CN104617815B

CN104617815B - 一种采集风能的压电发电装置

Info

Publication number: CN104617815B
Application number: CN201510041096.0A
Authority: CN
Inventors: 汪红兵; 孙春华; 郭俊; 江帅
Original assignee: Suzhou Vocational University
Current assignee: Suzhou Vocational University
Priority date: 2015-01-28
Filing date: 2015-01-28
Publication date: 2017-01-18
Anticipated expiration: 2035-01-28
Also published as: CN104617815A

Abstract

本发明公开了一种采集风能的压电发电装置，包括：底座、固定板、固定块、风扇、转轴、飞轮、短圆柱、连杆、支架、冲击块和悬臂梁压电振子；所述固定板、固定块、支架固定在所述底板上；所述悬臂梁压电振子一端固定在所述固定板与固定块之间；所述固定板上设有垂直于板面水平方向的孔，所述转轴设置在固定板的孔内；所述风扇与飞轮通过所述转轴分别连接设置在所述固定板的两侧；所述短圆柱固定在所述飞轮上；所述连杆分别连接所述短圆柱和冲击块；所述冲击块设置在所述支架上，冲击块的尾端抵在所述悬臂梁压电振子上。通过上述方式，本发明能够将风能转化为电能，绿色环保；且体积小、结构简单，成本低。

Description

一种采集风能的压电发电装置

技术领域

本发明涉及能源技术领域，特别是涉及一种采集风能的压电发电装置。

背景技术

风能是太阳能的一种转化形式，是一种不产生任何污染物排放的可再生的又可随处取用的自然能源。传统的风力发电是利用风载荷引起转子转动，进一步利用转子和定子间的相对运动切割磁力线产生感应电动势，实现对负载的供电。但这种供电方式规模较大，工艺复杂，不合适用于微电子器件供电。

近年来随着大规模分布式无线传感***以及微电子器件的快速发展，传统的化学电池供能方式虽在一定程度上满足需求，但其显示的弊端越来越明显，比如体积较大，寿命有限，需要定期更换等问题。基于风致振动原理的压电俘能器是利用风致振动机理将风能转化为结构的振动能，再利用压电效应将结构的振动能转换为电能，具有体积小、结构简单，成本低等优点，可以作为一种微电源来替代传统的电池供电，特别适用于放置于户外的微电子器件。

发明内容

本发明主要解决的技术问题是提供一种采集风能的压电发电装置，能够将风能转化为电能，绿色环保；且体积小、结构简单，成本低。

为解决上述技术问题，本发明采用的一个技术方案是：提供一种采集风能的压电发电装置，包括：底座、固定板、固定块、风扇、转轴、飞轮、短圆柱、连杆、支架、冲击块和悬臂梁压电振子；所述固定板、固定块、支架固定在所述底板上；所述悬臂梁压电振子一端固定在所述固定板与固定块之间；所述固定板上设有垂直于板面水平方向的孔，所述转轴设置在固定板的孔内；所述风扇与飞轮通过所述转轴分别连接设置在所述固定板的两侧；所述短圆柱固定在所述飞轮上；所述连杆分别连接所述短圆柱和冲击块；所述冲击块设置在所述支架上，冲击块的尾端抵在所述悬臂梁压电振子上。

优选的是，所述支架上设有矩形缺口，矩形缺口的两侧壁上均设有水平方向的矩形槽；所述冲击块相对所述支架上矩形槽的位置设有矩形台，矩形台与矩形槽相配合。

优选的是，所述冲击块的一端设有夹块，所述连杆通过销轴设置在夹块之间。

优选的是，所述悬臂梁压电振子包括压电陶瓷片、薄钢片和质量块；所述压电陶瓷片粘贴在所述薄钢片的两面；所述质量块粘贴在所述压电陶瓷片的自由端。

优选的是，所述飞轮的中心位置减薄，飞轮上分布有局部孔。

优选的是，所述固定板的孔内设有轴承，所述转轴设置在轴承内；所述转轴与所述风扇和飞轮之间均设有平键。

本发明的有益效果是：本发明能够将风能转化为电能，绿色环保；且体积小、结构简单，成本低。

附图说明

图1是本发明一种采集风能的压电发电装置一较佳实施例的立体结构示意图；

图2是本发明一种采集风能的压电发电装置中悬臂梁压电振子的结构示意图；

附图中各部件的标记如下：1、底座；2、固定板；3、固定块；4、风扇；5、转轴；6、飞轮；7、短圆柱；8、连杆；9、支架；10、冲击块；11、悬臂梁压电振子；12、薄钢片；13、压电陶瓷片；14、质量块。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的较佳实施例进行详细阐述，以使本发明的优点和特征能更易于被本领域技术人员理解，从而对本发明的保护范围做出更为清楚明确的界定。

