便携式手摇压电发电机的制作方法

本发明涉及一种压电发电技术领域的便携式手摇压电发电机。

背景技术：

近些年随着微纳米技术、机械与材料工程的不断发展，使得微小型压电发电机的研究已成为国内外的热点，其目的是为便携式低功耗电子产品提供能量供应、减少电池电量耗尽所带来的使用不便以及废弃电池造成的环境污染。与技术较为成熟的电磁式及静电式发电机比较，压电发电机具有结构简单、能量密度大、易于实现微小化及集成化等优势，故其相关研究与应用备受研究者的广泛关注。关于压电发电机结构设计与制造方面的研究，人们已提出多种方案。例如：中国专利（公开号：cn111064390a）提出了一种全风向激励方柱振动的压电发电机，利用风力驱动方柱刚体产生振动，再通过压电材料将振动能量转化为电能；中国专利（公开号：cn211082122u）公开一种复摆升频式波浪能收集装置，利用波浪的起伏造成其内部的压电材料发生形变，进而利用正压电效应而产生电能；中国专利（公开号：cn110752775a）公开一种水流致振压电发电，利用压电材料将水流流经腔体产生的振动能量转化为电能。上述各种压电发电机利用压电材料将环境中的风能、潮汐能、水能转化为电能而存储并加以利用，但此种类型的压电发电机的发电效率受环境因素的影响很大，发电的可靠性亦不稳定，除此之外，上述压电发电机在满足使用需求的同时难以做到微小型化设计，不便于使用者随身携带。因此，发明一种稳定可靠、携带方便的压电发电机具有较大的研究及应用价值。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种便携式手摇压电发电机，克服原压电发电机难以微小型化设计，不便于使用者随身携带的缺点。

一种便携式手摇压电发电机，其特征在于：包括壳体、定子、转子、传动轴、行星齿轮组、轴承和手摇柄，所述壳体包括前壳体、隔板和后壳体，定子和转子安装在前壳体和隔板组成的前腔体内，行星齿轮组安装在后壳体和隔板组成的后腔体内，前、后腔体通过传动轴实现动力传递。

进一步地，定子通过紧固螺钉固定在前壳体上，转子固定在传动轴上且可随轴转动，所述定子包括芯体、压电梁和静磁铁，压电梁一端固定于芯体上，另一端固定有静磁铁，并由此组成压电悬臂梁结构，定子由若干个相同的压电梁和静磁铁所组成的压电悬臂梁沿芯体的轴线圆周阵列而得到，所述转子内壁上嵌有若干个相同的动磁铁，且各动磁铁沿同一半径圆均匀等距分布，且各动磁铁磁极方向一致，均指向或背离圆心，并与定子上的静磁铁同名磁极面相对。

进一步地，行星齿轮组主要包括三个齿轮和连杆，连杆一端与手摇柄相连接，另一端与齿轮b相连接，齿轮b分别与齿轮a和齿轮c啮合，齿轮c固定于后壳体上，齿轮a与传动轴相连接。

本发明的工作原理为：急需用电时，通过人力摇动手摇柄，经由行星齿轮组提升转子的转速，由于转子上的动磁铁和定子上的静磁铁的相互磁力作用，随着转子的不断转动，定子上的压电悬臂梁会相应的发生振动，进而压电悬臂梁上的压电材料会发生弹性形变，根据压电材料的正压电效应，此时压电悬臂梁会有电能产生；闲置时，由于压电悬臂梁的固有频率较低，周围环境中存在的外部低频激励很容易导致其产生振动或者共振，进而导致压电悬臂梁产生电能。

本发明的优点是：结构简单，稳定可靠，环境适应性强，实用性强，可实现小型化设计与制造，便于随身携带，可随时随地实现电能输出与供应。除此之外，由于定子由压电悬臂梁组成，且该压电悬臂梁的刚度小、固有频率低，较容易产生振动或共振，因此还可以利用该手摇压电发电机吸收、转化环境中的低频振动能量为电能并加以利用。

附图说明

图1为本发明整体结构的剖面结构示意图；

图2为本发明的部件分解结构示意图；

图3为本发明中的定子结构示意图；

图4为本发明的定子与转子装配位置关系示意图；

图中：1-紧固螺钉；2-前壳体；3-定子；31-芯体；32-压电梁；33-静磁铁；4-转子；41-动磁铁；5-挡圈；6-隔板；7-轴承；8-传动轴；9-行星齿轮组；91-齿轮a；92-齿轮b；93-齿轮c；10-连杆；11-后壳体；12-手摇柄。

