申请/专利权人：长江大学

申请日：2018-06-27

公开（公告）日：2024-07-05

公开（公告）号：CN108696184B

主分类号：H02N2/18

分类号：H02N2/18;H02J7/32

优先权：

专利状态码：有效-授权

法律状态：2024.07.05#授权;2018.11.16#实质审查的生效;2018.10.23#公开

摘要：本发明公开一种以U型梁单元压电发电机，其中，U型梁单元压电发电机包括转子组件和至少一振子组件，所述转子组件相对于所述振子组件转动，所述转子组件包括旋转轴和至少一第一磁体，所述第一磁体位于所述旋转轴周围，所述振子组件包括至少一U型梁，所述U型梁的表面设有压电片，所述U型梁的自由端还设有第二磁体，所述旋转轴旋转，带动所述第一磁体与所述第二磁体相对，所述第一磁体驱动所述第二磁体运动，带动所述U型梁的自由端运动，使所述压电片产生形变。本发明技术方案采用U型梁的设计，可以安全可靠的给各种电子设备充电，更高效的将机械能转换为电能。

主权项：1.一种U型梁单元压电发电机，其特征在于，所述U型梁单元压电发电机包括转子组件和至少一振子组件，所述转子组件相对于所述振子组件转动，所述转子组件包括旋转轴和至少一第一磁体，所述第一磁体位于所述旋转轴周围，所述振子组件包括U型梁，所述U型梁的表面设有压电片，所述U型梁上还设有第二磁体，所述旋转轴带动所述第一磁体与所述第二磁体相对旋转，所述第一磁体驱动所述第二磁体运动，带动所述U型梁的自由端运动，使所述压电片产生形变，所述转子组件还包括至少一组转盘，所述一组转盘套设于所述旋转轴，并与所述旋转轴通过键槽和卡环固定连接，所述一组转盘上设有至少一安装孔，所述第一磁体嵌于所述安装孔，所述一组转盘包括两个相同的转盘和一个夹在两个转盘之间的环形压片，所述环形压片把嵌入两个转盘安装孔中的第一磁体分开，所述两个转盘安装孔中的第一磁体一一相对，多个所述安装孔沿转盘的周向间隔设置，一个所述第一磁体嵌于一个所述安装孔，安装孔的数量大于U型梁的数量。

