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申请/专利权人：长沙紫宸科技开发有限公司

摘要：一种利用风能和人畜力作功的压电发电装置，主要包括筒体、主轴、滚轮、压电元件和动力机构、电控系统，主轴通过轴承固定在筒体的中心，筒体内部分为至少一层且每层设有至少一组压电元件和2～8个滚轮，各组压电元件固定于筒体内壁和或筒体内的环形支撑平面上，所有滚轮均与主轴连接，动力机构与主轴相连，电控系统与各组压电元件电连接，电控系统设置在筒体外壁上或筒体内底部或筒体顶部或独立设置。本发明以利用风能的动力机构和或利用人畜力的动力机构带动主轴驱动滚轮旋转作功，以多层多个滚轮对多个压电元件实施均匀且高频次的碾挤压，提高发电效率，提高发电能力，利于压电材料发电的实施与利用。

主权项：1.一种利用风能和人畜力作功的压电发电装置，其特征在于，主要包括筒体、主轴、滚轮、压电元件和动力机构、电控系统，主轴通过轴承固定在筒体的中心，筒体内部分为至少一层且每层设有至少一组压电元件和2～8个滚轮，N个压电元件构成一组，N≥2，各组压电元件固定于筒体内壁和筒体内的环形支撑平面上，所有滚轮均与主轴连接，可随主轴旋转的滚轮碾压筒体内环形支撑平面上的压电元件和挤压筒体内壁上的压电元件，用于驱动主轴旋转的动力机构与主轴相连，电控系统与各组压电元件电连接，电控系统设置在筒体外壁上或筒体内底部或筒体顶部或独立设置；每层的每个滚轮通过对应滚轮架和固定轴套连接，固定轴套固定在主轴上；滚轮包括碾压轮和挤压轮；可随主轴旋转的碾压轮碾压筒体内环形支撑平面上的压电元件，可随主轴旋转的挤压轮挤压筒体内壁上的压电元件；所述压电发电装置还设有压力调节机构，压力调节机构包括碾压轮调节构件和挤压轮调节构件，碾压轮调节构件用于调节碾压轮对筒体内环形支撑平面上压电元件的压力，挤压轮调节构件用于调节挤压轮对筒体内壁上压电元件的压力；所述碾压轮调节构件为锁紧螺栓，固定轴套通过锁紧螺栓与主轴连接；通过调节锁紧螺栓与主轴的连接位置，可沿主轴轴向调节碾压轮对筒体内环形支撑平面上压电元件的压力大小；所述挤压轮调节构件包括U形调节片板和弹簧；U形调节片板设于滚轮架与挤压轮的中心轴连接处，滚轮架与U形调节片板固连，挤压轮的中心轴通过螺栓锁紧于U形调节片板的U形槽内，通过调节挤压轮中心轴在U形调节片板的U形槽内的锁紧位置，可实现挤压轮与压电元件之间的压力大小的调节；弹簧一端固定在滚轮架上，弹簧另一端压紧于挤压轮中心轴端部，在弹簧的作用下，可将挤压轮压紧在筒体内壁的压电元件上，提高挤压轮对筒体内壁上压电元件的压力。

全文数据：一种利用风能和人畜力作功的压电发电装置技术领域[0001]本发明涉及新能源技术领域，具体涉及一种可利用风能和人畜力作功的家用压电发电装置。背景技术[0002]现代的生活和生产都离不开电力。但是当前仍以燃煤火电为主，火电是用矿物质能源煤燃烧转化为蒸汽能发电，一则产生大量的温室气体C〇2和S〇2、CO、NOx及未燃尽碳氢化合物，破坏地球生态环境，二则燃料转化为电力的过程中损失了约三分之二的能量。在清洁能源领域，压电材料作为一种环保能源材料，近年来倍受人们的关注，目前，广大科技工作者利用压电材料进行能量收集并发电的研究也范围广泛名，但至今未见可实际应用于家庭或乡村供电的可行压电发电的技术方案。[0003]中国专利CN201510041096.0公开了一种采集风能的压电发电装置，其利用风力吹动风扇带动转轴驱动飞轮和连杆驱动冲击块来回直线运动撞击固定在固定板和固定块之间的悬臂梁压电振子使之产生形变发电，此专利存在以下问题，其一，将旋转动能转化为直线运动撞击动能时，受摩擦等影响，能量损耗较大，效率低;其二，利用悬臂梁压电发电受安装限制，压电振子受力不均，易产生疲劳断裂现象，其三，利用悬臂梁安装撞击发电方式，发电能量密度小，发电效率极低且无法大功率发电，不能满足家庭或乡村用电需求。