CN218093305U - 一种旋转式风致压电发电机 - Google Patents

Abstract

一种旋转式风致压电发电机，包括发电机箱体、压电振子、形变作用件和风力旋转单元，发电机箱体的内侧壁上固定有压电振子，形变作用件活动穿设通过发电机箱体的一侧壁且一端与压电振子搭接或重合，另一端位于发电机箱体的外部并固定有一定磁铁，风力旋转单元设置在发电机箱体的外部且与形变作用件的位置相对，风力旋转单元朝向形变作用件的一侧上转动设置有多个与定磁铁磁极相反的动磁铁，多个动磁铁随风力旋转单元旋转与定磁铁周期性相对并产出相斥力，使得形变作用件朝发电机箱体内部移动并促使压电振子发生形变。本实用新型可收集在风力作用下叶片旋转产生的动能发电，通过非接触的磁耦合力和拨片的接触力相结合迫使压电振子变形发电。

Description

一种旋转式风致压电发电机

技术领域

本实用新型涉及压电发电机技术领域，具体涉及一种旋转式风致压电发电机。

背景技术

风能广泛存在于自然界中，风力发电已成为当今世界主流的能源之一。以往人们只注重大规模风力发电***研究，近年来，随着无线传感网络技术日趋成熟及其在环境监测、大型建筑物及桥梁的健康监测、工业、军事及公共安全等领域应用普及，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，而作为替代其持续能源供应的微小型风力发电机的研究受到国内外学者的广泛关注。

目前已提出的微小型风力发电机基本都是基于电磁原理和压电原理的，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。但是，现有的风致压电发电机普遍存在可靠性低、有效频带窄的缺点。

发明内容

有鉴于此，本实用新型的目的是提供一种旋转式风致压电发电机，以解决现有技术所存在的问题。

为达到上述目的，本实用新型采用的技术方案是：

一种旋转式风致压电发电机，包括发电机箱体、压电振子、形变作用件和风力旋转单元，所述发电机箱体的内侧壁上固定有所述压电振子，所述形变作用件活动穿设通过所述发电机箱体的一侧壁且其一端与所述压电振子搭接或重合，另一端位于所述发电机箱体的外部并固定有一定磁铁，所述风力旋转单元设置在所述发电机箱体的外部且与所述形变作用件的位置相对，所述风力旋转单元朝向所述形变作用件的一侧上转动设置有多个与所述定磁铁磁极相反的动磁铁，多个所述动磁铁随所述风力旋转单元旋转与所述定磁铁周期性相对并产出相斥力，使得所述形变作用件朝所述发电机箱体内部移动并促使所述压电振子发生形变。

作为优选的，所述形变作用件包括移动轴、方形拨板、弹簧和抵靠螺母，所述发电机箱体的侧壁上开设有一安装孔，所述移动轴穿设通过所述安装孔且可沿所述安装孔轴向移动，所述移动轴的两端外侧壁上均设置有螺纹，所述移动轴位于所述发电机箱体内部的一端与所述方形拨板的侧面中心螺纹连接，所述移动轴位于所述发电机箱体外部的一端处螺纹连接有所述抵靠螺母，所述弹簧套设在所述移动轴位于所述发电机箱体外部的一端处且两端分别与所述抵靠螺母、所述发电机箱体的外侧壁抵靠接触。

作为优选的，所述发电机箱体的内侧壁对应所述方形拨板侧边的位置处插接固定有所述压电振子，所述压电振子包括基板和压电陶瓷片，所述压电陶瓷片贴附在所述基板的侧面中心处，所述基板的一端插接固定在所述发电机箱体的内侧壁上，另一端与所述方形拨板背向所述移动轴的侧面搭接或重合。

作为优选的，所述方形拨板的侧面至所述基板的距离为0～1mm，所述基板与所述方形拨板抵靠接触重叠部分长度为0.4～0.5mm。

作为优选的，所述移动轴位于所述发电机箱体外部的一端处还套接有一定磁铁固定板，所述移动轴位于所述发电机箱体外部的一端还螺纹连接有一夹紧螺母，所述定磁铁固定板的两侧面分别与所述夹紧螺母和所述抵靠螺母夹紧贴合，所述定磁铁固定板背向所述发电机箱体的侧面上固定有所述定磁铁。

作为优选的，所述风力旋转单元包括基座、传动轴、叶轮，所述基座设置在所述发电机箱体的外部，所述基座的顶部转动设置有一传动轴，所述传动轴远离所述发电机箱体的一端固定有所述叶轮，所述传动轴靠近所述发电机箱体的一端固定有一动磁铁固定板，所述动磁铁固定板上固定有多个所述动磁铁。

作为优选的，所述动磁铁固定板为十字形动磁铁固定板，所述传动轴固定在所述十字形动磁铁固定板的中心位置处，所述十字形动磁铁固定板的四角朝向所述发电机箱体的侧面上分别固定有所述动磁铁。