全文数据：U型梁单元压电发电机技术领域[0001]本发明涉及发电机技术领域，特别涉及一种U型梁单元压电发电机。背景技术[0002]在现代生活中，电子设备是人们日常生活中必不可少的通讯工具，因为电子设备的电池容量都是有限的，所以电池电量耗尽时需要充电。在没有电源的野外工作或者长途旅行中，电子设备没电的情况时有发生，这就给人们外出旅行或野外工作带来了不方便。然而环境中的机械能无处不在，利用压电效应实现机电转换的发电机可将这些能量收集起来，源源不断为电子器件提供能量。而且目前所用的电磁发电机能量转换密度不高，如果用利用压电效应实现机电转换的发电机取代传统的电磁发电机，它将会更高效的将机械能转换为电能，从而降低发电成本。发明内容[0003]本发明的主要目的是提供一种U型梁单元压电发电机，旨在安全可靠的给各种玩具、手机等电子设备充电，更高效的转换风能和波浪能为电能。[0004]为实现上述目的，本发明提供的U型梁单元压电发电机包括转子组件和至少一振子组件，所述转子组件相对于所述振子组件转动，所述转子组件包括旋转轴和至少一第一磁体，所述第一磁体位于所述旋转轴周围，所述振子组件包括至少一U型梁，所述U型梁的表面设有压电片，所述U型梁的自由端还设有第二磁体，所述旋转轴旋转，带动所述第一磁体与所述第二磁体相对，所述第一磁体驱动所述第二磁体运动，带动所述U型梁的自由端运动，使所述压电片产生形变。[0005]可选地，所述振子组件还包括基座，所述U型梁包括固定部、始端部、弯折部和终端部，所述固定部与所述基座卡合固定连接，所述始端部从固定部的一端向所述旋转轴的方向直线延伸，所述弯折部自始端部远离固定部的一端向平行所述旋转轴的方向弯折延伸，所述终端部自弯折部远离始端部的一端向远离旋转轴的方向弯折延伸。所述始端部、弯折部和或所述终端部的表面均设有压电片，所述第二磁体嵌于所述终端部的自由端。[0006]可选地，所述第二磁体嵌于所述终端部自由端与所述第一磁体相对。[0007]可选地，所述振子组件包括多个U型梁，多个所述U型梁沿所述基座的周向间隔设置，所述振子组件还包括基座，所述U型梁与所述基座固定连接，所述固定部卡合固定于所述基座安装槽内。[0008]可选地，所述转子组件还包括至少一组转盘，所述转盘套设于所述旋转轴，并与所述旋转轴固定连接，所述转盘上设有至少一安装孔，所述第一磁体嵌设于所述安装孔。[0009]可选地，所述转盘包括多个安装孔，多个所述安装孔沿所述转盘的周向间隔设置，一个所述第一磁体嵌于一个所述安装孔。[0010]可选地，所述第一磁体的厚度hi与所述转盘的厚度h2的关系为:hKh2。[0011]可选地，所述转子组件包括至少一组转盘，所述转盘固定于所述旋转轴上，每组所述转盘位于两个振子组件之间。[0012]可选地，所述U型梁单元压电发电机还包括外壳，所述外壳与所述基座卡合固定连接，所述U型梁单元压电发电机还包括端盖和轴承，所述端盖与所述外壳固定连接，所述端盖中心开设有安装孔，所述轴承安装于所述安装孔，并与所述端盖固定连接，所述旋转轴部分穿过所述轴承，并与所述轴承的内环固定连接。[0013]可选地，所述转子组件还包括至少一组转盘，所述转盘套设于所述旋转轴，并与所述旋转轴通过键槽和卡环固定连接，所述转盘上设有至少一安装孔，所述第一磁体嵌于所述安装孔。[0014]本发明的技术方案通过设置振子组件和转子组件，并在振子组件的U型梁表面设置压电片，U型梁的自由端设置第二磁体，以及在转子组件的转盘外缘设置第一磁体。当需要使用U型梁单元压电发电机时，转动旋转轴，第一磁体正对U型梁自由端的第二磁体时，当第一磁体与第二磁体的磁极是同性相对设置时，第一磁体与第二磁体之间产生相互排斥的磁力，从而第二磁体带动U型梁的自由端向远离第一磁体的方向运动，当第一磁体与第二磁体的磁极是异性相对设置时，第一磁体与第二磁体之间产生相互吸引的磁力，从而第二磁体带动U型梁的自由端向靠近第一磁体的方向运动，此时，设置在U型梁表面的压电片受到U型梁弹性形变的压合，压电片发生形变，从而产生电流，当第一磁体被旋转轴带动离开第二磁体的磁力范围时，U型梁恢复初始状态，在恢复的过程中U型梁再次压合压电片，压电片发生形变，从而再次产生电流。如此，本发明技术方案采用U型梁的设计，可以安全可靠的给各种电子设备充电，更高效的将机械能转换为电能。附图说明[0015]为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。