[0004]中国专利201510523531.3提供了一种非同步车辆荷载作用下的道路压电发电系统，包括箱体，箱体内设置有活塞，活塞上安装伸出箱体上表面的活塞杆，活塞杆伸出箱体外表面的端部安装有受力盘;箱体的固定卡槽上安装有压电陶瓷片，多个压电陶瓷片之间并联，每个压电陶瓷片下方的箱体上设置有变形凹槽，活塞和压电陶瓷片之间的箱体内填充有液压油，发电系统通过车轮压动受力盘推动活塞杆并以液压油为压电陶瓷片提供压力;此专利存在以下缺点，一是活塞推动液压油为压电陶瓷片提供压力反应速度慢，发电效率受影响极大；二是压电陶瓷片形变量非常有限，利用液压油用活塞推动液压油推动可能对压电陶瓷片造成损伤或漏油不产生形变无法有效发电;三是密封要求高，故障率高，检修维护麻烦，投入和检修成本居高不下，亦不适宜于解决家庭用电或乡村用电的需求。发明内容[0005]本发明所要解决的技术问题是，为了克服现有技术不足，提供一种便于利用自然风能和或人畜力作功，且结构较简单，使用方便、安全耐用并可满足家庭或乡村用电的压电发电装置。[0006]本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种利用风能和人畜力作功的压电发电装置，主要包括筒体、主轴、滚轮、压电元件和动力机构、电控系统，主轴通过轴承固定在筒体的中心，筒体内部设有至少一层且每层设有至少一组压电元件和2〜8个滚轮，N个压电元件构成一组，N彡2,各组压电元件固定于筒体内壁和或筒体内的环形支撑平面上，所有滚轮均与主轴连接，可随主轴旋转的滚轮碾压筒体内环形支撑平面上的压电元件和或挤压筒体内壁上的压电元件，用于驱动主轴旋转的动力机构与主轴相连，电控系统与各组压电元件电连接，电控系统设置在筒体外壁上或筒体内底部或筒体顶部或独立设置。[0007]进一步，每层的每个滚轮通过对应的滚轮架和同一层的固定轴套连接，固定轴套固定在主轴上;滚轮包括碾压轮和或挤压轮，可随主轴旋转的碾压轮碾压筒体内环形支撑平面上的压电元件，可随主轴旋转的挤压轮挤压筒体内壁上的压电元件。[0008]进一步，所述动力机构包括利用风能的动力机构和或利用人畜力的动力机构，所述利用风能的动力机构包括风勺和或风轮和或叶轮，所述利用人畜力的动力机构包括杠杆机构或摇臂机构或蓄能拉力机构或脚踏机构，利用人畜力的动力机构与主轴以固定式或便拆卸式连接。[0009]进一步，所述杠杆机构、摇臂机构、蓄能拉力机构和脚踏机构均为可驱动主轴旋转的成熟技术。[0010]进一步，所述压电发电装置还可设有压力调节机构，压力调节机构包括碾压轮调节构件和或挤压轮调节构件，碾压轮调节构件可调节碾压轮对筒体内环形支撑平面上压电元件的压力，挤压轮调节构件可调节挤压轮对筒体内壁上压电元件的压力。[0011]进一步，所述碾压轮调节构件优选为锁紧螺栓，固定轴套通过锁紧螺栓与主轴连接。通过调节锁紧螺栓与主轴的连接位置，可沿主轴轴向调节碾压轮对筒体内环形支撑平面上压电元件的压力大小。[0012]进一步，所述挤压轮调节构件的优选方案为包括u形调节片板和或弹簧;u形调节片板设于滚轮架与挤压轮的中心轴连接处，滚轮架与u形调节片板固连，挤压轮的中心轴通过螺栓锁紧于U形调节片板的U形槽内。通过调节挤压轮中心轴在U形调节片板的U形槽内的锁紧位置，可实现挤压轮与压电元件之间的压力大小的调节。弹簧一端固定在滚轮架上，弹簧另一端压紧于挤压轮中心轴端部。在弹簧的作用下，可将挤压轮压紧在筒体内壁的压电元件上，提高挤压轮对筒体内壁上压电元件的压力。