彎折棒式壓電發電裝置及方法
【專利摘要】一種彎折棒式壓電發電裝置及方法，屬風力或水力發電領域。包括中部附著有壓電單元（4）的回轉軸（2）、軸承（3）、葉片（5）及支撐軸管（1），回轉軸（2）兩個端面與壓電單元（4）之間安裝兩個軸承（3）兩個軸承（3）經軸承套（6）分別安裝一個葉片（5），回轉軸（2）經兩個軸承（3）內圈支撐在兩個軸管（1）上。在沿回轉軸（2）軸向流體的作用下，葉片（5）產生沿周向的轉矩和偏心軸向力，葉片（5）伴有偏心軸向力的旋轉迫使回轉軸（2）產生弓形回轉運動，使的壓電單元（4）產生交變彎曲變形，輸出電荷，實現流體動能向電能的轉換。本發明具有結構簡單、緊湊的特點，可廣泛用于戶外為傳感器等器件提供電能。
【專利說明】彎折棒式壓電發電裝置及方法
【技術領域】
[0001]本發明屬于風力發電和水力發電領域，特別是一種彎折棒式壓電發電裝置及方法。
【背景技術】
[0002]利用自然界風能和水能進行發電，為各種戶外設施進行自供電的系統符合當今節能、環保、低碳的發展趨勢，在工業監控、智能交通、智能電網、礦山安全、環境監測、平安家居、醫療保健等領域具有廣闊的應用前景。
美國的Priya采用壓電器件設計制造了一種小型風力發電機USl 1/252903。可在時速8?16公里的風力驅動下發電。發電機的槳葉連到凸輪上，使圍繞軸排成圓形的一系列雙壓電晶片產生振蕩，從而輸出電能。該方案具有兩個缺點:一是壓電雙晶片每一次轉動都與凸輪碰撞，摩擦，因此產生磨損，造成能量損失，同時降低使用壽命。二是在風速較低時，槳葉與凸輪不會脫離，壓電雙晶片保持一定的彎曲狀態不變，此時不再發電。由NEC TOKIN與日本Heardea聯合開發、配備采用壓電轉換元件的發電裝置的新型道路標識在日本試運行。其原理就是通過置于環形槽內鋼球的滾動，撞擊壓電元件來發電。該裝置設置在交通量大的公路隧道內，可利用汽車駛過時產生的氣流驅動標識旋轉。鋼球位于由壓電轉換元件分隔成的環形通道中，標識轉動時鋼球就會在通道中運動，撞擊通道兩端的壓電元件，使壓電元件輸出電荷。這種方案的主要缺點是，當車連續駛過而產生強烈的風時標識就會高速轉動，從而使鋼球緊貼著壓電轉換元件運動，壓電元件得不到交變的壓力作用，就不能發電了。本發明的壓電發電裝置具有結構簡單、緊湊的特點，所能適應的流體(風、水等)速度范圍寬，適用范圍更廣。

【發明內容】

[0003]本發明的目的在于提供一種利用壓電材料收集流體動能的高效、適用范圍廣的彎折棒式壓電發電裝置及方法。
[0004]一種彎折棒式壓電發電裝置，其特征在于包括回轉軸，所述回轉軸中部附著有壓電單元；所述回轉軸上還對稱安裝有兩個軸承，分別位于所述回轉軸兩個端面與壓電單元之間；上述兩個軸承上均安裝有軸承套，每一軸承套上固定有一個葉片；所述兩個葉片在初始安裝時相差180度。
[0005]所述的彎折棒式壓電發電裝置的發電方法，其特征在于:利用單個葉片的非軸對稱結構，在流體動力作用下產生的周向力和偏心軸向力，使回轉軸產生弓形回轉運動，迫使附著在回轉軸上的壓電單元產生交變彎曲變形，輸出電荷，實現流體動能向電能的轉換。
