圈的柔性的壓電振子形成的壓電圈進行擠壓即可使其變形，產(chǎn)生壓電效應(yīng)，進而使壓電材料9由第一電極10、第二電極11上產(chǎn)生電荷，經(jīng)第一電極10、第二電極11和第一導(dǎo)線13、第二導(dǎo)線14輸出到負載12，在與負載12構(gòu)成的回路中形成電流，最終將氣流或水流的動能轉(zhuǎn)化為電能。負載12為發(fā)光二級管、無線傳感器、整流濾波電路、蓄電池、電容或揚聲器 。權(quán)利要求1.一種電壓可調(diào)的壓電發(fā)電裝置，其特征在于由渦輪轉(zhuǎn)子組件、壓電圈組件、滾柱組件構(gòu)成，所述的渦輪轉(zhuǎn)子組件包括渦輪葉片(7)、轉(zhuǎn)軸(6)構(gòu)成，渦輪葉片(7)固定在轉(zhuǎn)軸(6)的一端，由渦輪葉片(7)轉(zhuǎn)動帶動轉(zhuǎn)軸(6)旋轉(zhuǎn)；滾柱組件包括轉(zhuǎn)動盤(4)、滾柱(2)和保持架(3)構(gòu)成，由轉(zhuǎn)動盤(4)和保持架(3)將滾柱(2)進行限位，滾柱(2)本身自行轉(zhuǎn)動，轉(zhuǎn)動盤(4)固定在轉(zhuǎn)軸(6)的中間并且轉(zhuǎn)動盤(4)和保持架(3)間隙配合，使得保持架(3)形成浮空狀態(tài)，在轉(zhuǎn)軸(6 )轉(zhuǎn)動下，使得轉(zhuǎn)動盤(4)、滾柱(2 )和保持架(3 )繞著轉(zhuǎn)軸(6 )軸心一起轉(zhuǎn)動； 壓電圈組件由壓電材料(9)、第一電極(10)、第二電極(11)、第一導(dǎo)線(13)、第二導(dǎo)線(14)組成，第一電極(10)、第二電極(11)涂在壓電材料(9)的兩面形成壓電片，第一導(dǎo)線(13)的一端與軸承(15)外圈連接，第二導(dǎo)線(14)的一端與第二電極(11)連接，第一導(dǎo)線(13)、第二導(dǎo)線(14)各自引出的另一端與負載(12)連接，該壓電片粘貼在彈性片(8)上形成壓電單元，將壓電單元按盒體(I)的內(nèi)圓形狀貼緊并圍成一圈形成壓電圈，壓電單元始終與滾柱(2)保持接觸，盒蓋(5)緊固于盒體(I)上，壓電單元、盒蓋(5)和盒本文檔來自技高網(wǎng)...
【技術(shù)保護點】
一種電壓可調(diào)的壓電發(fā)電裝置，其特征在于：由渦輪轉(zhuǎn)子組件、壓電圈組件、滾柱組件構(gòu)成，所述的渦輪轉(zhuǎn)子組件包括渦輪葉片（7）、轉(zhuǎn)軸（6）構(gòu)成，渦輪葉片（7）固定在轉(zhuǎn)軸（6）的一端，由渦輪葉片（7）轉(zhuǎn)動帶動轉(zhuǎn)軸（6）旋轉(zhuǎn)；滾柱組件包括轉(zhuǎn)動盤（4）、滾柱（2）和保持架（3）構(gòu)成，由轉(zhuǎn)動盤（4）和保持架（3）將滾柱（2）進行限位，滾柱（2）本身自行轉(zhuǎn)動，轉(zhuǎn)動盤（4）固定在轉(zhuǎn)軸（6）的中間并且轉(zhuǎn)動盤（4）和保持架（3）間隙配合，使得保持架（3）形成浮空狀態(tài)，在轉(zhuǎn)軸（6）轉(zhuǎn)動下，使得轉(zhuǎn)動盤（4）、滾柱（2）和保持架（3）繞著轉(zhuǎn)軸（6）軸心一起轉(zhuǎn)動；壓電圈組件由壓電材料（9）、第一電極（10）、第二電極（11）、第一導(dǎo)線（13）、第二導(dǎo)線（14）組成，第一電極（10）、第二電極（11）涂在壓電材料（9）的兩面形成壓電片，第一導(dǎo)線（13）的一端與軸承（15）外圈連接，第二導(dǎo)線（14）的一端與第二電極（11）連接，第一導(dǎo)線（13）、第二導(dǎo)線（14）各自引出的另一端與負載（12）連接，該壓電片粘貼在彈性片（8）上形成壓電單元，將壓電單元按盒體（1）的內(nèi)圓形狀貼緊并圍成一圈形成壓電圈，壓電單元始終與滾柱（2）保持接觸，盒蓋（5）緊固于盒體（1）上，壓電單元、盒蓋（5）和盒體（1）始終保持靜止?fàn)顟B(tài)，而轉(zhuǎn)軸（6）靠軸承（15）穿過盒蓋（5）和盒體（1）的中心位置并實現(xiàn)轉(zhuǎn)動。...
【技術(shù)特征摘要】
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：楊穎，金家楣，沈欽龍，
申請(專利權(quán))人：南京航空航天大學(xué)，
類型：發(fā)明
國別省市：
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