[發(fā)明專(zhuān)利]一種等幅激勵(lì)的渦輪式壓電-摩擦發(fā)電機(jī)

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202011274378.2
• 申請(qǐng)日: 2020-11-15
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN112187103B
• 公開(kāi)（公告）日: 2021-10-01
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 闞君武;王凱;文一杰;張李;張海琪;王淑云;姚湯偉;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)明涉及一種等幅激勵(lì)的渦輪式壓電?摩擦發(fā)電機(jī)，屬新能源技術(shù)領(lǐng)域。端蓋裝在機(jī)殼的端部，轉(zhuǎn)軸裝在端蓋和機(jī)殼的殼底上，電路板裝在殼底上：外緣上設(shè)有激勵(lì)環(huán)的軸套套在轉(zhuǎn)軸上，激勵(lì)環(huán)軸線與套筒軸線平行；激勵(lì)圈套在激勵(lì)環(huán)上，激勵(lì)圈的外緣兩側(cè)設(shè)有傾斜的激勵(lì)面；兩組由隔架隔開(kāi)的壓電振子裝在殼筒內(nèi)側(cè)凸臺(tái)上，壓電振子由壓電片和基板構(gòu)成，隔架的隔環(huán)內(nèi)緣上設(shè)有輻梁，輻梁兩側(cè)粘接有由摩擦層和電極層構(gòu)成的復(fù)合膜；基板和壓電片構(gòu)成壓電發(fā)電單元，基板和與其相鄰的復(fù)合膜構(gòu)成摩擦發(fā)電單元；壓電振子處于無(wú)變形時(shí)，基板的側(cè)面貼合在與其相鄰的摩擦層上、自由端與激勵(lì)面接觸；壓電發(fā)電單元和摩擦發(fā)電單元經(jīng)不同的導(dǎo)線組和整流橋與電路板相連。

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，具體涉及一種等幅激勵(lì)的渦輪式壓電-摩擦發(fā)電機(jī)，用于風(fēng)能及水流能量收集。

背景技術(shù)

近年來(lái)，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)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的自供電和免維護(hù)，人們還研制了用于各類(lèi)環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)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)明提出一種等幅激勵(lì)的渦輪式壓電-摩擦發(fā)電機(jī)，本發(fā)明采用的實(shí)施方案是：本發(fā)明所提出的壓電渦輪發(fā)電機(jī)主要包括機(jī)殼、端蓋、轉(zhuǎn)軸、軸套、激勵(lì)圈、壓電振子、隔架、復(fù)合膜及葉片等。

端蓋經(jīng)螺釘安裝在機(jī)殼的殼筒端部，轉(zhuǎn)軸經(jīng)擋片和軸承安裝在端蓋和機(jī)殼的殼底上，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，轉(zhuǎn)軸另一端經(jīng)螺釘安裝有一組葉片。

軸套套在轉(zhuǎn)軸上，軸套的套筒外緣上設(shè)有激勵(lì)環(huán)，激勵(lì)環(huán)軸線與套筒軸線平行但不重合，激勵(lì)環(huán)軸線與套筒軸線間的距離稱(chēng)為激勵(lì)環(huán)的激勵(lì)距離；套筒的兩端頂靠在軸承的內(nèi)圈上，軸套隨轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動(dòng)，軸套和轉(zhuǎn)軸間經(jīng)螺釘或平鍵定位并傳遞轉(zhuǎn)矩。

激勵(lì)圈的內(nèi)孔套在激勵(lì)環(huán)上，激勵(lì)圈和激勵(lì)環(huán)之間設(shè)有滾動(dòng)體，滾動(dòng)體置于激勵(lì)環(huán)外緣上的滾道內(nèi)，滾動(dòng)體為滾珠或滾柱；激勵(lì)圈的外緣兩側(cè)設(shè)有傾斜的激勵(lì)面，激勵(lì)面與激勵(lì)圈軸截面間的夾角稱(chēng)為激勵(lì)圈的激勵(lì)角。

兩組壓電振子經(jīng)壓環(huán)、隔架和螺釘均布地安裝在殼筒內(nèi)側(cè)凸臺(tái)上，隔架置于兩組壓電振子之間；隔架的隔環(huán)內(nèi)緣上均布地設(shè)有輻梁，壓電振子的一端固定在隔環(huán)上、另一端自由；輻梁的兩側(cè)粘接有復(fù)合膜，復(fù)合膜由摩擦層和電極層構(gòu)成，電極層粘在輻梁上，即電極層粘接在輻梁上，輻梁上粘接復(fù)合膜后的厚度與隔環(huán)的厚度相同，隔架和激勵(lì)圈的軸向?qū)ΨQ(chēng)中心面重合；壓電振子由壓電片和基板構(gòu)成，基板靠近摩擦層安裝，基板自由端頂靠在激勵(lì)面上，壓電振子處于無(wú)變形的平直狀態(tài)時(shí)基板與激勵(lì)面間無(wú)作用力、基板與其摩擦層表面貼合。

輻梁兩側(cè)的復(fù)合膜與其相鄰且正對(duì)安裝的壓電振子分別構(gòu)成摩擦副，基板和壓電片構(gòu)成壓電發(fā)電單元，基板和與其相鄰的復(fù)合膜構(gòu)成摩擦發(fā)電單元，基板和電極層為摩擦發(fā)電單元的兩個(gè)電極；電路板經(jīng)螺釘安裝在殼底上，壓電發(fā)電單元和摩擦發(fā)電單元經(jīng)不同的導(dǎo)線組和整流橋與電路板相連。

激勵(lì)圈經(jīng)柔性件與隔架相連，即與隔環(huán)或輻梁相連，柔性件的功能是控制激勵(lì)圈的擺動(dòng)范圍，避免激勵(lì)圈隨轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動(dòng)；柔性件為繩索或彈簧。