一種磁耦合流致振動(dòng)型壓電自發(fā)電電池的制作方法

本發(fā)明屬于壓電發(fā)電領(lǐng)域，具體涉及一種磁耦合流致振動(dòng)型壓電自發(fā)電電池。

背景技術(shù)：

近年來，隨著微機(jī)電設(shè)備(mems)在無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)、軍事武器、航空航天、醫(yī)療等領(lǐng)域的應(yīng)用，微機(jī)電設(shè)備供電問題引起人們廣泛關(guān)注。傳統(tǒng)化學(xué)電池存在電池壽命有限、不易于集成、環(huán)境適應(yīng)性差和有污染等問題，傳統(tǒng)線路直接供電并不能應(yīng)用于特定場合的微機(jī)電設(shè)備。因此，自供電設(shè)備越來越受關(guān)注，利用太陽能發(fā)電、電磁發(fā)電、溫差發(fā)電、振動(dòng)發(fā)電、風(fēng)力發(fā)電等設(shè)備層出不窮，但其各有利弊。其中利用流致振動(dòng)促使壓電發(fā)電單元發(fā)電的自供電裝置由于利于集成、環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)和使用壽命長等優(yōu)點(diǎn)成為熱門研究方向。然而現(xiàn)有利用流體運(yùn)動(dòng)促使壓電發(fā)電單元振動(dòng)的壓電俘能裝置將流體轉(zhuǎn)化為機(jī)械結(jié)構(gòu)旋轉(zhuǎn)，再用旋轉(zhuǎn)構(gòu)件直接作用在壓電懸臂梁上，此種方式壓電懸臂梁對旋轉(zhuǎn)構(gòu)件的阻力較大，當(dāng)流體動(dòng)能較小時(shí)無法工作，且壓電懸臂梁工作頻帶較窄，發(fā)電效率較低。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為了解決目前現(xiàn)有利用流體動(dòng)能的壓電自發(fā)電裝置傳動(dòng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜、動(dòng)力部分與發(fā)電部分不能分開、旋轉(zhuǎn)構(gòu)件受阻力較大導(dǎo)致發(fā)電效率較低等問題，提出了一種磁耦合流致振動(dòng)型壓電自發(fā)電電池。該磁耦合流致振動(dòng)型壓電自發(fā)電電池由電池外殼、壓電懸臂梁、導(dǎo)流盒、葉輪和永久磁鐵組成，其中電池外殼與壓電懸臂梁組成了壓電發(fā)電單元，連接好永久磁鐵的葉輪安裝在導(dǎo)流盒上組成振動(dòng)發(fā)生單元，當(dāng)振動(dòng)發(fā)生單元連接在壓電發(fā)電單元上端，流體穿過導(dǎo)流盒時(shí)，葉輪發(fā)生旋轉(zhuǎn)，此時(shí)電池外殼內(nèi)壓電懸臂梁在旋轉(zhuǎn)葉輪上永久磁鐵和壓電懸臂梁末端磁性質(zhì)量塊磁力作用下發(fā)生振動(dòng)，壓電懸臂梁上壓電片發(fā)出的電能通過整流裝置和儲(chǔ)能電容將能量儲(chǔ)存，再通過導(dǎo)線引到微機(jī)電設(shè)備，可以滿足微機(jī)電設(shè)備自供電需求。該裝置振動(dòng)發(fā)生單元與壓電發(fā)電單元并不在一個(gè)密封腔，結(jié)構(gòu)上相對獨(dú)立，由磁性力傳遞運(yùn)動(dòng)，具有結(jié)構(gòu)簡單、易于集成、發(fā)電效率較高等優(yōu)點(diǎn)。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：

