专利名称：一种电压可调的压电发电装置的制作方法
技术领域：
本发明属于风力发电和水力发电领域，特别是一种压电发电装置。
背景技术：
利用自然界风能和水能进行发电，为各种户外设施进行自供电的系统符合当今节能、环保、低碳的发展趋势，在工业监控、智能交通、智能电网、矿山安全、环境监测、平安家居、医疗保健等领域具有广阔的应用前景。
美国的Priya采用压电器件设计制造了一种小型风力发电机USl 1/252903。可在时速8 16公里的风力驱动下发电。发电机的桨叶连到凸轮上，使围绕轴排成圆形的一系列双压电晶片产生振荡，从而输出电能。该方案具有两个缺点一是压电双晶片每一次转动都 与凸轮碰撞，摩擦，因此产生磨损，造成能量损失，同时降低使用寿命。二是在风速较低时，桨叶与凸轮不会脱离，压电双晶片保持一定的弯曲状态不变，此时不再发电。由NEC TOKIN与日本Heardea联合开发、配备采用压电转换元件的发电装置的新型道路标识在日本试运行。其原理就是通过置于环形槽内钢球的滚动，撞击压电元件来发电。该装置设置在交通量大的公路隧道内，可利用汽车驶过时产生的气流驱动标识旋转。钢球位于由压电转换元件分隔成的环形通道中，标识转动时钢球就会在通道中运动，撞击通道两端的压电元件，使压电元件输出电荷。这种方案的主要缺点是，当车连续驶过而产生强烈的风时标识就会高速转动，从而使钢球紧贴着压电转换元件运动，压电元件得不到交变的压力作用，就不能发电了。
发明内容
本发明的目的在于提供一种利用压电材料收集流体动能的高效、适用范围广的压电发电装置。实现本发明目的的技术解决方案为一种压电发电装置，由涡轮转子组件、压电圈组件、滚柱组件构成，所述的涡轮转子组件包括涡轮叶片、转轴构成，由涡轮叶片转动带动转轴旋转，涡轮叶片固定在转轴的一端；压电圈组件由压电材料、第一电极、第二电极、第一导线、第二导线组成，第一电极、第二电极涂在压电材料的两面形成压电片，第一导线的一端与轴承外圈连接，第二导线的一端与第二电极连接，第一导线、第二导线各自引出的另一端与负载连接，该压电片粘贴在弹性片上形成压电单元，由于所形成的压电单元为柔性体，可将其按盒体的内圆形状贴紧并围成一圈，压电单元始终与滚柱保持接触，盒盖紧固于盒体上，压电单元、盒盖和盒体始终保持静止状态，而转轴靠轴承穿过盒盖和盒体的中心位置并实现转动；滚柱组件包括转动盘、滚柱和保持架构成，由转动盘和保持架将滚柱进行限位，滚柱本身可以自行转动，转动盘固定在转轴的中间并且转动盘和保持架间隙配合，使得保持架形成浮空状态，在转轴转动下，使得转动盘、滚柱和保持架绕着转轴轴心一起转动。本发明与现有技术相比，其显著优点(I)采用轴承式的外圈是柔性的压电圈，滚柱对其挤压即可使其变形，当压电单元不断增加，就会使得输出的电压波动减小，从而不用经过整流和滤波就能产生平稳的准直流输出；(2)克服了由离心力来提供撞击的装置，在高速流体作用下会产生离心力过大而紧贴压电振子而失效；(3)可以根据安装不同滚柱数量来调节不同的性能，从而使得其变化范围大大增加，从而可以更好因地因时安装不同型号的该装置；(4)利用压电效应，从空气或其他流体的运动中收集能量，转化为电能，是一种小型风力发电或水力发电装置，可用于户外使用的小型设备或设施的自供电。在很小和较大的风速情况下都可以发电，具有广泛的适应性。下面结合附图对本发明作进一步详细描述。
图I是本发明压电发电装置的主视图(图Ia)和左视图(图lb)。图2是本发明压电发电装置俯视图(图2a)和局部放大图(图2b)。
具体实施例方式结合图I (图la、图Ib)和图2 (图2a、图2b)，本发明电压可调的压电发电装置，由涡轮转子组件、压电圈组件、滚柱组件构成，所述的涡轮转子组件包括涡轮叶片7、转轴6构成，涡轮叶片7固定在转轴6的一端，由涡轮叶片7转动带动转轴6旋转；
滚柱组件包括转动盘4、滚柱2和保持架3构成，由转动盘4和保持架3将滚柱2进行限位，滚柱2本身自行转动，转动盘4固定在转轴6的中间并且转动盘4和保持架3间隙配合，使得保持架3形成浮空状态，在转轴6转动下，使得转动盘4、滚柱2和保持架3绕着转轴6轴心一起转动；
