一種壓電風(fēng)能發(fā)電裝置的制造方法
【專利摘要】本實(shí)用新型涉及一種壓電風(fēng)能發(fā)電裝置，屬于發(fā)電技術(shù)領(lǐng)域。壓電梁是由基板和單晶壓電陶瓷片粘接而成；所述壓電梁的自由端連接有附加質(zhì)量；所述附加質(zhì)量是由兩塊亞克力板和銅塊以及螺栓組成；所述壓電梁的另一端經(jīng)兩個(gè)螺栓連接在轉(zhuǎn)動塊上，轉(zhuǎn)動塊與底座通過轉(zhuǎn)軸相連，使得轉(zhuǎn)動塊可以圍繞轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動；壓電梁與來風(fēng)方向成一定的迎風(fēng)角α，迎風(fēng)角α可以通過轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)調(diào)節(jié)大??；壓電梁接出導(dǎo)線可以供外部電路板所用。本實(shí)用新型的特色是結(jié)構(gòu)簡單，適用于自然界低風(fēng)速。
【專利說明】
一種壓電風(fēng)能發(fā)電裝置
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明屬于能量回收技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種壓電風(fēng)能發(fā)電裝置。
【背景技術(shù)】
[0002] 野外微小型遠(yuǎn)程傳感監(jiān)測系統(tǒng)以其高效易行的特點(diǎn)正逐漸被多個(gè)領(lǐng)域采用，但其 供電方式主要還是以化學(xué)電池為主，化學(xué)電池存在體積大，不易集成化，使用壽命短、需要 定期更換，一旦電池電量不足或未及時(shí)更換時(shí)無法完成監(jiān)測信息的遠(yuǎn)程傳輸，且更換下來 的廢舊電池所含重金屬還會對環(huán)境造成嚴(yán)重的污染而難以滿足使用需求。通常野外微小型 遠(yuǎn)程傳感系統(tǒng)安裝在人跡罕至或交通不便之處，若采用鋪設(shè)電纜的供電方式難度大、且成 本很高。因此，為使野外微小型遠(yuǎn)程傳感監(jiān)測系統(tǒng)得以廣泛應(yīng)用，必須先解決其供電問題。
[0003] 近年來，微型壓電發(fā)電機(jī)以其結(jié)構(gòu)簡單、無電磁干擾、不發(fā)熱且易集成化等優(yōu)點(diǎn)而 被廣泛應(yīng)用，尤其適用于無線傳感監(jiān)測系統(tǒng)的自供電，某些類型的壓電發(fā)電機(jī)已經(jīng)在很多 領(lǐng)域得到運(yùn)用，如無線遙控器、汽車胎壓監(jiān)測系統(tǒng)等領(lǐng)域。目前成熟的微型壓電發(fā)電機(jī)都是 基于環(huán)境中的振動能或手動操作進(jìn)行發(fā)電，而對于野外傳感監(jiān)測系統(tǒng)而言，很少存在使壓 電發(fā)電機(jī)振動發(fā)電的振動源。而風(fēng)能廣泛存在于野外，且蘊(yùn)藏量大，是取之不盡、用之不竭 的可再生資源，基于風(fēng)能和壓電發(fā)電技術(shù)結(jié)構(gòu)的微型壓電發(fā)電裝置可以將環(huán)境中的風(fēng)能轉(zhuǎn) 化為電能，可為野外無線監(jiān)測系統(tǒng)提供充足、穩(wěn)定的電能，具有很好的應(yīng)用前景。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 針對野外微小型遠(yuǎn)程傳感監(jiān)測系統(tǒng)的供電難題，本實(shí)用新型提出了一種壓電風(fēng)能 發(fā)電裝置。本實(shí)用新型采用的實(shí)施方案是：由金屬基板和壓電陶瓷晶片粘接而成的壓電梁 的自由端連接有附加質(zhì)量;所述附加質(zhì)量是由兩塊亞克力板和銅塊以及螺栓組成;所述壓 電梁的另一端經(jīng)兩個(gè)螺栓連接在轉(zhuǎn)動塊上，轉(zhuǎn)動塊與底座通過轉(zhuǎn)軸相連，使得轉(zhuǎn)動塊可以 圍繞轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動;壓電梁與來風(fēng)方向成一定的迎風(fēng)角α，迎風(fēng)角α可以通過轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)調(diào)節(jié)大??； 壓電梁接出導(dǎo)線可以供外部電路板所用。
[0005] 本實(shí)用新型的工作原理是：當(dāng)風(fēng)吹過壓電梁時(shí)，會在壓電梁的后側(cè)產(chǎn)生卡門旋街， 當(dāng)卡門旋街在壓電梁的兩側(cè)交替脫落時(shí)，便會產(chǎn)生周期性的升力和阻力，使流體壓力分布、 大小及方向發(fā)生周期性變化，最后引起壓電梁的往復(fù)彎曲振動，進(jìn)而將機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能。 當(dāng)漩渦脫落頻率與發(fā)電裝置的固有頻率相等時(shí)便產(chǎn)生共振，從而提高發(fā)電裝置發(fā)電能力。 脫渦頻率和發(fā)電裝置固有頻率可分別表示為：