请参阅图1和图2，本发明实施例包括：

一种采集风能的压电发电装置，包括：底座1、固定板2、固定块3、风扇4、转轴5、飞轮6、短圆柱7、连杆8、支架9、冲击块10、悬臂梁压电振子11、薄钢片12、压电陶瓷片13和质量块14；所述固定板2、固定块3与支架9固定在所述底板1上；所述悬臂梁压电振子11的一端设置在所述固定板2与固定块3的夹缝之间，通过螺钉压紧固定；所述悬臂梁压电振子11为多个悬臂梁压电振子；所述固定板2上设有垂直于板面水平方向的孔，所述转轴5设置在孔内，所述风扇4与飞轮6通过所述转轴5分别连接设置在所述固定板3的两侧；所述短圆柱7固定在所述飞轮6上；所述连杆8分别连接所述短圆柱7和冲击块10，所述连杆8可绕所述短圆柱7转动；所述冲击块10设置在所述支架9上，支架9可以对冲击块10进行一定的限位；所述冲击块10的尾端设计成横梁抵在所述悬臂梁压电振子11上，横梁的跨度刚好能碰撞到所有的悬臂梁压电振子11。所述转轴5与所述固定板2的孔之间设有轴承；转轴5的两端设有平键，平键分别连接所述风扇4与飞轮6，风扇4与飞轮6均通过螺母固定在转轴5上；平键连接可确定转轴5旋转会带动风扇4与飞轮6旋转。所述支架9上设有矩形缺口，矩形缺口的两侧壁上均设有水平方向的矩形槽。所述冲击块10相对所述支架9上矩形槽的位置设有矩形台，矩形台可在所述矩形槽上滑动。所述冲击块10的一端设有夹块，所述连杆8的一端设置在夹块之间，夹块与连杆8通过销轴穿过连接，且夹块与连杆8可绕销轴转动。所述悬臂梁压电振子11包括压薄钢片12、电陶瓷片13和质量块14；所述薄钢片12的两面分别粘贴有所述压电陶瓷片13；所述质量块14粘贴在所述压电陶瓷片13的自由端，可以降低悬臂梁压电振子11的固有频率，使其更容易发生共振。所述飞轮6的中心位置减薄，飞轮6上分布有局部孔，且飞轮6在设计时厚度和半径较小，从而保证了转动惯量较小，所以传动轴5较小的驱动力矩作用下即可转动。

由于环境风力的不稳定性，冲击块10的作用频率也是在一定范围内变化，可以将多个悬臂梁压电振子11设计成不同尺寸，使得各个悬臂梁压电振子11具有不同的固有频率，这样在冲击块10的作用频率变化时，可能使得多个悬臂梁压电振子11中的某一个发生共振，从而提高悬臂梁压电振子11的输出电压。

工作时，风力带动风扇4旋转，风扇4带动转轴5旋转，从而使转轴5上的飞轮6旋转；飞轮6旋转时带动连杆8做平面内运动，连杆8带动冲击杆10做平面内运动，冲击块10因在支架9的约束下，只做水平方向的直线运动；由于冲击块10来回的直线运动，冲击杆10的尾部不断撞击着悬臂梁压电振子11；悬臂梁压电振子11在冲击块10的撞击下发生变形，压电陶瓷片13的两个表面产生电势差，可提供电能。

本发明能够将风能转化为电能，绿色环保；且体积小、结构简单，成本低。

以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims

1.一种采集风能的压电发电装置，其特征在于，包括：底座、固定板、固定块、风扇、转轴、飞轮、短圆柱、连杆、支架、冲击块和悬臂梁压电振子；所述固定板、固定块、支架固定在所述底座上；所述悬臂梁压电振子一端固定在所述固定板与固定块之间；所述固定板上设有轴线垂直于固定板板面的孔，且固定板的孔的轴线位于水平方向，所述转轴设置在固定板的孔内；所述风扇与飞轮通过所述转轴分别连接设置在所述固定板的两侧；所述短圆柱固定在所述飞轮上；所述连杆分别连接所述短圆柱和冲击块；所述冲击块设置在所述支架上，冲击块的尾端抵在所述悬臂梁压电振子上；所述支架上设有矩形缺口，矩形缺口的两侧壁上均设有水平方向的矩形槽；所述冲击块相对所述支架上矩形槽的位置设有矩形台，矩形台与矩形槽相配合；所述冲击块的一端设有夹块，所述连杆通过销轴设置在夹块之间；所述悬臂梁压电振子包括压电陶瓷片、薄钢片和质量块；所述压电陶瓷片粘贴在所述薄钢片的两面；所述质量块粘贴在所述压电陶瓷片的自由端；所述飞轮的中心位置减薄，飞轮上分布有局部孔；所述固定板的孔内设有轴承，所述转轴设置在轴承内；所述转轴与所述风扇和飞轮之间均设有平键；所述悬臂梁压电振子有多个，各个悬臂梁压电振子的尺寸不同。