作为优选的，其中任意一个所述动磁铁与所述定磁铁相对时，两者之间相距5～7mm。

与现有技术相比，本实用新型提供的一种旋转式风致压电发电机，可收集在风力作用下叶片旋转产生的动能发电，通过非接触的磁耦合力和拨片的接触力相结合迫使压电振子变形发电，具有可靠性高，有效频带宽度的特点。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型提供的一种旋转式风致压电发电机的结构示意图；

图2为本实用新型提供的一种旋转式风致压电发电机另一视角的结构示意图；

图3为本实用新型提供的一种旋转式风致压电发电机中压电振子的结构示意图；

图4为压电振子与方形拨板的相对位置关系示意图。

附图中涉及的附图标记和组成部分说明：

1、发电机箱体；2、压电振子；3、定磁铁；4、移动轴；5、方形拨板；6、弹簧；7、抵靠螺母；8、夹紧螺母；9、定磁铁固定板；10、动磁铁；11、基座；12、传动轴；13、叶轮；14、十字形动磁铁固定板；

21、基板；22、压电陶瓷片。

具体实施方式

下面将通过具体实施方式对本实用新型的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

参见图1～图4所示，一种旋转式风致压电发电机，包括发电机箱体1、压电振子2、形变作用件和风力旋转单元。压电振子2包括基板21和压电陶瓷片22，其中压电陶瓷片22贴附在基板21的侧面中心处并且其上下表面分别引出导线，以便于将其表面的自由电荷引出。压电振子2通过基板21的一端插接安装在发电机箱体1的内侧壁上，同时形变作用件活动穿设通过发电机箱体1的一侧壁，使其一端与压电振子2搭接或重合，另一端位于发电机箱体1的外部并固定有一定磁铁3。

上述形变作用件包括移动轴4、方形拨板5、弹簧6和抵靠螺母7，在发电机箱体1的侧壁上开设有一安装孔，将移动轴4穿设通过安装孔是使其可沿安装孔的轴向移动，同时在移动轴4的两端外侧壁上均设置有螺纹。移动轴4位于发电机箱体1内部的一端与方形拨板5的侧面中心螺纹连接。其中压电振子2的基板21与方形拨板5背向移动轴的侧面抵靠接触或具有一定间隙，两者之间的位置关系设置为方形拨板5的侧面至基板21的距离为0～1mm，基板21与方形拨板5抵靠接触重叠部分长度为0.4～0.5mm。

移动轴4位于发电机箱体1外部的一端处分别螺纹连接有抵靠螺母7和夹紧螺母8，将弹簧6套设在移动轴4位于发电机箱体1外部的一端处且两端分别与抵靠螺母7、发电机箱体1的外侧壁抵靠接触。在移动轴4位于夹紧螺母8和抵靠螺母7之间的位置处还套接有一定磁铁固定板9，定磁铁固定板9的两侧面分别与夹紧螺母8和抵靠螺母7夹紧贴合，定磁铁固定板9背向发电机箱体1的侧面上固定有定磁铁3。

风力旋转单元设置在发电机箱体1的外部且与形变作用件的位置相对，风力旋转单元朝向形变作用件的一侧上转动设置有多个与定磁铁3磁极相反的动磁铁10，多个动磁铁10随风力旋转单元旋转与定磁铁3周期性相对并产出相斥力，使得形变作用件朝发电机箱体1内部移动并促使压电振子2发生形变。

风力旋转单元具体包括基座11、传动轴12、叶轮13。其中，基座11设置在发电机箱体1的外部，基座11的顶部转动设置有一传动轴12，传动轴12远离发电机箱体1的一端固定有叶轮13，传动轴12靠近发电机箱体1的一端固定有一十字形动磁铁固定板14，其中，十字形动磁铁固定板14的中心位置与传动轴12固定连接，其四角处朝向发电机箱体1的侧面上分别固定有动磁铁10。

发电机在工作，可通过螺钉将发电机箱体1和基座11安装在户外合适的场所，风力带动叶轮13旋转，通过传动轴12的传动，十字形动磁铁固定板14随之一同起旋转，当十字形动磁铁固定板14旋转到其上任意一个动磁铁10与定磁铁3面面相对时，两者之间相距5～7mm，动磁铁10通过磁力耦合对定磁铁3产生斥力，定磁铁3在斥力作用下，带动移动轴4向发电机箱体1内部方向移动，同时压缩弹簧6，固定在移动轴4端部处的方形拨板5与压电振子2端部抵靠并移动，由于压电振子2的一端与发电机箱体1的内侧壁固定，因此移动轴4带动压电振子2的另一端沿移动轴4轴向移动时，势必会迫使压电振子2使其产生弯曲变形，由压电陶瓷材料的正压电效应可知，当压电陶瓷片22受力发生变形时，压电陶瓷片22表面有自由电荷产生，在压电陶瓷片22的上下表面分别引出导线，通过整流储存为负载供电。