本發(fā)明一種磁耦合流致振動(dòng)型壓電自發(fā)電電池，包括：電池外殼(1)、三個(gè)壓電懸臂梁(2)、導(dǎo)流盒(3)，其特征在于還包括葉輪(4)和永久磁鐵(5)，其中：所述電池外殼(1)是一長方形殼體，殼底內(nèi)部均布三個(gè)矩形沉槽(11)；所述壓電懸臂梁(2)由矩形彈性基板(21)、壓電片(22)和磁性質(zhì)量塊(23)組成，壓電片(22)粘貼在矩形彈性基板(21)上下表面，磁性質(zhì)量塊(23)粘貼在矩形彈性基板(21)末端上下表面；所述壓電懸臂梁(2)未粘磁性質(zhì)量塊(23)那一端安裝在電池外殼(1)殼底內(nèi)部的矩形沉槽(11)中；所述電池外殼(1)與三個(gè)壓電懸臂梁(2)組成了壓電發(fā)電單元；所述導(dǎo)流盒(3)是一沒有左右殼的立方殼體，前后殼內(nèi)表面正中布置一圓形沉槽(31)；所述葉輪(4)由一根軸和軸上陣列的4個(gè)葉片組成；所述永久磁鐵(5)連接在葉輪(4)上葉片的外緣表面；所述連接好永久磁鐵(5)的葉輪(4)兩軸端間隙配合安裝在導(dǎo)流盒(3)前后殼的圓形沉槽(31)中組成振動(dòng)發(fā)生單元；所述壓電發(fā)電單元頂面與振動(dòng)發(fā)生單元底面連接。

所述一種磁耦合流致振動(dòng)型壓電自發(fā)電電池，其特征在于：所述葉輪(4)葉片可為矩形葉片，矩形葉片末端連接有沒有上、下面的長方形殼體。

所述一種磁耦合流致振動(dòng)型壓電自發(fā)電電池，其特征在于：所述葉輪(4)葉片可為渦輪型葉片。

所述一種磁耦合流致振動(dòng)型壓電自發(fā)電電池，其特征在于：所述葉輪(4)葉片可為風(fēng)扇型葉片。

工作時(shí)，該磁耦合流致振動(dòng)型壓電自發(fā)電電池布置于流體管道、無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)或受氣流作用的微機(jī)電設(shè)備時(shí)，當(dāng)流體穿過導(dǎo)流盒時(shí)，導(dǎo)流盒上安裝的葉輪在流體動(dòng)力下發(fā)生旋轉(zhuǎn)，此時(shí)電池外殼內(nèi)安裝的壓電懸臂梁在旋轉(zhuǎn)葉輪上永久磁鐵和壓電懸臂梁末端磁性質(zhì)量塊磁力作用下發(fā)生振動(dòng)，壓電懸臂梁上壓電片發(fā)出的電能通過整流裝置和儲(chǔ)能電容將能量儲(chǔ)存，再通過導(dǎo)線引到微機(jī)電設(shè)備，可以滿足微機(jī)電設(shè)備自供電需求。該裝置振動(dòng)發(fā)生單元與壓電發(fā)電單元并不在一個(gè)密封腔，結(jié)構(gòu)上相對獨(dú)立，由磁性力傳遞運(yùn)動(dòng)，具有結(jié)構(gòu)簡單、易于集成、發(fā)電效率較高等優(yōu)點(diǎn)。

