风力带动旋转式压电发电充电器制造技术

本发明专利技术属于新能源技术领域，涉及一种风力带动旋转式压电发电充电器，用于收集环境中的风能并将其转换为电能。旋转式压电发电充电器由旋转式压电发电装置，接口处理电路，可充电电池组成。在旋转式压电发电装置中，压电晶体层与金属中性层构成压电双晶梁，压电双晶梁围绕主轴呈圆周阵列分布，并通过夹具固定在电机主体上。接口处理电路由整流电路，电压规整电路，电池充电电路构成。压电发电充电器的结构简单，造价便宜，清洁无污染。采用的接口处理电路所需外围电子元器件数目较少，符合低功耗设计原则，易于集成，并且具有过充电、过放电保护功能，电路稳定性较高。适用于低速风能，可与传感器节点搭配使用。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术属于新能源
，涉及一种风力带动旋转式压电发电充电器，用于收集环境中的风能并将其转换为电能。旋转式压电发电充电器由旋转式压电发电装置，接口处理电路，可充电电池组成。在旋转式压电发电装置中，压电晶体层与金属中性层构成压电双晶梁，压电双晶梁围绕主轴呈圆周阵列分布，并通过夹具固定在电机主体上。接口处理电路由整流电路，电压规整电路，电池充电电路构成。压电发电充电器的结构简单，造价便宜，清洁无污染。采用的接口处理电路所需外围电子元器件数目较少，符合低功耗设计原则，易于集成，并且具有过充电、过放电保护功能，电路稳定性较高。适用于低速风能，可与传感器节点搭配使用。【专利说明】风力带动旋转式压电发电充电器
本专利技术属于新能源
，涉及一种风力带动旋转式压电发电充电器，用于收集环境中的风能并将其转换为电能。
技术介绍
目前，能源危机日渐凸显其严峻性，给人们的日常生活造成了极大的不便，新能源技术成为缓解能源危机的有效手段受到人们的重视。人们对风能的利用历史悠久，其主要利用手段是建造大型风力发电站，并且所利用的风能多是高速状态下的风能，而低速状态下的风能利用往往被人们忽视。无线传感器网络技术在环境监测、建筑物安全监测、军事等方面都有重要的应用价值。目前，对无线传感器节点多采用电池供电，这种供电方式有主要缺点如下:电池容量限制了节点的使用寿命，在恶劣环境中更换困难。因此，为无线传感器节点设计一种持续有效的供能方案迫在眉睫。环境中存在着风能，风能是一种可再生资源。压电晶体具有压电效应，即对压电晶体施加一定压力时，压电晶体两端会产生电位差，因此压电材料被广泛应用于能量转换机构中。如，专利号102801203A，名称为“压电发电充电器”，专利技术人胡聪等，在该专利中，采用接触式的驱动方式使压电晶体产生振动，容易引起压电晶体脆裂，降低装置使用寿命。压电晶体作为能量转换机制具有结构简单、清洁无污染、使用寿命长、抗电磁干扰等优点。基于以上几点，本专利技术提出利用压电晶体作为中间换能机制，通过无接触的磁激励方式将环境中的低速风能转化为电能，并利用接口处理电路将电能储存在可反复充电的锂离子电池中，实现为无线传感器网络节点持续供能的设想。
技术实现思路
本专利技术的目的是克服现有技术的缺陷，专利技术一种风力带动旋转式压电发电充电器，充分利用环境中的低速风能为无线传感器节点永久供电，该电池充电器具有结构简单，造价便宜，清洁无污染的特点。本专利技术采用的技术方案是一种风力带动的旋转式压电发电充电器，其特征在于:旋转式压电发电充电器由旋转式压电发电装置，接口处理电路，可充电电池25组成；所述旋转式压电发电装置由风扇头1、风扇叶2、主轴3、永磁铁4、金属中性层5、转盘6、底座7、压电晶体层8、夹具9、电机支架10、电机固定螺母11、电机固定螺栓12、主轴固定支架13、电路控制箱14构成；其中，风扇头I与主轴采用键连接，主轴3通过轴承固定在主轴固定支架13上，转盘6通过连接键固定在主轴3上，电路控制箱14固定在底座7上；在金属中性层5的上下表面胶合两层压电晶体，两层压电晶体的极化方向相同，都垂直于金属中性层平面，并且两层压电晶体采用并联输出方式；压电晶体层8和金属中性层5构成压电双晶梁，压电双晶梁是压电发电装置的能源部分，压电双晶梁围绕主轴3呈圆周阵列分布，并通过夹具固定在电机主体上，在金属中性层5的末端以及晶体层8的末端引出电极；激振磁铁4绕主轴3圆周阵列，激振磁铁与转盘之间采用胶合或嵌入式固定方式；转盘6上激振磁铁的个数与压电双晶梁的个数相同，压电双晶梁上的端部磁铁与转盘6上的磁铁呈现斥力状态，并且在竖直方向上正对；电机主体通过电机固定螺栓12、电机固定螺母11固定在底座7上，电路控制箱14中放置接口处理电路和充电电池25 ；所述接口处理电路有整流电路，电压规整电路，电池充电电路三部分构成。其中，整流电路采用经整流桥后的并联输出方式，并联所得正极与两插针式接口 16中的I引脚相连，并联所得的负极与两插针式接口 16中的2引脚相连。经过全桥整流电路后并联输出的直流电源通过两插针式接口 16与电压规整电路相连；在电压规整电路中，两插针式接口 16的I引脚与MAX666集成芯片的输入正极17相连，两插针式接口 16的2引脚与MAX666集成芯片的输入负极18相连，MAX666集成芯片的输出负极19与TP4057集成芯片的输入负极22相连，MAX666集成芯片的输出正极20与TP4057集成芯片的输入正极22相连，TP4057集成芯片的输出正极24与可充电电池25的正极相连，TP4057集成芯片的输出负极23与可充电电池25的负极相连。