[發(fā)明專(zhuān)利]一種旋轉(zhuǎn)激勵(lì)的摩擦-壓電復(fù)合發(fā)電機(jī)

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202011274368.9
• 申請(qǐng)日: 2020-11-15
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN112152508B
• 公開(kāi)（公告）日: 2021-10-01
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 張忠華;葉林峰;柴君凌;翟仕杰;陳文濤;余義勇;闞君武;曾平
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 浙江師范大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): H02N2/18
• 分類(lèi)號(hào): H02N2/18;H02N1/04
• 代理公司: 暫無(wú)信息
• 代理人: 暫無(wú)信息

本發(fā)明涉及一種旋轉(zhuǎn)激勵(lì)的摩擦?壓電復(fù)合發(fā)電機(jī)，屬新能源技術(shù)領(lǐng)域。端蓋裝在筒端部，轉(zhuǎn)軸裝在端蓋和殼底上；激勵(lì)器的擺圈套在定圈上，定圈與擺圈軸線(xiàn)存在軸傾角，擺圈的外緣上設(shè)有撥環(huán)，撥環(huán)的兩側(cè)裝有撥片，定圈裝在轉(zhuǎn)軸上并隨轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動(dòng)；兩托架及隔環(huán)裝在殼筒的內(nèi)側(cè)，托架由環(huán)板和護(hù)板構(gòu)成，護(hù)板凸面上設(shè)有由摩擦層和電極層構(gòu)成的復(fù)合膜；托架的環(huán)板與隔環(huán)之間壓接有壓電振子，壓電振子的基板靠近摩擦層安裝，壓電振子與復(fù)合膜構(gòu)成摩擦副；撥環(huán)兩側(cè)的撥片位于兩個(gè)軸向相鄰的壓電振子之間；轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，撥片迫使壓電振子往復(fù)彎曲變形并與復(fù)合膜間的反復(fù)接觸與脫離，壓電振子的基板與壓電片之間構(gòu)成壓電發(fā)電端，基板與復(fù)合膜之間構(gòu)成摩擦發(fā)電端。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于新能源與能量回收技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種旋轉(zhuǎn)激勵(lì)的摩擦-壓電復(fù)合發(fā)電機(jī)，用于風(fēng)能、水流及旋轉(zhuǎn)體動(dòng)能收集。

背景技術(shù)

近年來(lái)，高層建筑物、橋梁、大型與高速旋轉(zhuǎn)機(jī)械的實(shí)時(shí)健康傳感監(jiān)測(cè)技術(shù)已被廣泛應(yīng)用。此外，用于河流水質(zhì)污染、防洪預(yù)警及大氣污染等方面的監(jiān)測(cè)已受到國(guó)家相關(guān)部門(mén)的高度重視，國(guó)內(nèi)專(zhuān)家學(xué)者相繼提出了相應(yīng)的監(jiān)測(cè)方法和手段，如針對(duì)河水污染的水質(zhì)監(jiān)測(cè)技術(shù)、針對(duì)洪水及泥石流等自然災(zāi)害的雨量、水位以及河道水流速等監(jiān)測(cè)技術(shù)。同時(shí)，為實(shí)現(xiàn)各類(lèi)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的自供電和免維護(hù)，人們已著手研制用于不同類(lèi)型監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的微小型發(fā)電機(jī)。目前研究較多的微小型發(fā)電機(jī)包括壓電、電磁和摩擦原理的三類(lèi)，每種微小型發(fā)電機(jī)都有其自身的特點(diǎn)和應(yīng)用領(lǐng)域。從實(shí)際應(yīng)用的角度，目前所提出的各類(lèi)發(fā)電機(jī)仍面臨較多的技術(shù)瓶頸，較普遍的共性問(wèn)題歸納如下：①發(fā)電能力及單位體積能量密度較低，②環(huán)境適應(yīng)性有限，即對(duì)流體流速、振動(dòng)頻率及旋轉(zhuǎn)體轉(zhuǎn)速的適應(yīng)能力低，③可靠性低，如壓電陶瓷易因環(huán)境振動(dòng)強(qiáng)度過(guò)大而損毀、滑動(dòng)摩擦發(fā)電機(jī)易因摩擦副間摩擦磨損而失效，④存在電磁干擾，如電磁發(fā)電機(jī)、基于磁耦合輔助激勵(lì)的非線(xiàn)性壓電及摩擦發(fā)電機(jī)工作時(shí)都存在一定的磁場(chǎng)。當(dāng)然，目前還很難在同一種發(fā)電機(jī)中把上述各種問(wèn)題都加以解決。單純的壓電發(fā)電機(jī)和摩擦發(fā)電機(jī)的共性特點(diǎn)是無(wú)電磁干擾，故更適于無(wú)線(xiàn)傳感監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，其各自的發(fā)電能力、可靠性及環(huán)境適應(yīng)性都有待進(jìn)一步提高。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明提出一種旋轉(zhuǎn)激勵(lì)的摩擦-壓電復(fù)合發(fā)電機(jī)，本發(fā)明采用的實(shí)施方案是：所提出的復(fù)合發(fā)電機(jī)主要包括機(jī)殼、軸承、端蓋、轉(zhuǎn)軸、軸套、撥片、激勵(lì)器、托架、復(fù)合膜、壓電振子及電路板。端蓋經(jīng)螺釘安裝在殼筒端部，轉(zhuǎn)軸經(jīng)擋片和軸承安裝在端蓋和殼底上，軸承經(jīng)擋片和轉(zhuǎn)軸的軸肩定位，擋片經(jīng)螺釘安裝在轉(zhuǎn)軸上無(wú)軸肩的一端。

