一种压电式管道水流发电机

摘要

本发明涉及一种压电式管道水流发电机，属于发电技术领域。主体上设有流体腔和俘能腔，流体腔侧壁上设有进出口，流体腔侧壁端部装有下盖；俘能腔侧壁端部装有上盖，俘能腔侧壁内侧的两台阶上分别装有电路板和端部装有磁块的换能器，换能器由两个弯曲型压电振子构成；主体隔板上设圆台，圆台上设导向槽、轴承孔和空腔，磁块置于圆台导向槽中；主轴经轴承装在下盖和圆台上，主轴上装有磁环和叶轮，磁块与磁环异性磁极靠近安装。特色与优势：通过非接触磁力耦合激励预弯型压电振子伸缩变形发电，运动部件密封在流体腔内、无泄漏、电路系统运转可靠性高，压电片仅承受压应力、机械可靠性高，磁环同时激励多个压电振子、发电能力强、无噪音。

主权项

一种压电式管道水流发电机，其特征在于：主体隔板将主体分隔成俘能腔和流体腔；流体腔侧壁上设有进口和出口，进口和出口的中心同轴；流体腔侧壁的端部经螺钉装有下盖，下盖与流体腔侧壁的端面间设有密封垫，下盖中心处嵌有轴承；俘能腔外壁内侧设有凸台一和凸台二，主体隔板中心处设有圆台，圆台置于俘能腔内，圆台外侧壁上均布地设有导向槽，圆台中心处设有相互连通的空腔和轴承孔，空腔与俘能腔不连通、轴承孔与流体腔连通，轴承孔中嵌有轴承；俘能腔外壁端部经螺钉安装有上盖，俘能腔外壁内侧的凸台一的端面经螺钉安装有电路板，俘能腔外壁内侧的凸台二的端面上经螺钉及压环固定有换能器，换能器由两个弯曲型压电振子构成，压电振子由基板和压电片粘接而成，换能器经导线组与电路板连接，同一换能器中两个压电片经导线相连；换能器自由端经螺钉安装有磁块，磁块置于圆台上的导向槽中，各换能器上磁块的磁极配置方向相同；主轴通过两个轴承安装在下盖和圆台上，叶轮轮毂经平键安装在主轴上，叶轮叶片置于流体腔内，置于圆台空腔内的主轴轴端套有带内花键的磁环，磁环与磁块的异性磁极靠近安装，主轴转动时磁块始终承受来自于磁环的吸引力；为使压电振子最大限度地利用流体动能发电、并避免压电片因拉应力过大而损坏，装机前金属片上圆弧凸起的最小半径应为$R=(h_m+h_p)\{\alpha +\frac{1}{2[1-\alpha (1-\beta )]}[{\alpha }^2(1-\beta )-1-\eta \frac{E_p}{T_p}\left]\right\},$式中h_p和h_m分别为压电片h2和金属片h1的厚度，α＝h_m/(h_m+h_p)，$\eta =(1-\alpha )[1-\alpha (1-\beta )]+\frac{\mathrm{\alpha \beta }}{(1+k_{31}^2)},$β＝E_m/E_p，E_p和E_m分别为压电片和金属片的杨氏模量，T_p分别为压电材料的机电耦合系数和许用拉应力。