[發明專利]一種旋轉壓電發電裝置

有效

• 申請號: 201110203878.1
• 申請日: 2011-07-20
• 公開（公告）號: CN102255557A
• 公開（公告）日: 2011-11-23
• 發明（設計）人: 褚金奎;韓冰峰;熊葉勝;姚斐
• 申請（專利權）人: 大連理工大學
• 主分類號: H02N2/18
• 分類號: H02N2/18
• 代理公司: 大連理工大學專利中心 21200
• 代理人: 梅洪玉

技術領域

本發明是一種新型旋轉壓電發電裝置，特別適合收集低頻振動環境中變化的轉動機械能，屬于微能源技術領域。

背景技術

環境中的振動具有低頻、隨機變化的特點。目前，利用壓電技術獲取環境振動能的主要方法包括：共振調節式、聯合式、增頻式、非線性振動式。其中，增頻式壓電發電結構簡單、效率較高，日益到關注。增頻式壓電發電的主要特點：利用機械碰撞或無接觸沖擊提高壓電懸臂梁的響應頻率，增加壓電懸臂梁的輸出功率。

Priya提出一種機械接觸碰撞式旋轉壓電發電機(發明專利號：US2010/0052324A1)，能夠收集變化的轉動能，但機械接觸方式存在機械能損失和降低使用壽命的缺點。Rastegar和Murry等提出二階旋轉壓電發電機的概念(J.Rastegar?and?R.Murray.″Novel?two-stage?piezoelectric-based?electrical?energy?generators?for?low?and?variable?speed?rotary?machinery″.Proc.SPIE?7288，72880B2009)，利用永磁力傳遞非接觸沖擊，提高了壓電懸臂梁對低頻激振的響應頻率，但壓電懸臂梁在受到非接觸沖擊力作用時，響應振幅不斷衰減。

Cottone等研究了壓電懸臂梁處于雙穩態勢能狀態下的振動響應(F.cottone，H.Vocca?and?L.Gammaitoni.Nolinear?Energy?Harvesting.Physical?Review?Letters.2009)，研究結果證實了壓電懸臂梁進入雙穩態勢能狀態時，壓電懸臂梁響應振幅增大，平均輸出功率增加。

本專利基于雙穩態勢能原理，設計了一種帶有軸向永磁力調節裝置的新型旋轉壓電發電機。該發電機能夠解決普通旋轉壓電發電機的壓電懸臂梁振幅衰減的問題，能夠增加壓電懸臂梁的平均輸出功率。

發明內容

本發明要解決的技術難題是克服普通旋轉壓電發電機的壓電懸臂梁振幅衰減的缺點，發明一種全新的旋轉壓電發電裝置，特別適合收集低頻振動環境中變化的轉動機械能。

本發明主要的特征如下：

該旋轉壓電發電裝置，包括：旋轉軸、調整輪、激振輪、壓電雙晶梁及底座、前端支架、后端支架、彈性擋圈、旋轉軸、前端蓋、后端蓋、前端軸承和后端軸承等組成。

前端軸承置于前端支架孔內，前端蓋通過前端蓋螺釘固定到前端支架上，起到固定前端軸承作用。

后端軸承置于后端支架孔內，后端蓋通過后端蓋螺釘固定到后端支架上，起到固定后端軸承作用。

激振輪主要有輪轂和汝鐵鵬永磁鐵組成。輪轂開有鍵槽，輪轂周向均勻開15個凹槽，凹槽放置汝鐵鵬永磁鐵。利用普通平鍵連接旋轉軸實現激勵輪的周向定位。利用彈性擋圈實現激勵輪的軸向定位。

調整輪利用前連接螺栓和前連接螺母固定在前端支架上，圓周均勻分布30個凹槽，凹槽內放置汝鐵鵬永磁鐵。

壓電雙晶梁利用螺栓螺母固定在底座上，圓周安裝在底座四周。壓電雙晶懸臂梁主要組成包括：銅梁、壓電陶瓷片、永磁鐵支撐塊、汝鐵鵬永磁鐵。壓電雙晶懸臂梁固定端開兩圓孔，起到固定作用；壓電陶瓷片利用導電膠粘著于銅梁兩側，極性相對；永磁鐵支撐塊和壓電雙晶梁用強力膠連接，汝鐵鵬永磁鐵也利用強力膠固定于永磁鐵支撐塊。

壓電雙晶梁底座與后端支架固定是利用后連接螺栓和后連接螺母完成。

利用套筒封閉旋轉發電機，利用前套筒連接螺釘、后套筒連接螺釘分別固定前端支架和后端支架上。

本發明的基本原理是：利用無接觸永磁力提高了壓電雙晶梁的響應頻率，基于雙穩態勢能原理提高了壓電雙晶梁的響應振幅，增加了輸出功率。

本發明裝置具有結構簡單，能量轉換效率高等優點，能夠適用于復雜無規則的自然環境。

附圖說明

圖1旋轉壓電發電三維視圖。

圖2旋轉壓電發電機爆炸視圖。

圖3前端支架示意圖。

圖4調整輪示意圖。

圖5激勵輪示意圖。

圖6旋轉軸示意圖。

圖7壓電雙晶梁示意圖。

圖8底座示意圖。

圖9后端支架示意圖。

圖10永磁鐵方位及磁極方向示意圖。

圖11壓電懸臂梁處理電路圖。

圖12旋轉壓電發電機應用示例I。

圖13旋轉壓電發電機應用示例II。