[发明专利]一种压电发电装置及其发电方法

说明书

技术领域：

本发明涉及一种压电发电装置及其发电方法，其属于风力发电和水力发电领域。

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、适用范围广的压电发电装置及其发电方法。

本发明采用如下技术方案：一种压电发电装置，由涡轮转子组件、弹簧球组件、压电振子组件构成，所述涡轮转子组件包括形成压电发电装置主体的盒盖和盒体、分别与盒盖和盒体形成固定连接的左轴和右轴、固定于所述左轴末端的涡轮叶片、将左轴和右轴通过轴承设置于其上的主轴架；

所述弹簧球组件包括安装固定于盒体上的安装筒、一端固定在安装筒内另一端呈自由状态的弹簧、设置在弹簧自由状态端的弹性球，所述安装筒伸入盒体内的一端开口，输出在外部的一端密封，所述弹簧呈自由状态的一端位于安装筒的开口端；

所述压电振子组件包括弹性片及粘贴于弹性片上的压电材料，所述弹性片的一端嵌入在盒体的外圆柱面上，另一端自由以形成悬臂梁结构，所述弹性球沿着安装筒轴线方向移动后与所述弹性片相接触。

所述弹性球数量不小于1。

本发明还采用如下技术方案：一种压电发电装置的发电方法，其包括如下步骤：

1).涡轮叶片将空气或水流的动能转化为左轴和右轴转动的动能，再由左轴和右轴带动盒盖和盒体转动；

2).当固定在压电发电装置主体中的安装筒开口端与地面垂直向上时，弹性球在重力作用下压缩弹簧；

3).继续转动时，弹簧开始伸长并推动弹性球，当安装筒开口端与地面垂直向下时，弹性球在弹性力和自身重力作用下急速向下运动并冲击弹性片上的某一位置，从而产生冲击能，输出电能。

本发明具有如下有益效果：

(1).利用安装筒限制弹性球只能在安装筒轴线方向移动，从而可以确保每次冲击压电振子的位置，通过调节冲击位置，迫使压电振子能在固有频率下振动，产生更大振幅和能量；

(2).主体每旋转一周时，都会产生弹性球对弹簧压缩，以及弹簧对弹性球弹力，这样弹性球就会在自身重力和弹力双重作用下冲击压电振子，从发产生更多的冲击能，而更好提高压电振子电能输出。

附图说明：

图1为本发明压电发电装置的总装主视图。

图2为图1所示压电发电装置的局部结构图2(a)及局部结构剖视图2(b)、2(c)。其中：

1-盒盖；2-盒体；3-安装筒；4-弹性球；5-弹簧；6-压电材料；7-弹性片；8-涡轮叶片；9-左轴；10-右轴；11-主轴架。

具体实施方式：

下面结合附图对本发明作进一步详细描述。

请参照图1和图2所示，本发明压电发电装置，由涡轮转子组件、弹簧球组件、压电振子组件构成，所述的涡轮转子组件包括涡轮叶片8、左轴9、右轴10、盒盖1和盒体2构成，盒盖1和盒体2形成该装置主体，转轴分为左轴9和右轴10，并分别与主体的盒盖1和盒体2形成固定连接，涡轮叶片8固定于左轴9其中一端，而且转轴通过轴承设置主轴架11上，并转动。