压电圈组件由压电材料9、第一电极10、第二电极11、第一导线13、第二导线14组成，第一电极10、第二电极11涂在压电材料9的两面形成压电片，第一导线13的一端与轴承15外圈连接，第二导线14的一端与第二电极11连接，第一导线13、第二导线14各自引出的另一端与负载12连接，该压电片粘贴在弹性片8上形成压电单元，将压电单元按盒体I的内圆形状贴紧并围成一圈形成压电圈，压电单元始终与滚柱2保持接触，盒盖5紧固于盒体I上，压电单元、盒盖5和盒体I始终保持静止状态，而转轴6靠轴承15穿过盒盖5和盒体I的中心位置并实现转动。以涡轮叶片7、转轴6、保持架3和转动盘4水平为工作安装状态，流体流动驱动涡轮转子组件和滚柱组件旋转，滚柱2在保持架3和转动盘4作用，在压电圈中运动，轴承式的外圈压电圈是柔性的，滚柱对其挤压即可使其变形，进而使压电材料9所被第一电极10、第二电极11上产生电荷，经第一导线13、第二导线14输出到负载12，实现流体动能转化为电能。滚柱2为2个以上，大小相等。本发明涡轮叶片7将空气或水流的动能转化为转轴6转动的动能，从而带动转动盘4的转动。由转动盘4和保持架3将滚柱2进行限位，滚柱2本身可以自行转动，而转动盘4和保持架3间隙配合，使得保持架3形成浮空状态，在转轴I转动下，使得转动盘4、滚柱2和保持架3绕着转轴I轴心一起转动，滚柱2对固定在盒体I内圈的柔性的压电振子形成的压电圈进行挤压即可使其变形，产生压电效应，进而使压电材料9由第一电极10、第二电极11上产生电荷，经第一电极10、第二电极11和第一导线13、第二导线14输出到负载12，在与负载12构成的回路中形成电流，最终将气流或水流的动能转化为电能。负载12为发光二级管、无线传感器、整流滤波电路、蓄电池、电容或扬声器 。
权利要求
1.一种电压可调的压电发电装置，其特征在于由涡轮转子组件、压电圈组件、滚柱组件构成，所述的涡轮转子组件包括涡轮叶片(7)、转轴(6)构成，涡轮叶片(7)固定在转轴(6)的一端，由涡轮叶片(7)转动带动转轴(6)旋转；滚柱组件包括转动盘(4)、滚柱(2)和保持架(3)构成，由转动盘(4)和保持架(3)将滚柱(2)进行限位，滚柱(2)本身自行转动，转动盘(4)固定在转轴(6)的中间并且转动盘(4)和保持架(3)间隙配合，使得保持架(3)形成浮空状态，在转轴(6 )转动下，使得转动盘(4)、滚柱(2 )和保持架(3 )绕着转轴(6 )轴心一起转动； 压电圈组件由压电材料(9)、第一电极(10)、第二电极(11)、第一导线(13)、第二导线(14)组成，第一电极(10)、第二电极(11)涂在压电材料(9)的两面形成压电片，第一导线(13)的一端与轴承(15)外圈连接，第二导线(14)的一端与第二电极(11)连接，第一导线(13)、第二导线(14)各自引出的另一端与负载(12)连接，该压电片粘贴在弹性片(8)上形成压电单元，将压电单元按盒体(I)的内圆形状贴紧并围成一圈形成压电圈，压电单元始终与滚柱(2)保持接触，盒盖(5)紧固于盒体(I)上，压电单元、盒盖(5)和盒体(I)始终保持静止状态，而转轴(6 )靠轴承(15 )穿过盒盖(5 )和盒体(I)的中心位置并实现转动。
2.根据权利要求I所述的电压可调的压电发电装置，其特征在于以涡轮叶片(7)、转轴(6)、保持架(3)和转动盘(4)水平为工作安装状态，流体流动驱动涡轮转子组件和滚柱组件旋转，滚柱(2)在保持架(3)和转动盘(4)的带动下，在压电圈中运动，压电圈是柔性的，滚柱(2)对压电圈挤压即可使其变形，进而使压电材料(9)所被第一电极(10)、第二电极(11)上产生电荷，经第一导线(13)、第二导线(14)输出到负载(12)，实现流体动能转化为电能。
3.根据权利要求I或2所述的电压可调的压电发电装置，其特征在于滚柱(2)为两个以上，大小相等。
4.根据权利要求I所述的电压可调的压电发电装置，其特征在于负载(10)为发光二级管、无线传感器、整流滤波电路、蓄电池、电容或扬声器。
全文摘要
本发明公开了一种压电发电装置，由涡轮转子组件、压电圈组件、滚柱组件构成，所述的涡轮转子组件包括涡轮叶片、转轴构成，由涡轮叶片转动带动转轴旋转，涡轮叶片固定在转轴的一端。本发明采用轴承式的外圈是柔性的压电圈，滚柱对其挤压即可使其变形，当压电单元不断增加，就会使得输出的电压波动减小，从而不用经过整流和滤波就能产生平稳的准直流输出克服了由离心力来提供撞击的装置，在高速流体作用下会产生离心力过大而紧贴压电振子而失效。
文档编号H02N2/18GK102946211SQ20121047611
公开日2013年2月27日 申请日期2012年11月21日 优先权日2012年11月21日
发明者杨颖 , 金家楣, 沈钦龙 申请人:南京航空航天大学