[0016]图1为本U型梁单元压电发电机的俯视图；[0017]图2为图1中U型梁单元压电发电机一实施例沿A-A向的剖视图；[0018]图3为U型梁单元压电发电机振子组件和转子组件的结构示意图；[0019]图4为U型梁单元压电发电机振子组件的结构示意图；[0020]图5为U型梁单元压电发电机转子组件的结构示意图；[0021]图6为图5中U型梁单元压电发电机转子组件沿B-B向的剖视图；[0022]图7为U型梁单元压电发电机转盘的结构示意图。[0023]图8为U型梁单元压电发电机外壳和端盖的结构示意图。[0024]附图标号说明：[0025][0026]本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。具体实施方式[0027]下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。[0028]需要说明，本发明实施例中所有方向性指示诸如上、下、左、右、前、后……）仅用于解释在某一特定姿态如附图所示）下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。[0029]另外，在本发明中涉及“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。[0030]本发明提出一种U型梁单元压电发电机100。[0031]参照图1至图8,本发明技术方案提出一种U型梁单元压电发电机100,该U型梁单元压电发电机100包括转子组件10和至少一振子组件40,转子组件10相对于振子组件40转动，转子组件10包括旋转轴11和至少一第一磁体19,第一磁体19位于旋转轴11周围，可以理解的是，第一磁体19可以直接固定于转盘17或者通过其他方式与旋转轴11固定连接，振子组件40包括至少一U型梁20,在U型梁20的表面设有压电片24，U型梁20的自由端还设有第二磁体22,旋转轴11旋转，带动第一磁体19与第二磁体22相对，第一磁体19驱动第二磁体22运动，带动U型梁的自由端运动，使压电片24产生形变。[0032]本发明的技术方案通过设置振子组件40和转子组件10,并在振子组件40的U型梁20表面均设置压电片24，U型梁20的自由端设置第二磁体22,以及在转子组件10的转盘17设置第一磁体19。当需要使用U型梁单元压电发电机100时，转动旋转轴11，第一磁体19正对U型梁20自由端的第二磁体22时，当第一磁体19与第二磁体22的磁极是同性相对设置时，第一磁体19与第二磁体22之间产生相互排斥的磁力，从而第二磁体22带动U型梁20的自由端向远离第一磁体19的方向运动，当第一磁体19与第二磁体22的磁极是异性相对设置时，第一磁体19与第二磁体22之间产生相互吸引的磁力，从而第二磁体22带动U型梁20的自由端向靠近第一磁体19的方向运动。此时，设置在U型梁20表面的压电片24受到U型梁20弹性形变的压合，压电片24发生形变，从而产生电流，当第一磁体19被旋转轴11带动离开第二磁体22的磁力范围时，U型梁20恢复初始状态，在恢复的过程中U型梁20再次压合压电片24,压电片24发生形变，从而再次产生电流。如此，本发明技术方案可以安全可靠的给各种玩具或手机充电，还可以用于风力发电和海洋波浪能发电。[0033]驱动转子组件10可以采用弹簧储能系统或齿轮加速系统，利用弹性形变或齿轮驱动旋转轴11，或者通过手动转动旋转轴11，也可使U型梁单元压电发电机100运行。[0034]进一步地，参照图3、图4,振子组件40还包括基座30，U型梁20包括固定部29、始端部27、弯折部25和终端部21，固定部29与基座30的安装槽卡合固定连接，始端部27从固定部29的一端向旋转轴方向直线延伸，弯折部25自始端部27远离固定部29的一端向平行旋转轴11的方向折弯延伸，始端部27、弯折部25和或终端部21的表面均设有压电片24,第二磁体22设于终端部21的自由端。在本实施例中，将基座30外缘呈环形设置并均匀分布三个凸起部33,内缘呈正多边形设置，如此设置可以使得方便的使基座30的凸起部33卡合固定在外壳50的第一凹陷部51内，同时方便的使U型梁的固定部29卡合固定在基座内缘正多变形间隔边所对应的安装槽31内。当然将固定部29卡合于基座30的安装槽31内仅为固定连接的一种实施方式，还可以通过螺栓将固定部29与基座30固定连接未图示），或者在基座30设置凸台（未图示），再将固定部29通过贯穿孔未图示）固定在凸台，均在本发明的保护范围之内。可以理解的是，始端部27、弯折部25和终端部21均呈直角设置，如此设置可以使U型梁20在振动的过程中产更多的变形，从而使压合压电片24的效果更好，U型梁单元压电发电机100的发电效果更好。