一种基于压电片的风力水力发电装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种基于压电片的风力水力发电装置，具体涉及一种利用水和风的动能推动螺旋桨，使压电片往复发生弯曲变形从而产生电能的发电装置。提出了一种基于压电片、悬臂梁、螺旋桨结构的发电装置。该装置可以在贴有压电片的悬臂梁上施加持续高频的激励，使压电片产生足够的电压。包括螺旋桨1、转动轴2、内环4、外环5、固定轴9、多个连杆3以及多个连接在外环5内壁上的发电单元；所述发电单元包括弹性金属薄片8以及贴敷在金属薄片8上的压电片7。一方面，本案中的发电单元整体结构尺寸小，布局方便，易于生产、制造，加工成本也更低。另一方面，本案可直接适用于风力或水力发电的复杂户外环境中，具有适用范围广、使用效果好等优点。

【技术实现步骤摘要】
一种基于压电片的风力水力发电装置
本专利技术涉及一种利用水力和风能的发电装置，具体涉及一种利用水和风的动能推动螺旋桨，使压电片往复发生弯曲变形从而产生电能的发电装置。
技术介绍
正压电效应是指由于形变而产生电极化的现象。当对压电材料施以物理压力时，材料体内之电偶极矩会因压缩而变短，此时压电材料为抵抗这变化会在材料相对的表面上产生等量正负电荷，以保持原状。这种由于形变而产生电极化的现象称为“正压电效应”。利用正压电效应可以将机械能转化为电能。当粘贴在悬臂梁上下表面的压电片随悬臂梁的弯曲发生变形时，在压电片上面表面安装电极，两个电极之间可以产生电压和电荷。在悬臂梁末端施加一个简谐激励，压电片因为弯曲变形就能不断产生稳定电压。目前发电装置有很多，但是随着新材料的发展，利用压电材料的正压电效应将机械能转化为电能的技术在近年来得到越来越高的重视。传统的压电片和悬臂梁发电结构存在以下问题：一、没有稳定的外力来源，利用人体和物体的运动在悬臂梁结构上往往没办法产生持续的高频激励；二、施加在悬臂梁上的外力频率太低，对于压电片来说，外部激励的频率越高产生的电能效率越高；三、生活中的振动源无法提供足够大的力，压电片的变形量小。对此，国家局于2019年4月9日公告了一份名为“双晶扭振梁单元压电发电机”、申请号为“201821460556.9”的中国技术专利，该案提出在双晶扭振梁上设置压电片，从而在受到双晶扭振梁扭转弹性剪切作用下，发生逐渐增大的扭振剪切变形，产生电流，用于风力发电或供给家庭使用亦或给各种玩具、手机充电等。r>然而，其一，该专利中运用的是压电片扭转变形产生的电荷，扭转变形使压电片寿命下降，且该装置压电片受到激励频率和转子频率相同，频率过低。其二，该案需要尺寸较大的双晶扭振梁，其中压电片的长度也较长，不仅不易于生产、制造，对此类设备的生产成本也带来了极大的负担；同时，过长的压电片，随着使用时间的延长，其也将极易出现损坏。其三，该案整体结构尺寸大、轴向长度大、难以密封，因此，也并不适合户外的复杂环境，很难适用于风力或水力发电的环境中。
技术实现思路
本专利技术针对以上问题，提出了一种基于压电片、悬臂梁、螺旋桨结构的发电装置。该装置可以在贴有压电片的悬臂梁上施加持续高频的激励，使压电片产生足够的电压。本专利技术的技术方案为：包括螺旋桨1、转动轴2、内环4、外环5、固定轴9、多个连杆3以及多个连接在外环5内壁上的发电单元；所述外环5以及固定轴9均固定连接在基座上，所述转动轴2套接所述固定轴9，所述螺旋桨1固定连接在转动轴2上，通过螺旋桨1带动转动轴2旋转；所述转动轴2、内环4、外环5三者同轴心，所述内环4处于转动轴2和外环5之间、且通过多个连杆3与转动轴2固定相连；所述发电单元包括弹性金属薄片8以及贴敷在金属薄片8上的压电片7；多个所述发电单元均布在内环4和外环5之间，所述发电单元中弹性金属薄片8的根部固定连接在外环5的内壁上、且弹性金属薄片8的头部与内环4之间留有间隙，所述内环4的外壁上还固定连接有多个用于拨动弹性金属薄片8的突起点6。所述风力水力发电装置还包括固定连接在外环5两端的挡板10，所述挡板10呈环形，所述挡板10的外缘与外环5的端口固定相连、且二者之间保持密封，所述挡板10的内缘与内环4的端口之间通过油封相连接，使得挡板10和内环4也保持密封。多个所述发电单元均沿外环5的径向设置。所述螺旋桨1、转动轴2、内环4、外环5、固定轴9、连杆3以及挡板10由塑料、树脂或者金属制成。所述风力水力发电装置具有多个，多个风力水力发电装置依次串联，相邻风力水力发电装置中的外环依次固定相连、且邻风力水力发电装置中的内环也依次固定相连。本专利技术在有水流或气流穿过内环时，将迅速推动螺旋桨旋转，从而通过连杆带动内环4旋转，使其相对外环5做旋转运动；使得内环外侧的突起点将有节律地拨动固定在外环内壁上的弹性金属薄片，从而使金属薄片不断的弯曲变形，进而带动压电片产生电能，并可通过电路被储能装置储存。而在外部激励频率低的地方可布置更多突起点6和发电单元。本专利技术采用的压电片在长度方向进行拉伸和弯曲变形产生电荷，区别于现有技术中压电片因扭转变形产生电荷，一方面，本案中的发电单元整体结构尺寸小，布局方便，易于生产、制造，加工成本也更低。