一种风致振动宽频带压电发电装置制造方法及图纸

一种风致振动宽频带压电发电装置，包括风扇、固定支座、旋转永磁体、旋转轴、固定永磁体、弹簧、支撑框架和至少2个压电发电梁，所述旋转永磁体与风扇固定于同一旋转轴上，所述支撑框架通过4个相同的弹簧固定于固定支座上，各压电发电梁一端固定于支撑框架上；所述固定永磁体固定于支撑框架下端，所述压电发电梁由金属质量块、弹性金属薄片、上层压电片和下层压电片组成，所述金属质量块固定于弹性金属薄片自由端，上层压电片和下层压电片分别粘贴于弹性金属薄片的上、下两个表面。本发明专利技术将外界环境中的风能转化为机械振动能量，并产生电能，使压电发电装置的工作不受机械振动源的限制，使用方便，扩展性强。

【技术实现步骤摘要】
—种风致振动宽频带压电发电装置
本专利技术属于新型能源和电子
，特别涉及一种风致振动宽频带压电发电装置。
技术介绍
近年来，随着社会经济的高速发展，对能源的需求日益剧增，环境污染和能源短缺成为困扰世界各国的一个共同难题，并由此而造成的环境恶化和能源危机逐渐开始影响经济发展和人们生活。迫于此压力，各国科技工作者开始了寻找和开发新型能源的探索，比如太阳能、风能、波浪能、振动能等。其中，压电发电装置作为一种新型的微型发电装置，理论上其供电寿命仅取决于组成发电装置的各元器件的寿命，清洁环保，是一种典型的“绿色”能源技术。基于此，目前出现了各种样式的压电发电装置，如悬臂梁结构、Cymbal结构、叠堆形结构等。纵观压电发电技术的研究现状，上述压电发电装置收集的能量主要来源于周围环境的机械振动源，也即所设计的压电发电装置主要为振动式压电发电装置。振动式压电发电装置虽然效率较高，但是必须要有一个机械振动源才能发挥其作用，而在有些特殊情况下很难找到有效的振动源实现装置的发电能力，比如在荒岛、无人山区等偏僻的地方，这样就给野外通讯与传感网络设备的供能带来了不便。考虑到外界环境中丰富的风能资源，如何将外界环境中的风能应用于压电发电装置是一个非常值得研究的方向。因此有人设计如专利文献CN201310357008.9附图1所述的设备由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，该结构虽然采用无接触的磁激励方式对风能进行转化，但该专利及其它一些专利电磁力是直接作用于压电悬臂梁末端，其悬臂梁末端永磁体和转盘上永磁体之间的距离需精确计算，要不然很容易使得压电悬臂梁上压电陶瓷由于变形过大而产生脆裂，即压电悬臂梁的变形不容易控制。此外，该专利所设置的悬臂梁的数量受到一定的限制，因为压电悬臂梁的密集分布会由于悬臂梁末端的永磁体而导致悬臂梁产生相互影响。再就是，由于受到设计结构限制，该专利结构扩展有限，这给专利的后续改进设计带来困难。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是针对前述
技术介绍
中的缺陷和不足，提供一种风致振动宽频带压电发电装置，本专利技术将外界环境中的风能转化为机械振动能量，并产生电能，使压电发电装置的工作不受机械振动源的限制，使用方便，扩展性强。本专利技术为解决上述技术问题，所采用的技术方案是:本专利技术提供一种风致振动宽频带压电发电装置，包括风扇、固定支座、旋转永磁体、旋转轴、固定永磁体、弹簧、支撑框架和至少2个压电发电梁,所述旋转永磁体与风扇固定于同一旋转轴上，且各旋转永磁体的N极指向旋转轴轴心，所述支撑框架通过4个相同的弹簧固定于固定支座上，各压电发电梁一端固定于支撑框架上；所述固定永磁体固定于支撑框架下端，且固定永磁体的S极指向旋转轴，所述压电发电梁由金属质量块、弹性金属薄片、上层压电片和下层压电片组成，所述金属质量块固定于弹性金属薄片自由端及弯曲处，上层压电片和下层压电片分别粘贴于弹性金属薄片的上、下两个表面。作为本专利技术的进一步改进，所述每个压电发电梁的金属质量块、弹性金属薄片、上层压电片和下层压电片的尺寸参数不同，本专利技术通过对压电悬臂梁的部件参数进行设计实现不同压电悬臂梁的参数变化。作为本专利技术的进一步改进，所述压电发电梁为压电悬臂梁或L形压电发电梁，由于本专利技术压电发电梁相对结构独立，因此不受外形限制可更换为L形压电发电梁。作为本专利技术的进一步改进，所述压电悬臂梁自由端的金属质量块为永磁体，所述固定支座上有线圈绕组，本专利技术可扩展范围很广，通过此结构甚至可以将压电悬臂梁部分设计成压电-电磁复合式结构来实现压电-电磁复合式发电。作为本专利技术的进一步改进，所述压电片采用压电陶瓷作为材料，压电陶瓷压电性较高，本专利技术使用压电陶瓷作为压电材料可大大提高装置的能量收集效果。作为本专利技术的进一步改进，所述压电片为矩形或者三角形形状，且沿厚度方向极化，由于本专利技术压电悬臂梁相对结构独立，因此压电片形状限制少，可使用矩形或者三角形形状。作为本专利技术的进一步改进，所述压电悬臂梁的数量为k个，k为正整数，所述旋转永磁体的数量为η个，η为正整数，且各个旋转永磁体沿周向均布于旋转轴上，由于本专利技术压电悬臂梁相对结构独立，因此可扩展范围很广，因此可使用多个压电悬臂梁，而且压电悬臂梁的结构也可变化。