并且，在始端部27、弯折部25和终端部21的上下表面均设置压电片24可以使压电片24充分利用U型梁20表面的拉压应变，从而使发电效率更高，当然在考虑成本的前提下，也可单独在U型梁20的外表面或内表面设置压电片24。以及终端部21还设有第二磁体22,在终端部21自由端设置第二磁体22可以使当第二磁体22受到磁力作用时产生的力矩更大，从而使U型梁20变形效果更好，U型梁单元压电发电机100的发电效率更高。[0035]终端部21邻近第一磁体19的一端内部设有第二磁体22。在终端部21的自由端设置第二磁体22，如此设置可以使U型梁20在振动过程中的变形量最大，从而使压合压电片24的效果最好，进而U型梁单元压电发电机100具有更好的发电效率。[0036]在本实施例中，所述U型梁20的U型口的开口朝向远离所述旋转轴11的方向，所述第二磁体22设置在所述终端部21的自由端的端部，如此设置可以使多个U型梁20上的第二磁体22间距最大化，避免第二磁体22之间因相互靠得过近产生干扰，也避免了U型梁20的终端部21在振动过程中可能会出现的相互干扰，进而U型梁单元压电发电机100具有更好的发电效率。[0037]进一步地，参照图2至图4，振子组件40包括多个U型梁20，多个U型梁20沿基座30的周向间隔设置，固定部21卡合固定于基座30的安装槽31中。周向间隔设置在基座30上的U型梁20可以使U型梁20的排布方式最好，充分利用了基座30的安装空间，又使U型梁20自由端的第二磁体22相互不受影响。在本实施例中，固定部29卡合固定于基座30的安装槽31之中可以使得固定效果很好，或者，将固定部29通过螺栓与基座30固定连接，也可以将U型梁20很好的固定。[0038]在本实施例中，参照5、图6、图7,转子组件10还包括至少一组两个转盘17和一个环状压片16,两个转盘17套设于旋转轴11，并与旋转轴11固定连接，在两个转盘中间夹一环状压片16用以分隔两个转盘周边的第一磁体22,转盘17上设有至少一安装孔15,第一磁体19嵌设于安装孔15。转盘17上还设有键槽18,旋转轴11上还设有键体未图示），通过键槽18与键体的卡合，将一组两个转盘17固定在旋转轴11上，并且旋转轴11上还套设有卡环12,卡环12卡持于转轴11的卡槽14中，使转轴上的轴承12和转盘17在轴向方向得以固定。将第一磁体19嵌设于安装孔15可以节省空间，并且使得转盘17能更好的转动，从而使U型梁单元压电发电机100更好的发电。[0039]进一步地，两个转盘17上的第一磁体22的同极相对，环状压片16设置在两个转盘17用以分隔两个转盘周边的第一磁体22,避免两个转盘17上的第一磁体22之间的斥力过大。[0040]进一步地，转盘17包括多个安装孔15,多个安装孔15沿转盘17的周向间隔设置，一个第一磁体19嵌设于一个安装孔15。多个第一磁体19嵌设于多个周向间隔设置的安装孔15可以使第一磁体19与第二磁体22的相互作用更充分，从而使得压电片24的效率更高。并且安装孔15的数量远大于U型梁20的数量，可以使U型梁产生高频振动，压电片24收获更多的能量。如此设置可以使得U型梁单元压电发电机100的发电效果最好。[0041]进一步地，第一磁体19的厚度hi与转盘17的厚度h2的关系为:hlh2。也即，第一磁体19最多与转盘17持平，这样即使第二磁体22与第一磁体19以异性磁极相对的方式安装时，转盘17也能很好的转动，不影响U型梁单元压电发电机100正常工作。[0042]参照图1、图2和图8,进一步地，U型梁单元压电发电机100还包括外壳50,外壳50与基座30卡合连接，具体的，外壳50的端部设有至少一凹陷部51，基座30设有至少一凸起部33,凹陷部51与凸起部33卡合，将基座30与外壳50固定连接，U型梁单元压电发电机100还包括端盖60和轴承11，端盖60与外壳50固定连接，端盖60的表面开设有安装孔62,轴承13安装于安装孔62,并与端盖60固定连接，旋转轴11部分穿过轴承13,并与轴承13的内环固定连接。在本实施例中，通过端盖60的至少一凸起部61和外壳50的至少一凹陷部51和或52将二者固定连接，当然还可以通过在端盖60和外壳50设置螺纹孔，通过螺接件将二者螺接，均在本发明的保护范围之内。[0043]以上所述仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是在本发明的发明构思下，利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接间接运用在其他相关的技术领域均包括在本发明的专利保护范围内。

