[发明专利]一种压电式隧道气流发电机

说明书

本发明涉及一种压电式隧道气流发电机，属新能源技术领域。支架由上下梁及连接上下梁的挡板构成，上下梁位于挡板同侧并对称配置；限形架由横梁及其两端的限形块构成，限形块上设有圆弧限形面；两个限形架的横梁经螺钉相连且限形面相对安装，两个横梁之间压接有两个压电振子和一个弹性片，压电振子位于弹性片两侧；压电振子由基板与其一侧所粘接的压电片构成；基板的一侧与弹性片接触、另一侧的根部与限形面接触，压电片不与限形面接触；限形架两端的限形块分别与上下梁连接，钝体的耳板安装在弹性片的自由端，钝体靠近挡板安装；非工作时弹性片厚度方向的对称中心层、钝体的中心线及挡板的宽度方向的对称中心层位于同一垂直平面内。

技术领域

本发明属于新能源技术领域，具体涉及一种压电式隧道气流发电机。

背景技术

隧道已成为目前公路及铁路网络的重要组成部分。为确保汽车及火车能够正常安全同行、实现隧道环境及通行车辆的实时监测，隧道中需要安装各类仪器设备及照明设施，因此隧道中也要有相应的供电设施。如采用传统的电缆供电，电缆的铺设及后续维护的难度较大、成本较高；如采用电池供电，因电池寿命有限、需经常更换，使用极其不便，尤其是在偏远山区。

发明内容

本发明提出一种压电式隧道气流发电机，本发明采用的实施方案是：支架由上下梁及连接上下梁的挡板构成，下梁两端设有支脚，上下梁位于挡板同侧并对称配置；限形架由横梁及横梁两端的限形块构成，限形块上设有限形面，限形面为圆弧面；两个限形架的横梁经螺钉相连且限形面相对安装，两个横梁之间压接有两个压电振子和一个弹性片，压电振子位于弹性片两侧；压电振子由基板与其一侧所粘接的压电片构成；同一限形架上的两限形块的间距比基板和弹性片的宽度窄、比压电片的宽度宽，基板的一侧与弹性片接触、另一侧的根部与限形面接触，压电片不与限形面接触；限形架两端的限形块经螺钉分别与上下梁连接，钝体的耳板经螺钉安装在弹性片的自由端，钝体为空心圆柱壳体，钝体靠近挡板安装；非工作时弹性片厚度方向的对称中心层、钝体的中心线及挡板的宽度方向的对称中心层位于同一垂直平面内；挡板的宽度与钝体的直径之比即宽径比为1～3，钝体外表面到挡板的最小间距与钝体的直径之比即间径比为0～3。

本发明中，两个限形架与压电振子及弹性片经螺钉安装固定后再经螺钉将限形块固定在上下梁上。工作中，气流由弹性片的固定端流向钝体和挡板，气流流经钝体后产生卡门漩街，漩涡的交替生成与脱落会使钝体前后两侧的气流压力交替变化从而产生使钝体及弹性片往复摆动的激振力，弹性片摆动时迫使压电振子向使压电片承受压应力的方向弯曲变形，压电振子的往复弯曲变形过程中即将气流能转换成了电能；气流经过钝体后受到挡板的阻碍时，气流的流向及漩涡形态及动态特性均发生变化，从而使激振力的幅值大幅度增加或减小；钝体摆动幅值足够大时将通过弹性片将压电振子的基板压靠在限形面上，此时压电片长度方向上各点的压应力相等且小于其许用值，故具有较大的发电能力和较高的可靠性。

本发明中，基板和压电片厚度相等，限形面的半径为其中： h为压电振子总厚度，β＝E_m/E_p，E_m和E_p分别为基板和压电片材料的弹性模量，T_p和k₃₁分别为压电片材料的许用应力和机电耦合系数。

优势与特色：①钝体后方设置的挡板可有效调节钝体的耦合振动响应特性，易于通过调节二者最小间距、尺度等参数获得所需的钝体振动放大比，流速适应性及发电能力；②压电振子单向弯曲变形且变形量可控、应力分布均匀，故发电能力强、可靠性高。

附图说明

图1是本发明一个较佳实施例中发电机的结构示意图；

图2是图1的A-A剖视图；

图3是本发明一个较佳实施例中限形架的结构示意图；

图4是图3的俯视图；

图5是本发明一个较佳实施例中限形架与压电振子及弹性片安装后的结构示意图；