[发明专利]一种微小型发电机

说明书

本发明涉及一种微小型发电机，属压电发电领域。主要由机壳、侧板、调节盘、转换器、激励器和换能器构成，转换器由转轴与叶片构成，激励器由转盘与转动磁铁构成，换能器由膜片及安装在膜片中心处的压电振子和摆动磁铁构成，机壳内部的中腔两侧各设有一个侧腔；侧板的一侧设有与侧板轴孔连通的外腔，另一侧设有由大内腔和小内腔构成的阶梯腔，小内腔经定阻流孔与外腔连通；膜片外缘固定在大内腔底壁上；压电振子由基板和压电片粘接而成，基板的自由端设有基板翻边；膜片与小内腔构成缓冲腔；侧板装在机壳的侧腔内，转轴套在侧板轴孔内，转盘装在转轴上；设有轴孔、环槽和动阻流孔的调节盘装在侧板的外腔内，动阻流孔与定阻流孔的重叠度经环槽调节。

技术领域

本发明属于新能源技术领域，具体涉及一种微小型发电机，用于风能及水流能收集。

背景技术

风能及河流广泛存在于自然界中，风力与水力发电已成为当今世界主流的发电方式之一。以往人们只注重大规模风力和水力发电系统的研究，近年来，随着无线传感网络技术的日趋成熟及其在环境与水质监测、大型建筑物及桥梁的健康监测、工业、军事及公共安全等领域应用的普及，为其提供持续能源供应的微小型风力与水利发电机的研究受到国内外学者的广泛关注，原因在于：化学电池的能量有限、使用时间远远小于无线传感监测系统的寿命，故需经常更换，严重制约了无线传感网络监测系统在远程及危险环境中的推广应用。为解决无线传感网络监测系统的供电问题，人们提出了多种形式的电磁和压电式微小型风力和水力发电机，因压电流体发电机的发电过程中不会产生电磁干扰，更适用于无线网络节点等无线系统。

目前，现有压电流体发电机大都是利用风或水流使叶片旋转、再由叶片带动转动机构或磁铁直接激励压电振子弯曲变形并发电，其弊端是：可设计性差，系统固有频率仅由压电振子的结构尺寸决定，可调节范围小或不可调节；压电振子双向变形、压电片承受交变的拉压应力作用，易因拉应力过大损毁；系统阻尼小，压电振子共振时振幅远大于非共振时的振幅，进一步降低了可靠性和环境适应性。

发明内容

本发明提出一种微小型发电机，主要由机壳、侧板、调节盘、转换器、激励器和换能器构成。

机壳外壁上设有支脚，机壳的内部设有两个侧腔和一个中腔，侧腔位于中腔的两侧，中腔的直径小于侧腔的直径，中腔对应的内腔壁为隔环。

侧板的一侧设有外腔，外腔与侧板轴孔同轴且连通；侧板的另一侧均布地设有由大内腔和小内腔构成的阶梯腔，小内腔经定阻流孔与外腔连通，大内腔、小内腔及定阻流孔同轴。

换能器由圆形的膜片、压电振子和摆动磁铁构成，压电振子和摆动磁铁经螺钉安装在膜片的中心处，膜片的外缘经螺钉和压环压接在侧板的大内腔底壁上，压电振子和摆动磁铁位于大内腔的一侧，压电振子由基板和压电片粘接而成，基板的自由端设有基板翻边，压环的高度小于大内腔的深度；膜片与小内腔构成缓冲腔。

侧板经螺钉安装在机壳的侧腔内，两个侧板上的换能器相对安装，侧板的侧边顶靠在隔环上。

转换器由转轴和叶片构成，叶片安装在转轴的端部，转轴套在侧板轴孔内，叶片置于机壳外部。

激励器由转盘和转动磁铁构成，转动磁铁经螺钉安装在转盘上，转动磁铁沿转盘的圆周均布；转盘经螺钉或平键安装在转轴上，转盘位于机壳的中腔内，两个侧板上的换能器对称布置在转盘两侧，转动磁铁和摆动磁铁到转轴的中心的距离相等；转动磁铁和摆动磁铁的磁极均沿轴向配置；激励器转动时，摆动磁铁与激励器上各转动磁铁间的磁耦合力为：吸引力、排斥力或交替的吸引力与排斥力；磁耦合力为交替的吸引力与排斥力时，激励器上圆周方向两相邻转动磁铁的磁极配置方向相反。

调节盘上设有轴孔、环槽和动阻流孔，调节盘经螺钉安装在侧板的外腔内，动阻流孔和定阻流孔位于同一圆周上且其直径相等，动阻流孔与定阻流孔的重叠度通过环槽调节，进而调节换能器的振动阻尼。