采用上述方案后，本专利技术通过设置风扇、旋转永磁体、固定永磁体、弹簧、支撑框架和多个压电悬臂梁，在难以找到有效振动源的情况下，也可以安装使用；同时，在压电发电装置中可以设置不同尺寸参数的压电悬臂梁，拓宽了压电发电装置能量收集的频带，增强了装置的实用性，此外由于本专利技术申请中通过支撑框架上固定永磁体与旋转轴上旋转永磁体之间电磁力的作用实现压电悬臂梁的受迫振动，因此电磁力没有直接作用于压电悬臂梁上，因此对压电悬臂梁起到保护作用，由于本专利技术压电悬臂梁相对独立，因此本专利技术申请可扩展性强。也即支撑框架中的压电换能部分并不一定局限于压电悬臂梁，也可以设置为L形压电发电梁，甚至是压电-电磁复合式结构均可以实施。【附图说明】图1是本专利技术现有技术示意图； 图2是本专利技术压电发电梁为压电悬臂梁实施例的结构示意图； 图3是本专利技术中压电悬臂梁的结构示意图； 图4是本专利技术压电发电梁为L形压电发电梁实施例的结构示意图； 图5是本专利技术压电发电梁为压电-电磁复合式结构实施例的结构示意图； 具体部件如下:1、风扇；2、固定支座；3、旋转永磁体； 4、旋转轴；5、固定永磁体； 6、弹簧； 7、支撑框架； 8、压电悬臂梁； 81、金属质量块； 82、弹性金属薄片；83、上层压电陶瓷片；84、下层压电陶瓷片； 9、L形压电发电梁；10、线圈绕组。【具体实施方式】以下结合附图和实施例对专利技术做详细的说明: 本专利技术结合图2所示，本专利技术提供一种风致振动宽频带压电发电装置，包括风扇1、固定支座2、旋转永磁体3、旋转轴4、固定永磁体5、弹簧6、支撑框架7和多个压电悬臂梁8，下面分别介绍。本专利技术旋转永磁体3的数量为η个，η为正整数，且各个旋转永磁体3沿周向均布于旋转轴4上。本专利技术压电悬臂梁8的数目可根据实际情况进行选择，如在本实施例中选用2个，其一端固定在支撑框架7上，另一端设置金属质量块81且处于自由状态，配合图3所示，本实施例中的压电悬臂梁8包括金属质量块81、弹性金属薄片82、上层压电陶瓷片83和下层压电陶瓷片84，其中，上层压电陶瓷片83和下层压电陶瓷片84分别同向贴附于弹性金属薄片82的上表面和下表面，用以借助正压电效应将机械能转化为电能，所述的上层压电陶瓷片83、下层压电陶瓷片84沿厚度方向极化；金属质量块81设于弹性金属薄片82的自由端，用来降低压电悬臂梁8振动的固有频率。本实施例在工作时，将装置置于某一有风的外界环境中，并借助固定支座2加以固定；环境中的风能将驱动风扇I转动，风扇I的转动将带动旋转轴4作旋转运动，利用旋转轴4上周向均匀布置的旋转永磁体3对支撑框架7上固定的固定永磁体5的排斥力，将使得装置中的多个压电悬臂梁8产生受迫振动，弹性金属薄片82将产生交替变化的弯曲变形，从而使得粘贴在弹性金属薄片82上的上层压电陶瓷片83和下层压电陶瓷片84产生交替变化的弯曲变形，根据压电材料的正压电效应，在上层压电陶瓷片83和下层压电陶瓷片8本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种风致振动宽频带压电发电装置，其特征在于：包括风扇（1）、固定支座（2）、旋转永磁体（3）、旋转轴（4）、固定永磁体（5）、弹簧（6）、支撑框架（7）和至少2个压电发电梁，所述旋转永磁体（3）与风扇（1）固定于同一旋转轴（4）上，且各旋转永磁体（3）的N极指向旋转轴（4）轴心，所述支撑框架（7）通过4个相同的弹簧（6）固定于固定支座（2）上，各压电发电梁一端固定于支撑框架（7）上；所述固定永磁体（5）固定于支撑框架（7）下端，且固定永磁体（5）的S极指向旋转轴（4），所述压电发电梁由金属质量块（81）、弹性金属薄片（82）、上层压电片和下层压电片组成，所述金属质量块（81）固定于弹性金属薄片（82）自由端或弯曲处，上层压电片和下层压电片分别粘贴于弹性金属薄片（82）的上、下两个表面。

【技术特征摘要】
1.一种风致振动宽频带压电发电装置，其特征在于:包括风扇(I)、固定支座(2)、旋转永磁体(3)、旋转轴(4)、固定永磁体(5)、弹簧(6)、支撑框架(7)和至少2个压电发电梁，所述旋转永磁体(3)与风扇(I)固定于同一旋转轴(4)上,且各旋转永磁体(3)的N极指向旋转轴(4)轴心，所述支撑框架(7)通过4个相同的弹簧(6)固定于固定支座(2)上，各压电发电梁一端固定于支撑框架(7)上；所述固定永磁体(5)固定于支撑框架(7)下端，且固定永磁体(5)的S极指向旋转轴(4)，所述压电发电梁由金属质量块(81)、弹性金属薄片(82)、上层压电片和下层压电片组成，所述金属质量块(81)固定于弹性金属薄片(82)自由端或弯曲处，上层压电片和下层压电片分别粘贴于弹性金属薄片(82)的上、下两个表面。2.如权利要求1所述的风致振动宽频带压电发电装置，其特征在于:所述每个压电发电梁的金属质量块(...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘祥建，李晓晖，王珺，
申请(专利权)人：金陵科技学院，
类型：发明
国别省市：江苏;32