具体实施方式

现结合附图详细说明本发明结构的实施方式：

一种便携式手摇压电发电机，如图1、图2所示，其特征在于：包括壳体、定子3、转子4、传动轴8、行星齿轮组9、轴承7和手摇柄12，所述的壳体包含前壳体2、隔板6和后壳体11，前壳体2和隔板6所构成的前腔体内含有定子3和转子4，定子3通过紧固螺钉1固定在前壳体2上，转子4安装在传动轴8末端，并通过挡圈5限制转子4与隔板6的距离，传动轴8中间轴段经由轴承7安装在隔板6上，其另一端安装有齿轮a91；齿轮b92安装在连杆10上，分别与齿轮a91和齿轮c93相啮合，三个齿轮和连杆10共同构成行星齿轮组9，连杆10通过轴承安装于后壳体11上，手摇柄12与连杆10的另一端相连接，如图3所示，定子3主要由芯体31、压电梁32、静磁铁33组成，压电梁32一端安装有静磁铁33，另一端固定于芯体31上，形成压电悬臂梁式结构，再沿芯体31的轴线环形阵列若干个相同的压电悬臂梁即构成了定子3。如图4所示，定子3与转子4同轴心，转子4上的动磁铁41嵌在转子4内壁上，且若干个动磁铁41沿同一半径圆均匀等距分布，且定子3上的静磁铁33和转子4上的动磁铁41的同名磁极面相对。

本发明的便携式手摇压电发电机，具体工作过程为：急需用电时，通过人力摇动手摇柄12，驱动行星齿轮组9转动，通过行星齿轮组9将传动轴8的输出转速提高，再经由传动轴8驱动转子4转动。由于随转子4转动的动磁铁41与定子3上的静磁铁33间的磁力会呈周期性作用在压电悬臂梁自由端，进而引起压电悬臂梁产生振动而产生电能；闲置时，由于压电悬臂梁固有频率低，很容易被周围环境中的外部低频激励激发振动或共振进而产生电能，例如：将本发明置于背包中携带，由于人体的运动所产生的外部激励致使本发明中的压电悬臂梁产生振动，进而产生电能；将本发明置于车辆内，由于车辆行驶而产生的颠簸致使本发明中的压电悬臂梁产生振动，进而产生电能。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下做出若干等同替代或明显变型，而且性能或用途相同，则应当视为属于本发明所提交的权利要求书确定的保护范围。

技术特征：

1.一种便携式手摇压电发电机，其特征在于：包括壳体、定子（3）、转子（4）、传动轴（8）、行星齿轮组（9）、轴承（7）和手摇柄（12），所述壳体包括前壳体（2）、隔板（6）和后壳体（11），定子（3）和转子（4）安装在前壳体（2）和隔板（6）组成的前腔体内，行星齿轮组（9）安装在后壳体（11）和隔板（6）组成的后腔体内，前、后腔体通过传动轴（8）实现动力传递。

2.根据权利要求1所述的便携式手摇压电发电机，其特征在于：定子（3）通过紧固螺钉（1）固定在前壳体（2）上，转子（4）固定在传动轴（8）上且可随轴转动，所述定子（3）包括芯体（31）、压电梁（32）和静磁铁（33），压电梁（32）一端固定于芯体（31）上，另一端固定有静磁铁（33），并由此组成压电悬臂梁结构，定子（3）由若干个相同的压电梁（32）和静磁铁（33）所组成的压电悬臂梁沿芯体（31）的轴线圆周阵列而得到，所述转子（4）内壁上嵌有若干个相同的动磁铁（41），各动磁铁（41）沿同一半径圆均匀等距分布，且各动磁铁（41）磁极方向一致，均指向或背离圆心，并与定子（3）上的静磁铁（33）同名磁极面相对。

3.根据权利要求1或2所述的便携式手摇压电发电机，其特征在于：行星齿轮组（9）包括三个齿轮和连杆（10），连杆（10）一端与手摇柄（12）相连接，另一端与齿轮b（92）相连接，齿轮b（92）分别与齿轮a（91）和齿轮c（93）啮合，齿轮c（93）固定于后壳体（11）上，齿轮a（91）与传动轴（8）相连接。

4.根据权利要求1或2所述的便携式手摇压电发电机，其特征在于：急需用电时，通过人力摇动手摇柄（12），经由行星齿轮组（9）提升转子的转速，由于转子（4）上的动磁铁（41）和定子（3）上的静磁铁（33）的相互磁力作用，随着转子（4）的不断转动，定子（3）上的压电悬臂梁会相应的发生振动，进而压电悬臂梁上的压电材料会发生弹性形变，根据压电材料的正压电效应，此时压电悬臂梁会有电能产生；闲置时，由于压电悬臂梁的固有频率较低，周围环境中存在的外部低频激励很容易导致其产生振动或者共振，进而导致压电悬臂梁产生电能。

技术总结
本发明公开了一种便携式手摇压电发电机，其特征在于：包括壳体、定子、转子、传动轴、行星齿轮组、轴承和手摇柄，所述壳体包括前壳体、隔板和后壳体，定子和转子安装在前壳体和隔板组成的前腔体内，行星齿轮组安装在后壳体和隔板组成的后腔体内，前、后腔体通过传动轴实现动力传递。急需用电时，可通过手摇的方式驱动转子转动，实现发电的功能，闲置时，吸收外部低频激励并产生振动，实现发电的功能。本发明能够满足低功耗电子产品的供电需求，且结构简单，环境适应性强，实用性强，可实现小型化设计与制造，便于随身携带，具有广泛的应用前景。

技术研发人员：刘文光;吴兴意;陈小宇
受保护的技术使用者：南昌航空大学
技术研发日：2020.09.18
技术公布日：2020.11.20