[0013]进一步，所述电控系统包括公知成熟应用的整流滤波稳压电路，还可包括蓄电设备，整流滤波稳压电路通过母线与蓄电设备相连;所述每组压电元件所发电能经过整流滤波稳压电路后汇流至母线，并通过蓄电设备存储或直接为外部负载供给电能。[0014]进一步，每层可同时被滚轮挤压的压电元件并联电连接，并构成一个压电元件组，各压电元件组的输出端分别与不同的二极管串接后再并联至电控系统的母线。在二极管的作用下，防止受压压电元件组所发电能为其他未受力组压电元件供电，产生逆压电效应，增加压电元件间电能损耗，增大滚轮挤压阻力。[0015]进一步，所述筒体还包括筒体固定座，可将压电发电装置牢固固定在地面上或建构物上。[0016]本发明在有风的时候利用自然风能驱动风勺风轮叶轮传动主轴或在无风时以人畜力驱动杠杆机构或摇臂机构或蓄能拉力机构或脚踏机构传动主轴，主轴带动多组多个滚轮旋转，对筒体内环形支撑平面上的多组多个压电元件和或筒体内壁上的多组多个压电元件实施均匀且高频次的碾挤压，为压电元件提供发电所需压力，并通过电控系统对所发电能进行整流滤波稳压汇流后由储能设备存储或直接供给电能，简单实用。[0017]本发明的有益效果：1、本利用风能和人畜力作功的压电发电装置，以利用风能的动力机构和或利用人畜力的动力机构带动主轴驱动滚轮旋转作功，以多层多个滚轮对多个压电元件实施均匀且高频次的碾挤压，提高发电效率，提高发电能力，利于压电材料发电的实施与利用。[0018]2、结构较简单，压电元件受压均匀且可设置分组二极管单向导通，避免出现逆压电效应，可大幅度减少压电元件的内部电能损耗，发电能量密度大，可高效利用风能和人畜力作功并压电发电。[0019]3、使用较方便，安全耐用可适应于乡村家用或风力充足地区利用压电元件发电，清洁无污染，满足乡村家庭生活、生产用电，利于压电材料发电的运用和进一步推广。附图说明[0020]图1为本发明实施例1的结构示意图；图2为图1的A-A的剖视结构示意图；图3为图1的B-B的剖视结构示意图；图4为本发明实施例2的结构示意图；图5为图4的C-C剖视结构示意图；图6为本发明实施例3的结构示意图；图7为图6的D-D剖视结构示意图；图8为本发明实施例4的结构示意图。[0021]图中：1_筒体，101-环形支撑平面，102-筒体固定座，2-主轴，201-轴承，3-滚轮，301-滚轮架，302-固定轴套，31-碾压轮，32-挤压轮，4-压电元件，5-动力机构，501-风轮，502-叶轮，503-杠杆机构，504-摇臂机构，6-电控系统，7-压力调节机构，701-碾压轮调节构件;702-挤压轮调节构件，703-弹簧。具体实施方式[0022]下面结合附图及实施例对本发明作进一步说明。[0023]实施例1参照图1、图2和图3,一种利用风能和人畜力作功的压电发电装置，主要包括筒体1、主轴2、滚轮3、压电元件4、动力机构5和电控系统6,所述主轴2通过轴承201固定在筒体1的中心，筒体1内部分为四层且每层设有六组压电元件4和六个滚轮3，N个压电元件4构成一组，N彡2,各组压电元件4设置在筒体1内的环形支撑平面101上，滚轮3与主轴2连接，可随主轴2旋转的滚轮3碾压筒体1内环形支撑平面101上的压电元件4;动力机构5与主轴2相连，用于驱动主轴2旋转;电控系统6与各组压电元件4连接，电控系统6设置在筒体1外壁上；每层的每个滚轮3通过对应滚轮架301和同一层的固定轴套302连接，固定轴套302固定在主轴2上。所述滚轮3为碾压轮31，可随主轴2旋转的碾压轮31碾压筒体1内环形支撑平面101上的压电元件4。[0024]所述动力机构5为利用风能的动力机构，利用风能的动力机构为风轮5〇1。