[0007]式中V為風(fēng)速，L為壓電梁和附加質(zhì)量的總長度，St為斯特勞哈爾數(shù)，K和M為分別為 發(fā)電裝置的等效剛度和等效質(zhì)量，
脫渦頻率與發(fā) 電裝置固有頻率相等，此時(shí)發(fā)電裝置發(fā)電量最大。因此，可以根據(jù)周圍風(fēng)速大小，通過改變 迎風(fēng)角α和附加質(zhì)量的大小來調(diào)節(jié)脫渦頻率和固有頻率，使脫渦頻率和固有頻率相等，使發(fā) 電裝置更加高效地運(yùn)行。
[0008] 本實(shí)用新型的特色是:結(jié)構(gòu)簡單，適用于自然界低風(fēng)速。
【附圖說明】
[0009] 圖1是本實(shí)用新型發(fā)電裝置的結(jié)構(gòu)原理簡圖；
[0010] 圖2是壓電梁示意圖；
[0011] 圖3是壓電梁與附加質(zhì)量連接示意圖；
【具體實(shí)施方式】
[0012] 由金屬基板8和壓電陶瓷晶片7粘接而成的壓電梁2的自由端連接有附加質(zhì)量1;所 述附加質(zhì)量1是由兩塊亞克力板11、12和銅塊10以及螺栓9組成;所述壓電梁2的另一端經(jīng)兩 個(gè)螺栓連接在轉(zhuǎn)動塊3上，轉(zhuǎn)動塊3與底座5通過轉(zhuǎn)軸4相連，使得轉(zhuǎn)動塊3可以圍繞轉(zhuǎn)軸4轉(zhuǎn) 動；壓電梁2與來風(fēng)方向成一定的迎風(fēng)角α，迎風(fēng)角α可以通過轉(zhuǎn)軸4旋轉(zhuǎn)調(diào)節(jié)大小；壓電梁2 接出導(dǎo)線6可以供外部電路板所用。
[0013]本實(shí)用新型的工作原理是：當(dāng)風(fēng)吹過壓電梁2時(shí)，會在壓電梁2的后側(cè)產(chǎn)生卡門旋 街，當(dāng)卡門旋街在壓電梁2的兩側(cè)交替脫落時(shí)，便會產(chǎn)生周期性的升力和阻力，使流體壓力 分布、大小及方向發(fā)生周期性變化，最后引起壓電梁2的往復(fù)彎曲振動，進(jìn)而將機(jī)械能轉(zhuǎn)化 為電能。當(dāng)漩渦脫落頻率與發(fā)電裝置的固有頻率相等時(shí)便產(chǎn)生共振，從而提高發(fā)電裝置發(fā) 電能力。脫渦頻率和發(fā)電裝置固有頻率可分別表示為：
[0015] 式中￥為風(fēng)速，L為壓電梁2和附加質(zhì)量1的總長度，St為斯特勞哈爾數(shù)，K和M分別為 發(fā)電裝置的等效剛度和等效質(zhì)量，
，脫渦頻率與 發(fā)電裝置固有頻率相等，此時(shí)發(fā)電裝置發(fā)電量最大。因此，可以根據(jù)周圍風(fēng)速大小，通過改 變迎風(fēng)角α和附加質(zhì)量1的大小來調(diào)節(jié)脫渦頻率和固有頻率，使脫渦頻率和固有頻率相等， 使發(fā)電裝置更加高效地運(yùn)行。
[0016] 本實(shí)用新型的特色是結(jié)構(gòu)簡單，適用于自然界低風(fēng)速。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種壓電風(fēng)能發(fā)電裝置，其特征在于:壓電梁是由基板和單晶壓電陶瓷片粘接而成;所 述壓電梁的自由端連接有附加質(zhì)量;所述附加質(zhì)量是由兩塊亞克力板和銅塊以及螺栓組成； 所述壓電梁的另一端經(jīng)兩個(gè)螺栓連接在轉(zhuǎn)動塊上，轉(zhuǎn)動塊與底座通過轉(zhuǎn)軸相連，使得轉(zhuǎn)動塊 可以圍繞轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動;壓電梁與來風(fēng)方向成一定的迎風(fēng)角a，迎風(fēng)角a可以通過轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)調(diào)節(jié)大 小;壓電梁接出導(dǎo)線可以供外部電路板所用；當(dāng)迎風(fēng)角a =arcsin(Z? 4mTk /(2ttv?汾))時(shí)，脫 渦頻率與發(fā)電裝置固有頻率相等，此時(shí)發(fā)電裝置發(fā)電量最大，式中v為風(fēng)速，L為壓電梁和附 加質(zhì)量的總長度，S t為斯特勞哈爾數(shù)，K和M分別為發(fā)電裝置的等效剛度和等效質(zhì)量。
【文檔編號】H02N2/18GK205490236SQ201620027975
【公開日】2016年8月17日
【申請日】2016年1月2日
【發(fā)明人】李柳青, 邵漢儒
【申請人】寧波大學(xué)