[发明专利]打片式压电发电装置及方法

说明书

技术领域

本发明属于风力发电和水力发电领域，特别是一种压电发电装置及方法。

背景技术

利用自然界风能和水能进行发电，为各种户外设施进行自供电的系统符合当今节能、环保、低碳的发展趋势，在工业监控、智能交通、智能电网、矿山安全、环境监测、平安家居、医疗保健等领域具有广阔的应用前景。  

美国的Priya采用压电器件设计制造了一种小型风力发电机US11/252903。可在时速8～16公里的风力驱动下发电。发电机的桨叶连到凸轮上，使围绕轴排成圆形的一系列双压电晶片产生振荡，从而输出电能。该方案具有两个缺点：一是压电双晶片每一次转动都与凸轮碰撞，摩擦，因此产生磨损，造成能量损失，同时降低使用寿命。二是在风速较低时，桨叶与凸轮不会脱离，压电双晶片保持一定的弯曲状态不变，此时不再发电。由NEC TOKIN与日本Heardea联合开发、配备采用压电转换元件的发电装置的新型道路标识在日本试运行。其原理就是通过置于环形槽内钢球的滚动，撞击压电元件来发电。该装置设置在交通量大的公路隧道内，可利用汽车驶过时产生的气流驱动标识旋转。钢球位于由压电转换元件分隔成的环形通道中，标识转动时钢球就会在通道中运动，撞击通道两端的压电元件，使压电元件输出电荷。这种方案的主要缺点是，当车连续驶过而产生强烈的风时标识就会高速转动，从而使钢球紧贴着压电转换元件运动，压电元件得不到交变的压力作用，就不能发电了。

发明内容

本发明的目的在于提供一种利用压电材料收集流体动能的高效、适用范围广的打片式压电发电装置及方法。

一种打片式压电发电装置，其特征在于：由涡轮转子组件、转子打片组件、压电振子组件构成；所述的涡轮转子组件由与地面保持相对静止的圆环、通过轴承安装在圆环中心位置的转轴、固定安装在转轴一端的涡轮叶片组成；所述转子打片组件包括转子和N个打片，其中转子固定安装于转轴一端，N个打片沿周向固定安装于转子上，相邻两片打片间还放置有可在两片打片间自由运动的弹性球；所述压电振子组件由M个沿周向固定于圆环内侧的压电振子组成，压电振子一端固定于圆环内侧，另一端自由悬空形成悬臂梁结构；上述N大于等于2，M大于等于3。

所述的打片式压电发电装置的发电方法，其特征在于：在流体动力作用下涡轮带动打片旋转，推动弹性球冲击压电振子，使压电振子产生振动，其压电单元产生周期变形，输出电荷，实现机电能量转换。

本发明与现有技术相比，其显著优点：（1）采用打片将弹性球限制在某一运动范围内，这使得可根据需要设计每个弹性球每次撞击压电振子的数目，当弹性球对压电振子形成持续不断的撞击时，就会大大增加输出功率；（2）克服了由离心力来提供撞击的装置，在高速流体作用下会产生离心力过大而紧贴压电振子而失效；（3）上述弹性球数量数量不小于压电振子，可以相等也可以不相同。相邻打片间的弹性球可以为1个也可以为多个。可以根据安装所在地的流体力和安防空间设计不同数量的打片和弹性球，增加压电振子，从而使得其变化范围大大增加，从而可以更好因地因时安装不同型号的该装置。压电振子为三个以上，三个以上相同结构压电振动片在圆环的圆柱面上构成多边形内部结构。

附图说明

图1是本发明压电发电装置的主视图；

图2是本发明压电发电装置的俯视图；

图中标号名称：1、涡轮叶片，2、圆环，3、压电振子， 4、弹性球，5、转轴，6、转子，7、打片。

具体实施方式

结合图1和图2，本发明压电发电装置，由涡轮转子组件、转子打片组件、压电振子3构成，所述的涡轮转子组件包括涡轮叶片1、转轴5和圆环2构成，其中圆环2相对地面保持静止，涡轮叶片1固定安装在转轴5一端，并与通过轴承安装在圆环2中心位置转轴5可一同旋转；

转子打片组件由弹性球4、转子6和打片7构成，所述的转子6固定安装于转轴5一端，打片7固定安装于转子6上，其中转轴5、转子6和打片7三者始终保持相对静止，在每两片打片间放置一个弹性球4，其中弹性球4可在打片间自由运动；

所述的压电振子3一端固定于圆环2上，另一端自由悬空形成悬臂梁结构。

本发明压电发电装置的压电振子3为三个以上，三个以上相同结构压电振动片在圆环2的圆柱面上构成多边形内部结构。弹性球4数量不小于打片7。

在流体动力作用下涡轮带动打片7旋转，推动弹性球4冲击压电振子3，使压电振子3产生振动，其压电单元产生周期变形，输出电荷，实现机电能量转换。

本发明涡轮叶片1将空气或水流的动能转化为转轴5转动的动能，从而带动转子6和打片7的转动。当打片7转动时，就会带动在打片7间的弹性球4运动，从而使受迫运动的弹性球4冲击固定于圆环2的压电振子3产生振动，其压电单元产生周期变形，输出电荷，实现机电能量转换。