[0025]所述电控系统6包括公知成熟应用的整流滤波稳压电路（图中未示出），还包括蓄电设备（图中未示出），整流滤波稳压电路通过母线（图中未示出）与蓄电设备相连;每组压电元件所发电能经过整流滤波稳压电路后汇流至母线，通过蓄电设备存储或直接为外部负载供给电能。[0026]每层可同时被滚轮3挤压的压电元件4并联电连接，并构成一个压电元件组，各压电元件组的输出端分别与不同的二极管串接后再并联至电控系统的母线。在二极管的作用下，防止受压压电元件组所发电能为其他未受力组压电元件供电，产生逆压电效应，增加压电元件间电能损耗，增大滚轮挤压阻力。[0027]所述筒体1还设有筒体固定座102，可将压电发电装置牢固的固定在地面上。[0028]有风的时候，利用自然风能通过风轮501驱动主轴2,主轴2带动多组多个滚轮3旋转，对筒体1内环形支撑平面101上的多组多个压电元件4实施均匀且高频次的碾挤压，为压电元件4提供发电所需压力，并通过电控系统6对所发电能进行整流滤波稳压汇流后由储能设备存储或直接供给电能，简单实用。[0029]工作过程，将压电发电装置通过筒体固定座102固定在地面上，以便于利用的自然界风能，直接驱动风轮501传动主轴2,带动滚轮3旋转，对筒体1内环形支架平面101上的多个压电元件4实施均匀且高频次的挤压，为压电元件提供发电所需压力，并通过电控系统6对所发电能进行整流滤波稳压汇流等处理后供给电能。[0030]实施例2参照图4和图5,本实施例之利用风能和人畜力作功的压电发电装置，与实施例1的区别在于：筒体1内部分为三层且每层设有六组压电元件4和六个滚轮3。各组压电元件4固定于筒体1内壁。可随主轴2旋转的滚轮3挤压筒体1内壁上的压电元件4。所述动力机构5为利用风能的叶轮502和利用人力的摇臂机构504。[0031]所述摇臂机构504固定在筒体1顶部，包括摇臂、位于摇臂一端的大锥齿轮和位于主轴上的小锥齿轮，大锥齿轮和小锥齿轮啮合。通过人工摇动摇臂带动大锥齿轮旋转，驱动位于主轴上的小锥齿轮旋转。所述摇臂机构504与主轴2可通过推拉实现啮合和分离。在有风时使用风能发电，无风时使用人力发电。所述电控系统6设置在筒体1的顶部。每层的每个滚轮3通过对应滚轮架301和同一层的固定轴套302连接，固定轴套302固定在主轴2上。所述滚轮3为挤压轮32,可随主轴2旋转的挤压轮32挤压筒体1内壁上的压电元件4。所述压电发电装置还设有压力调节机构7,所述压力调节机构7为挤压轮调节构件702,所述挤压轮调节构件702包括U形调节片板，U形调节片板设于滚轮架301与挤压轮32的中心轴连接处，滚轮架301与U形调节片板固连，挤压轮32的中心轴通过螺栓锁紧于U形调节片板的U形槽内。通过调节挤压轮32中心轴在U形调节片板的U形槽内的锁紧位置，可实现挤压轮32与筒体1内壁上压电元件4间的压力大小的调节。[0032]其余同实施例1。[0033]实施例3参照图6和图7,本实施例之利用风能和人畜力作功的压电发电装置，与实施例1的区别在于：筒体1内部分为六层且每层设有四组压电元件4和八个滚轮3。压电元件4固定于筒体1内壁和筒体1内的环形支撑平面101上。位于同一层的八个滚轮3包括四个碾压轮31和四个挤压轮32,每层的四个碾压轮31和四个挤压轮32对称间隔布置并与主轴2连接。四个挤压轮32随主轴2旋转挤压筒体1内位于壁上的压电元件4,四个碾压轮31随主轴2旋转碾压位于筒体1的环形支撑平面101上的压电元件4。所述动力机构5为利用风能的风轮501和利用人畜力的杠杆机构504。所述杠杆机构504为杠杆，杠杆通过连接器与主轴2连接。所述压电发电装置还设有压力调节机构7,所述压力调节机构7包括碾压轮调节构件701和挤压轮调节构件702。碾压轮调节构件701为沿主轴2轴向调节并紧固固定轴套302的锁紧螺栓，固定轴套302通过锁紧螺栓与主轴2连接。