[0006]本發明與現有技術相比，其顯著優點:(I)采用擺動桿(回轉軸2、軸承3和葉片5)能有效克服了由離心力來提供撞擊的裝置，在高速流體作用下會產生離心力過大而緊貼壓電振子而失效；(2)可以根據周圍環境流動能量大小及所需輸出功率，采用粘貼不同數量的壓電陶瓷片來有效改變輸出功率；壓電陶瓷片數量為至少I個，各個壓電陶瓷片大小可以不相同，形狀不限；(3)由于本裝置采用不對稱葉片結構，能夠有效適應自然環境中紊亂的流體流動方向。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0007]圖1是本發明壓電發電裝置的主視圖。
[0008]圖2是本發明壓電發電裝置在流體作用下運動狀態。
[0009]圖中標號名稱:1、軸管，2、回轉軸，3、軸承，4、壓電陶瓷片，5、葉片，6、軸承套。【具體實施方式】
[0010]結合圖1，本發明壓電發電裝置，其含有軸管1、回轉軸2、軸承3、壓電單元4、軸承套6和葉片5，其特征為在回轉軸2中間位置粘貼壓電單元4，并在回轉軸2離端面一定位置的地方對稱安裝兩個軸承3 ;并在軸承3上安裝葉片組件，其中葉片組件由葉片5和軸承套6構成，葉片5固定于軸承套6上；整個回轉軸2兩端剩余部分安裝于軸管I內。
[0011]本發明壓電發電裝置在每個軸承3上只有一個葉片5，初始安裝葉片5時為一上一下，保證葉片5采用不對稱安裝，這使得當流體流入時，與兩個葉片5接觸時，除了產生葉片組件繞著軸承3轉動的力，而且還可能由于在軸向方向不對稱的流體力，使得回轉軸2產生彎折，使粘貼于回轉軸2中間位置的壓電陶瓷片4也因此產生彎曲變形，由正壓電效應而產
[0012]本發明壓電發電裝置利用單個葉片5的非軸對稱結構，在流體動力作用下產生軸向力和偏心軸向力，使回轉軸2產生弓形回轉運動，迫使附著在回轉軸2上的壓電單元產生交變彎曲變形，輸出電荷，實現流體動能向電能的轉換。
[0013]結合圖1和圖2，本壓電發電裝置葉片5在每個軸承3上只有一個，初始安裝葉片5時為一上一下，保證葉片5為不對稱安裝，在流體流入時，除了繞著軸承轉動外，還由于不對稱的結構，使得在葉片上產生一個剪切力；在回轉軸2兩端形成方向相反剪切力時，就會產生一個彎矩，從而使得回轉軸2產生彎曲變形，而粘貼于回轉軸2的壓電單元4也因此產生軸向壓縮和拉伸變形，由壓電正效應產生電能，再通過儲能裝置就能不斷將電能收集起來。
【權利要求】
1.一種彎折棒式壓電發電裝置，其特征在于包括回轉軸(2)，所述回轉軸(2)中部附著有壓電單元(4);所述回轉軸(2)上還對稱安裝有兩個軸承(3)，分別位于所述回轉軸(2)兩個端面與壓電單元(4)之間；回轉軸(2)經軸承(3)的內圈支撐在兩個軸管(I)上；上述兩個軸承(3)上均安裝有軸承套(6)，每一軸承套(6)上固定有一個葉片(5);所述兩個葉片(5)在初始安裝時相差180度。
2.根據權利要求1所述的彎折棒式壓電發電裝置的發電方法，其特征在于:利用單個葉片(5)的非軸對稱結構，在流體動力作用下產生的周向力和偏心軸向力，使回轉軸(2)產生弓形回轉運動，迫使附著在回轉軸(2)上的壓電單元(4)產生交變彎曲變形，輸出電荷，實現流體動能向電能的轉換。
【文檔編號】H02N2/18GK103475264SQ201310366319
【公開日】2013年12月25日 申請日期:2013年8月21日 優先權日:2013年8月21日
【發明者】楊穎 , 沈欽龍, 金家楣 申請人:南京航空航天大學