随着十字形动磁铁固定板14持续旋转，动磁铁10与定磁铁3解除面面相对时，定磁铁3上的斥力去除，受到压缩的弹簧6恢复变形，并带动移动轴4和方形拨板5反向移动，使得压电振子2恢复变形。如此随着十字形动磁铁固定板14不断旋转，定磁铁3受到一个周期性变化的斥力，进一步使得压电振子2产生周期性变形。

如若将压电振子2直接暴露在风力作用下，当风力很大时，很容易造成压电振子2折断，本实施所提供的发电机通过磁力耦合和弹簧6传递风力，可限制压电振子2的变形程度，从而提高压电振子2的可靠性。当风力直接作用在压电振子2上时，由于环境激励频率较低，压电振子2工作频带窄，很难工作在共振状态下，发电效率较低，本实施所提供的发电机将环境中频率较低的风力振动通过磁力耦合和弹簧6转换为方形拨板5对压电振子2的周期性拨动，从而提高了发电机的俘能效率。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本实用新型。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本实用新型的精神或范围的情况下在其他实施例中实现。因此，本实用新型将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (8)

1.一种旋转式风致压电发电机，其特征在于：包括发电机箱体、压电振子、形变作用件和风力旋转单元，所述发电机箱体的内侧壁上固定有所述压电振子，所述形变作用件活动穿设通过所述发电机箱体的一侧壁且其一端与所述压电振子搭接或重合，另一端位于所述发电机箱体的外部并固定有一定磁铁，所述风力旋转单元设置在所述发电机箱体的外部且与所述形变作用件的位置相对，所述风力旋转单元朝向所述形变作用件的一侧上转动设置有多个与所述定磁铁磁极相反的动磁铁，多个所述动磁铁随所述风力旋转单元旋转与所述定磁铁周期性相对并产出相斥力，使得所述形变作用件朝所述发电机箱体内部移动并促使所述压电振子发生形变。

2.根据权利要求1所述的一种旋转式风致压电发电机，其特征在于：所述形变作用件包括移动轴、方形拨板、弹簧和抵靠螺母，所述发电机箱体的侧壁上开设有一安装孔，所述移动轴穿设通过所述安装孔且可沿所述安装孔轴向移动，所述移动轴的两端外侧壁上均设置有螺纹，所述移动轴位于所述发电机箱体内部的一端与所述方形拨板的侧面中心螺纹连接，所述移动轴位于所述发电机箱体外部的一端处螺纹连接有所述抵靠螺母，所述弹簧套设在所述移动轴位于所述发电机箱体外部的一端处且两端分别与所述抵靠螺母、所述发电机箱体的外侧壁抵靠接触。

3.根据权利要求2所述的一种旋转式风致压电发电机，其特征在于：所述发电机箱体的内侧壁对应所述方形拨板侧边的位置处插接固定有所述压电振子，所述压电振子包括基板和压电陶瓷片，所述压电陶瓷片贴附在所述基板的侧面中心处，所述基板的一端插接固定在所述发电机箱体的内侧壁上，另一端与所述方形拨板背向所述移动轴的侧面搭接或重合。

4.根据权利要求3所述的一种旋转式风致压电发电机，其特征在于：所述方形拨板的侧面至所述基板的距离为0～1mm，所述基板与所述方形拨板抵靠接触重叠部分长度为0.4～0.5mm。

5.根据权利要求2所述的一种旋转式风致压电发电机，其特征在于：所述移动轴位于所述发电机箱体外部的一端处还套接有一定磁铁固定板，所述移动轴位于所述发电机箱体外部的一端还螺纹连接有一夹紧螺母，所述定磁铁固定板的两侧面分别与所述夹紧螺母和所述抵靠螺母夹紧贴合，所述定磁铁固定板背向所述发电机箱体的侧面上固定有所述定磁铁。

6.根据权利要求1所述的一种旋转式风致压电发电机，其特征在于：所述风力旋转单元包括基座、传动轴、叶轮，所述基座设置在所述发电机箱体的外部，所述基座的顶部转动设置有一传动轴，所述传动轴远离所述发电机箱体的一端固定有所述叶轮，所述传动轴靠近所述发电机箱体的一端固定有一动磁铁固定板，所述动磁铁固定板上固定有多个所述动磁铁。

7.根据权利要求6所述的一种旋转式风致压电发电机，其特征在于：所述动磁铁固定板为十字形动磁铁固定板，所述传动轴固定在所述十字形动磁铁固定板的中心位置处，所述十字形动磁铁固定板的四角朝向所述发电机箱体的侧面上分别固定有所述动磁铁。

8.根据权利要求7所述的一种旋转式风致压电发电机，其特征在于：其中任意一个所述动磁铁与所述定磁铁相对时，两者之间相距5～7mm。

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