通过调节锁紧螺栓与主轴2的连接位置，可沿主轴2轴向调节碾压轮31对筒体1内环形支撑平面101上压电元件4的压力大小。挤压轮调节构件702包括弹簧703,弹簧703—端固定在滚轮架301上，弹簧另一端压紧于挤压轮32中心轴端部。在弹簧的作用下，可将挤压轮32压紧在筒体1内壁的压电元件4上，提高挤压轮32对筒体1内壁上压电元件4的压力。[0034]余同实施例1。[0035]实施例4参照图8,本实施例之利用风能和人畜力作功的压电发电装置，与实施例1的区别在于：筒体1内部分为七层且每层设有六组压电元件4和十二个滚轮3。相邻层的压电元件交错布置在筒体1的环形支撑平面101上和筒体1的壁上。所述滚轮3包括碾压轮31和挤压轮32,每层设有六个碾压轮31或六个挤压轮32,碾压轮31和挤压轮32对称分层交错间隔布置并连接在主轴2上。压电元件4固定于筒体1内壁上时，滚轮选用挤压轮;压电元件4固定于筒体内的环形支撑平面101上时，滚轮选用碾压轮。所述压电发电装置还设有压力调节机构7，所述压力调节机构7包括碾压轮调节构件701和挤压轮调节构件702。碾压轮调节构件701为沿主轴2轴向调节并紧固固定轴套302的锁紧螺栓，固定轴套302通过锁紧螺栓与主轴2连接。通过调节锁紧螺栓与主轴2的连接位置，可沿主轴2轴向调节碾压轮31对筒体1内环形支撑平面101上压电元件4的压力大小。所述挤压轮调节构件702包括U形调节片板，U形调节片板设于滚轮架301与挤压轮32的中心轴连接处，滚轮架301与U形调节片板固连，挤压轮32的中心轴通过螺栓锁紧于U形调节片板的U形槽内。通过调节挤压轮32中心轴在U形调节片板的U形槽内的锁紧位置，可实现挤压轮32与筒体1内壁上压电元件4间的压力大小的调节。[0036]其余同实施例1。

权利要求：1.一种利用风能和人畜力作功的压电发电装置，其特征在于，主要包括筒体、主轴、滚轮、压电元件和动力机构、电控系统，主轴通过轴承固定在筒体的中心，筒体内部分为至少一层且每层设有至少一组压电元件和2〜8个滚轮，N个压电元件构成一组，N彡2,各组压电元件固定于筒体内壁和或筒体内的环形支撑平面上，所有滚轮均与主轴连接，可随主轴旋转的滚轮碾压筒体内环形支撑平面上的压电元件和或挤压筒体内壁上的压电元件，用于驱动主轴旋转的动力机构与主轴相连，电控系统与各组压电元件电连接，电控系统设置在筒体外壁上或筒体内底部或筒体顶部或独立设置。2.根据权利要求1所述利用风能和人畜力作功的压电发电装置，其特征在于，每层的每个滚轮通过对应滚轮架和固定轴套连接，固定轴套固定在主轴上;滚轮包括碾压轮和或挤压轮;可随主轴旋转的碾压轮碾压筒体内环形支撑平面上的压电元件，可随主轴旋转的挤压轮挤压筒体内壁上的压电元件。3.根据权利要求1或2所述利用风能和人畜力作功的压电发电装置，其特征在于，所述动力机构包括利用风能的动力机构和或利用人畜力的动力机构，所述利用风能的动力机构包括风勺和或风轮和或叶轮，所述利用人畜力的动力机构包括杠杆机构或摇臂机构或蓄能拉力机构或脚踏机构，利用人畜力的动力机构与主轴以固定式或便拆卸式连接。4.根据权利要求1或2所述利用风能和人畜力作功的压电发电装置，其特征在于，所述压电发电装置还设有压力调节机构，压力调节机构包括碾压轮调节构件和或挤压轮调节构件，碾压轮调节构件用于调节碾压轮对筒体内环形支撑平面上压电元件的压力，挤压轮调节构件用于调节挤压轮对筒体内壁上压电元件的压力。5.根据权利要求1或2所述利用风能和人畜力作功的压电发电装置，其特征在于，每层可同时被滚轮挤压的压电元件并联电连接，并构成一个压电元件组，各压电元件组的输出端分别与不同的二极管串接后再并联至电控系统的母线。

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