权利要求：1.一种U型梁单元压电发电机，其特征在于，所述U型梁单元压电发电机包括转子组件和至少一振子组件，所述转子组件相对于所述振子组件转动，所述转子组件包括旋转轴和至少一第一磁体，所述第一磁体位于所述旋转轴周围，所述振子组件包括U型梁，所述U型梁的表面设有压电片，所述U型梁上还设有第二磁体，所述旋转轴旋转，带动所述第一磁体与所述第二磁体相对，所述第一磁体驱动所述第二磁体运动，带动所述U型梁的自由端运动，使所述压电片产生形变。2.如权利要求1所述的U型梁单元压电发电机，其特征在于，所述振子组件还包括基座，所述U型梁包括固定部、始端部、弯折部和终端部，所述固定部与所述基座固定连接，所述始端部从固定部的一端向所述旋转轴的方向直线延伸，所述弯折部自始端部远离固定部的一端向平行所述旋转轴的方向弯折延伸，所述终端部自弯折部远离始端部的一端向远离旋转轴的方向弯折延伸。所述始端部、弯折部的表面均设有压电片，所述第二磁体嵌于所述终端部的自由端。3.如权利要求2所述的U型梁单元压电发电机，其特征在于，所述终端部表面设有压电片。4.如权利要求2或3所述的U型梁单元压电发电机，其特征在于，所述U型梁沿所述基座的周向间隔设置，所述基座还包括安装槽，所述固定部卡合固定于所述基座安装槽内，所述第二磁体嵌于所述终端部自由端与所述第一磁体相对。5.如权利要求4所述的U型梁单元压电发电机，其特征在于，所述U型梁的U型口的开口朝向远离所述旋转轴的方向，所述第二磁体设置在所述终端部的自由端的端部。6.如权利要求5所述的U型梁单元压电发电机，其特征在于，所述转子组件还包括至少一组转盘，所述转盘套设于所述旋转轴，并与所述旋转轴通过键槽和卡环固定连接，所述转盘上设有至少一安装孔，所述第一磁体嵌于所述安装孔。7.如权利要求6所述的U型梁单元压电发电机，其特征在于，所述一组转盘包括两个相同的所述转盘和一个夹在两个所述转盘之间的环形压片，所述环形压片把嵌入两个转盘安装孔中的第一磁体分开，所述两个转盘安装孔中的第一磁体一一相对。8.如权利要求7所述的U型梁单元压电发电机，其特征在于，所述转盘包括多个安装孔，多个所述安装孔沿所述转盘的周向间隔设置，一个所述第一磁体嵌于一个所述安装孔。9.如权利要求8所述的U型梁单元压电发电机，其特征在于，所述第一磁体的厚度hi与所述转盘的厚度h2的关系为:hlh2。10.如权利要求9所述的U型梁单元压电发电机，其特征在于，所述转子组件包括至少一组转盘，所述转盘固定于所述旋转轴上，每组所述转盘位于两个振子组件之间。

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