激勵(lì)器的擺圈經(jīng)滾動(dòng)體套在定圈上，滾動(dòng)體為滾珠或圓柱，定圈軸線(xiàn)與擺圈軸線(xiàn)在同一平面內(nèi)的夾角稱(chēng)為軸傾角，激勵(lì)器寬度方向的對(duì)稱(chēng)中心面與擺圈軸線(xiàn)垂直，即定圈軸線(xiàn)與其側(cè)面在同一剖切面內(nèi)的所形成的銳角為90-Q度；擺圈的外緣上設(shè)有撥環(huán)，撥環(huán)、擺圈及滾動(dòng)體在激勵(lì)器寬度方向上的對(duì)稱(chēng)中心面重合，撥環(huán)的兩側(cè)經(jīng)螺釘安裝有撥片，撥片為彈性金屬片、橡膠片或塑料片；激勵(lì)器的定圈經(jīng)兩個(gè)軸套安裝在轉(zhuǎn)軸上，軸套軸向兩側(cè)面間的夾角為軸傾角，軸套位于軸承的內(nèi)圈和激勵(lì)器的定圈之間，軸套經(jīng)螺釘固定在轉(zhuǎn)軸上，軸套及激勵(lì)器的定圈隨轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動(dòng)。

兩個(gè)托架及隔環(huán)經(jīng)螺釘安裝在殼筒的內(nèi)側(cè)凸臺(tái)上，托架由環(huán)板和護(hù)板構(gòu)成，護(hù)板的弧形凸面上均布地設(shè)有復(fù)合膜，復(fù)合膜由摩擦層和電極層構(gòu)成，電極層介于護(hù)板的弧形凸面與摩擦層之間，摩擦層的材料為聚氯乙烯、聚四氟乙烯等。托架的環(huán)板與隔環(huán)之間壓接有壓電振子，壓電振子為由基板與其一側(cè)所粘接的壓電片構(gòu)成的懸臂梁，基板靠近復(fù)合膜的摩擦層安裝，壓電振子均布安裝且其數(shù)量與復(fù)合膜的數(shù)量相等，壓電振子與其所正對(duì)安裝的復(fù)合膜構(gòu)成一個(gè)摩擦副；撥環(huán)兩側(cè)的撥片位于兩個(gè)軸向相鄰的壓電振子之間，為確保撥片能將壓電振子壓接在復(fù)合膜的表面上且不產(chǎn)生機(jī)械沖擊，需滿(mǎn)足：r₂cosQr₁r₃，其中r1為撥環(huán)的半徑、r2為托架的環(huán)板上設(shè)置復(fù)合膜后的內(nèi)緣半徑、r3為撥片的外緣半徑；電路板經(jīng)螺釘安裝在殼底上。

本發(fā)明的復(fù)合發(fā)電機(jī)可與風(fēng)力發(fā)電機(jī)、機(jī)床等旋轉(zhuǎn)機(jī)械的主軸連接，用于收集旋轉(zhuǎn)機(jī)械能發(fā)電，此時(shí)轉(zhuǎn)軸與旋轉(zhuǎn)體的主軸軸線(xiàn)應(yīng)重合；用于收集風(fēng)及水流等流體能時(shí)，轉(zhuǎn)軸的另一端經(jīng)螺釘安裝有一組葉片，葉片的功能是將流體運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換成旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。