[發明專利]一種雙工作模式寬頻雙穩態壓電發電裝置

在審

• 申請號: 201810205554.3
• 申請日: 2018-03-13
• 公開（公告）號: CN108462403A
• 公開（公告）日: 2018-08-28
• 發明（設計）人: 董景石;田大越;陳全渠;徐智;關志鵬;范尊強;吳越;楊志剛
• 申請（專利權）人: 吉林大學
• 主分類號: H02N2/18
• 分類號: H02N2/18
• 代理公司: 長春市恒譽專利代理事務所(普通合伙) 22212
• 代理人: 李榮武

本發明公開了一種雙工作模式寬頻雙穩態壓電發電裝置，具體包括：外殼、端蓋、旋轉主軸、上軸承組件、轉子組件、壓電組件、基板、連接孔、下軸承組件。旋轉主軸通過上、下軸承安裝在外殼與基板中部并可以自由轉動；壓電組件固定在外殼內壁；旋轉組件隨主軸轉動時，旋轉組件和壓電組件上的永磁鐵相互作用，使壓電組件中的豎直基板在雙穩態之間轉換，使MFC貼片變形產生電能；旋轉主軸靜止時，在外部振動激勵下，水平基板在其雙穩態位置間轉換，水平基板上的PZT貼片變形產生電能；本發明所述的一種雙工作模式寬頻雙穩態壓電發電裝置，即可利用外界能量帶動主軸旋轉又可在較寬頻率范圍內諧振產生電能，結構簡單、發電效果好。

技術領域

本發明涉及新型能源和發電技術領域，具體涉及一種雙工作模式寬頻雙穩態壓電發電裝置。

背景技術

近年來，隨著微電子和微加工技術的發展，大規模無線傳感器網絡、低功耗電子設備甚至物聯網得到快速發展，被廣泛應用于環境監測、軍事國防、遠程控制、搶險救災以及工農業等諸多領域。這些微電子設備的特點是廣泛分布在戶外、工作環境惡劣，這使得這些用于監測等功能的無線傳感器系統難以獲得可靠、持久穩定的電源。

基于壓電效應的雙穩態壓電發電裝置能夠將環境中的振動能量轉換為電能，可以為無線傳感器網絡節點等低功耗的電子設備幾乎無限地供電，有效解決了無線傳感器等低功耗電子設備在惡劣環境中電力供給的難題。戶外工作環境中最常見、最方便利用的能量為風能。傳統的單穩態壓電發電裝置只能在諧振頻率才能穩定輸出功率，偏離諧振頻率后輸出功率明顯下降，與之相比，雙穩態壓電發電裝置可在較寬的低頻范圍內產生大幅運動，即雙穩態壓電發電裝置在寬頻、隨機激勵的環境下，都具有較大的輸出功率。因此，本發明采用雙穩態壓電元件，提出了一種可用于低功耗電子設備供電的旋轉激勵式雙工作模式寬頻雙穩態壓電發電裝置。

發明內容

針對以上情況，本發明提出一種雙工作模式寬頻雙穩態壓電發電裝置，具有兩種工作模式，即可在第一種工作模式下利用外界能量帶動主軸旋轉發電又可在第二種工作模式下在較寬頻率范圍內與環境諧振產生電能，結構簡單、可在寬頻率范圍收集能量、發電效果好。

為實現上訴目的設計的一種雙工作模式寬頻雙穩態壓電發電裝置，包括外殼、端蓋、旋轉主軸、上軸承組件、轉子組件、壓電組件、基板、連接孔、下軸承組件。所述基板通過螺栓連接孔與外殼固定連接，根據實際工作情況連接孔也可用于發電裝置的固定之用；旋轉主軸通過設置在外殼上部的上軸承組件以及設置在基板中間位置的下軸承組件安裝在裝置內部，旋轉主軸可沿其軸線正反兩方向自由旋轉；轉子組件安裝在旋轉中軸中部，轉子組件與旋轉主軸之間為固定連接；壓電組件固定安裝在外殼內壁，壓電組件與轉子組件距基板高度相等，彼此間永磁鐵的中軸線在同一水平面內、可相互激勵使壓電組件在兩個穩定位置之間往復運動，進而產生電能。

所述的轉子組件包括轉子主體、連接柱、永磁鐵。轉子永磁鐵磁極方向交替向外設置，即相鄰磁極設置方向相反；轉子主體中部為通孔，且設有鍵槽用于與旋轉主軸連接。

所述的壓電組件包括：陶瓷壓電片、永磁鐵、水平基板、MFC貼片、豎直基板。壓電組件永磁體磁極設置方向一致，都為N(或S)極朝向基板中心。水平基板與豎直基板通過加強肋板連接。

本發明的有益效果：本發明提出的雙工作模式雙穩態壓電發電裝置即可以在第一種工作模式下利用外界工程機械或直接連接風扇葉片利用自然風帶動旋轉主軸旋轉，進而利用豎直雙穩態壓電梁發電、在旋轉主軸靜止時又可以在第二工作模式下與周圍環境中的振動源發生諧振，通過水平壓電梁進行發電，結構簡單，可在較寬頻率范圍收集能量、發電效果好。

附圖說明

附圖1是本發明中壓電發電裝置的總體軸測圖；

附圖2是旋轉組件與壓電組件的三維示意圖，A為基板連接處的局部放大圖；

附圖3是旋轉主軸旋轉時的工作原理示意圖；