整流电路输出的电流流入电压规整电路中，电压规整电路将幅值不等的直流电源整合成稳定的直流电源输入到电池充电电路中，电池充电电路负责对可充电电池进行充电，同时具有电池过充电及过放电保护功能。本专利技术的有益效果是本专利技术采用的接口处理电路结构简单，所需外围电子元器件数目较少，符合低功耗设计原则，易于集成，并且具有过充电、过放电保护功能，电路稳定性较高。适用于低速风能，可与传感器节点搭配使用，在理想情况下可以实现为传感器节点永久供电。利用磁铁之间的相互激振力使压电晶体产生振动，提高了装置抗疲劳磨损能力，优于接触式激振方式。【专利附图】【附图说明】附图1表示旋转式压电发电装置的结构图；附图2表示压电晶体的连接方式及整流电路原理图；附图3表示电压规整电路以及电池充电电路原理图；其中，1、风扇头；2、风扇叶；3、主轴；4、永磁铁；5、金属中性层；6、转盘；7、底座；8、压电晶体层；9、夹具；10、电机支架；11、电机固定螺母；12、电机固 定螺栓；13、主轴固定支架；14、电路控制箱；15、全桥整流电路；16、两插针式接口 ；17、MAX666集成芯片的输入正极；18、MAX666集成芯片的输入负极；19、MAX666集成芯片的输出负极，20、MAX666集成芯片的输出正极；21、TP4057集成芯片的输入正极；22、ΤΡ4057集成芯片的输入负极；23、ΤΡ4057集成芯片的输出负极；24、ΤΡ4057集成芯片的输出正极；25、可充电电池；26、电路板地极；S1、自动开关；S2、开关；LED1、绿色灯；1^02、红色灯；(:1、14?电容，02、1(^?电容，1?1、50(^ 电阻，R2、10KQ 电阻。【具体实施方式】下面结合附图和技术方案详细说明本专利技术的【具体实施方式】。一种风力带动的旋转式压电发电充电器由三部分组成:旋转式压电换能装置，接口处理电路和可充电电池。本专利技术的整体工作流程如下:旋转式压电换能装置通过压电晶体的压电效应将风能转化为电能，压电晶体受振动产生交流电源，交流电源经过全桥整流电路后转变为直流电源，因为风力大小不同，直流电源的幅值会不同，将幅值不同的直流电源输入电压规整电路中，可得到幅值一定的直流电源，锂离子电池在充电过程中需要特定的保护电路，防止过充电和过放电，因此设计了电池充电电路,从电压规整电路流出的电流经过电池充电电路,最终流入电池中储存起来。参照图1，旋转压电发电装置的结构图，该结构由以下几部分构成:风扇头1，风扇叶2，主轴3，永磁铁4，金属中性层5，转盘6，底座7，压电晶体层本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种风力带动的旋转式压电发电充电器，其特征在于：旋转式压电发电充电器由旋转式压电发电装置，接口处理电路，可充电电池（25）组成；所述旋转式压电发电装置由风扇头（1）、风扇叶（2）、主轴（3）、永磁铁（4）、金属中性层（5）转盘（6）、底座（7）、压电晶体层（8）、夹具（9）、电机支架（10）、电机固定螺母（11）、电机固定螺栓（12）、主轴固定支架（13）、电路控制箱（14）构成；在旋转式压电发电装置中，风扇头（1）与主轴采用键连接，主轴（3）通过轴承固定在主轴固定支架（13）上，转盘（6）通过连接键固定在主轴（3）上，电路控制箱（14）固定在底座（7）上；在金属中性层（5）的上下表面胶合两层压电晶体，两层压电晶体的极化方向相同，都垂直于金属中性层平面，并且两层压电晶体采用并联输出方式；在金属中性层（5）的末端以及压电晶体层（8）的末端引出电极；压电晶体层（8）与金属中性层（5）构成压电双晶梁，压电双晶梁围绕主轴（3）呈圆周阵列分布，并通过夹具（9）固定在电机主体上；激振磁铁（4）绕主轴（3）圆周阵列，激振磁铁与转盘之间采用胶合或嵌入式固定方式；转盘（6）上激振磁铁的个数与压电双晶梁的个数相同，压电双晶梁上的端部磁铁与转盘（6）上的磁铁呈现斥力状态，并且在竖直方向上正对；电机主体通过电机固定螺栓（12）、电机固定螺母（11）固定在底座（7）上，接口处理电路和充电电池（25）安装在电路控制箱（14）中；所述接口处理电路由整流电路，电压规整电路，电池充电电路三部分构成；其中，整流电路采全桥整流电路（15），采用经整流桥后的并联输出方式，并联所得正极与两插针式接口（16）中的（1）引脚相连，并联所得的负极与两插针式接口（16）中的（2）引脚相连；经过全桥整流电路后并联输出的直流电源通过两插针式接口（16）与电压规整电路相连；在电压规整电路中， 两插针式接口（16）的（1）引脚与MAX666集成芯片的输入正极（17）相连，两插针式接口（16）的（2）引脚与MAX666集成芯片的输入负极（18）相连，MAX666集成芯片的输出负极（19）与TP4057集成芯片的输入负极（22）相连，MAX666集成芯片的输出正极（20）与TP4057集成芯片的输入正极（22）相连，TP4057集成芯片的输出正极（（24）与可充电电池（25）的正极相连，TP4057集成芯片的输出负极（23）与可充电电池（25）的负极相连。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：褚金奎，霍新新，韩冰峰，
申请(专利权)人：大连理工大学，
类型：发明
国别省市：