另一方面，本案可直接适用于风力或水力发电的复杂户外环境中，具有适用范围广、使用效果好等优点。此外，由于螺旋桨结构的发电装置运用成熟，所以根据本专利技术的结构特点，对原有装置稍加改进就能实现更大的发电效率。附图说明图1是本案的结构示意图，图2是本案的内部结构示意图一，图3是本案的内部结构示意图二，图4是本案的内部结构示意图三，图5是压电片的装配结构示意图，图6是通过有限元仿真得到的压电片终端电压随频率变化曲线；图中1为螺旋桨，2为转动轴，3为连杆，4为内环，5为外环，6为突起点，7为压电片，8为弹性金属薄片，9为固定轴，10为挡板。具体实施方式为能清楚说明本专利的技术特点，下面通过具体实施方式，并结合其附图，对本专利进行详细阐述。本专利技术的工作原理如下所述：如图5所示，两个长100mm，宽50mm的压电片贴附在悬臂梁两面，当悬臂梁末端受到简谐激励时，压电片两极产生的电压如图6所示。如果简谐激励的频率为180Hz，压电片将产生近7500V的电压。而在别的频率下也能获得较高的电压。类似的，将几十个甚至几百个悬臂梁环向安装在同一平面，当螺旋桨被风力和水力推着转动时，可以带动内环旋转，内环上的突起会不断拨动每一个悬臂梁，悬臂梁不断往复弯曲变形，压电片就可以产生电能。当达到某一频率时，还可以产生非常高的电压。环向布置更多倍的压电悬臂梁使得风扇转一圈，压电悬臂梁所受振动频率更高。稳定的高频振动有利于压电片输出电流。本专利技术的结构如图1-4所示，包括螺旋桨1、转动轴2、内环4、外环5、固定轴9、多个连杆3以及多个连接在外环5内壁上的发电单元；所述外环5以及固定轴9均固定连接在基座上，所述转动轴2套接所述固定轴9，所述螺旋桨1固定连接在转动轴2上，通过螺旋桨1带动转动轴2旋转；所述转动轴2、内环4、外环5三者同轴心，所述内环4处于转动轴2和外环5之间、且通过多个连杆3与转动轴2固定相连；这样，当有水流或气流穿过内环时，将迅速推动螺旋桨旋转，从而通过连杆带动内环4旋转，使其相对外环5做旋转运动；所述发电单元包括弹性金属薄片8以及贴敷在金属薄片8上的压电片7；形成悬臂梁结构，实际使用时将压电片上下表面的电极连接至外接的电能储存装置，以便于电能回收；多个所述发电单元均布在内环4和外环5之间，所述发电单元中弹性金属薄片8的根部固定连接在外环5的内壁上、且弹性金属薄片8的头部与内环4之间留有间隙，所述内环4的外壁上还固定连接有多个用于拨动弹性金属薄片8的突起点6。这样，当内环和外环5做相对旋转运动时，内环外侧的突起点将有节律地拨本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于压电片的风力水力发电装置，其特征在于，包括螺旋桨（1）、转动轴（2）、内环（4）、外环（5）、固定轴（9）、多个连杆（3）以及多个连接在外环（5）内壁上的发电单元；/n所述外环（5）以及固定轴（9）均固定连接在基座上，所述转动轴（2）套接所述固定轴（9），所述螺旋桨（1）固定连接在转动轴（2）上，通过螺旋桨（1）带动转动轴（2）旋转；所述转动轴（2）、内环（4）、外环（5）三者同轴心，所述内环（4）处于转动轴（2）和外环（5）之间、且通过多个连杆（3）与转动轴（2）固定相连；/n所述发电单元包括弹性金属薄片（8）以及贴敷在金属薄片（8）上的压电片（7）；/n多个所述发电单元均布在内环（4）和外环（5）之间，所述发电单元中弹性金属薄片（8）的根部固定连接在外环（5）的内壁上、且弹性金属薄片（8）的头部与内环（4）之间留有间隙，所述内环（4）的外壁上还固定连接有多个用于拨动弹性金属薄片（8）的突起点（6）。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于压电片的风力水力发电装置，其特征在于，包括螺旋桨（1）、转动轴（2）、内环（4）、外环（5）、固定轴（9）、多个连杆（3）以及多个连接在外环（5）内壁上的发电单元；
所述外环（5）以及固定轴（9）均固定连接在基座上，所述转动轴（2）套接所述固定轴（9），所述螺旋桨（1）固定连接在转动轴（2）上，通过螺旋桨（1）带动转动轴（2）旋转；所述转动轴（2）、内环（4）、外环（5）三者同轴心，所述内环（4）处于转动轴（2）和外环（5）之间、且通过多个连杆（3）与转动轴（2）固定相连；
所述发电单元包括弹性金属薄片（8）以及贴敷在金属薄片（8）上的压电片（7）；
多个所述发电单元均布在内环（4）和外环（5）之间，所述发电单元中弹性金属薄片（8）的根部固定连接在外环（5）的内壁上、且弹性金属薄片（8）的头部与内环（4）之间留有间隙，所述内环（4）的外壁上还固定连接有多个用于拨动弹性金属薄片（8）的突起点（6）。


2.根据权利要求1所述的一种基...

【专利技术属性】
技术研发人员：何欢，王陶，何晋丞，谭星，吴新海，
申请(专利权)人：南京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32