附圖說明

圖1是本發(fā)明的一種磁耦合流致振動(dòng)型壓電自發(fā)電電池安裝關(guān)系示意圖。

圖2是本發(fā)明的一種磁耦合流致振動(dòng)型壓電自發(fā)電電池振動(dòng)發(fā)生單元右視圖。

圖3是本發(fā)明的一種磁耦合流致振動(dòng)型壓電自發(fā)電電池壓電發(fā)電單元剖視圖。

圖4是本發(fā)明的一種磁耦合流致振動(dòng)型壓電自發(fā)電電池旋轉(zhuǎn)葉輪的四種結(jié)構(gòu)形式等軸測示意圖。

具體實(shí)施方式

參照圖1、圖2和圖3，本發(fā)明一種磁耦合流致振動(dòng)型壓電自發(fā)電電池包括：電池外殼(1)、三個(gè)壓電懸臂梁(2)、導(dǎo)流盒(3)，其特征在于還包括葉輪(4)和永久磁鐵(5)，其中：所述電池外殼(1)是一長方形殼體，殼底內(nèi)部均布三個(gè)矩形沉槽(11)；所述壓電懸臂梁(2)由矩形彈性基板(21)、壓電片(22)和磁性質(zhì)量塊(23)組成，壓電片(22)粘貼在矩形彈性基板(21)上下表面，磁性質(zhì)量塊(23)粘貼在矩形彈性基板(21)末端上下表面；所述壓電懸臂梁(2)未粘磁性質(zhì)量塊(23)那一端安裝在電池外殼(1)殼底內(nèi)部的矩形沉槽(11)中；所述電池外殼(1)與三個(gè)壓電懸臂梁(2)組成了壓電發(fā)電單元；所述導(dǎo)流盒(3)是一沒有左右殼的立方殼體，前后殼內(nèi)表面正中布置一圓形沉槽(31)；所述葉輪(4)由一根軸和軸上陣列的4個(gè)葉片組成；所述永久磁鐵(5)連接在葉輪(4)上葉片的外緣表面；所述連接好永久磁鐵(5)的葉輪(4)兩軸端間隙配合安裝在導(dǎo)流盒(3)前后殼的圓形沉槽(31)中組成振動(dòng)發(fā)生單元；所述壓電發(fā)電單元頂面與振動(dòng)發(fā)生單元底面連接。

所述一種磁耦合流致振動(dòng)型壓電自發(fā)電電池，其特征在于：所述葉輪(4)葉片可為矩形葉片，矩形葉片末端連接有沒有上、下面的長方形殼體。

所述一種磁耦合流致振動(dòng)型壓電自發(fā)電電池，其特征在于：所述葉輪(4)葉片可為渦輪型葉片。

所述一種磁耦合流致振動(dòng)型壓電自發(fā)電電池，其特征在于：所述葉輪(4)葉片可為風(fēng)扇型葉片。

工作時(shí)，該磁耦合流致振動(dòng)型壓電自發(fā)電電池布置于流體管道、無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)或受氣流作用的微機(jī)電設(shè)備時(shí)，當(dāng)流體穿過導(dǎo)流盒時(shí)，導(dǎo)流盒上安裝的葉輪在流體動(dòng)力下發(fā)生旋轉(zhuǎn)，此時(shí)電池外殼內(nèi)安裝的壓電懸臂梁在旋轉(zhuǎn)葉輪上永久磁鐵和壓電懸臂梁末端磁性質(zhì)量塊磁力作用下發(fā)生振動(dòng)，壓電懸臂梁上壓電片發(fā)出的電能通過整流裝置和儲(chǔ)能電容將能量儲(chǔ)存，再通過導(dǎo)線引到微機(jī)電設(shè)備，可以滿足微機(jī)電設(shè)備自供電需求。該裝置振動(dòng)發(fā)生單元與壓電發(fā)電單元并不在一個(gè)密封腔，結(jié)構(gòu)上相對獨(dú)立，由磁性力傳遞運(yùn)動(dòng)，具有結(jié)構(gòu)簡單、易于集成、發(fā)電效率較高等優(yōu)點(diǎn)。

技術(shù)特征：

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明涉及一種磁耦合流致振動(dòng)型壓電自發(fā)電電池，包括：電池外殼、壓電懸臂梁、導(dǎo)流盒、葉輪和永久磁鐵。其中：所述電池外殼與壓電懸臂梁組成了壓電發(fā)電單元；所述導(dǎo)流盒、葉輪與永久磁鐵組成了振動(dòng)發(fā)生單元；所述壓電發(fā)電單元與振動(dòng)發(fā)生單元連接成自發(fā)電電池。當(dāng)氣流或液流通過導(dǎo)流盒時(shí)，會(huì)帶動(dòng)葉輪旋轉(zhuǎn)，葉輪邊緣布置有永久磁鐵，在永久磁鐵磁力作用下，布置于其下方電池外殼內(nèi)的壓電懸臂梁發(fā)生擺動(dòng)，從而將機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能。當(dāng)該裝置布置于機(jī)電設(shè)備液壓管道、無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)或受氣流作用的微機(jī)電設(shè)備時(shí)，可以滿足設(shè)備健康監(jiān)測或自供電的需求，具有結(jié)構(gòu)簡單、易于集成、發(fā)電效率可靠等優(yōu)點(diǎn)。

技術(shù)研發(fā)人員：吳越;劉清華;范尊強(qiáng);韋東東;楊志剛;孫曉東;楊魯義
受保護(hù)的技術(shù)使用者：吉林大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：2017.06.15
技術(shù)公布日：2017.08.22