[实用新型]一种小型风动压电发电机

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种发电机，具体涉及压电材料发电技术、能量转换技术、及电路处理技术，提供了一种小型风动压电发电机。 

背景技术

目前常用的电源为贮备电源，主要分为化学电源、物理电源。化学电源主要有热电池和铅酸电池，物理电源是利用发电机发电，主要有电磁发电机，风动涡轮发电机、射流发电机、风动环形发电机、气动式磁发电机，磁后坐发电机、撞击磁发电机等。化学电池能量高，功率大，但其也有激发时间长、贮存时间短的缺点，物理电源能量低，长期贮存性能好，具有良好的高、低温特性，但其也有依赖于飞行物体的使用环境，能量低等缺点。普通涡轮发电机技术是利用物体飞行过程中，涡轮高速转动，带动线圈切割磁力线进行发电，技术成熟，但耐高温性差、体积大、结构复杂、激发时间长，必须要有气流才能产生电能，而且要产生磁场，对于电路的干扰性比较大；普通多层压电电源能量产生小，没有延续性，成本高；气流自激振动发电机原理复杂、加工难度大，目前还没有应用的报道。物体由静止到高速转动飞行，要受到很高的惯性加速度与旋转加速度，导致压电振子产生很大的变形，及时提供了电能，比如把该电源装在炮弹中，炮弹出炮口时已经产生电能，可以满足炮弹在炮口供电的要求。 

实用新型内容

为克服现有技术的不足，本实用新型旨在提供一种小型风动压电发电机，是一个物理电源，易用于在空气中高速飞行的物体的电源使用。 

为实现上述技术目的，达到上述技术效果，本实用新型通过以下技术方案实现： 

一种小型风动压电发电机，包括涡轮片、压电陶瓷材料换能装置、电能储存电路、稳压电路，所述涡轮片下端连接一高速涡轮杆，所述高速涡轮杆上设置有垂直交叉的2片挡板；所述压电陶瓷材料换能装置由多片压电振子组成，多片所述压电振子设置在所述涡轮片的下方，并围绕所述高速涡轮杆一角度内均匀地分布。 

进一步的，所述涡轮片采用强度高的金属制成。 

进一步的，所述压电陶瓷材料换能装置中的压电陶瓷采用PZT材料。 

进一步的，所述压电陶瓷材料换能装置采用多片所述压电振子振动变形的形式，这样可以连续产生很高的电压；所述多片压电振子独立采用桥式整流的形式，共同给后面的电路充电，可以提高后面储存电容的储存电压，作为后面电路的能量供给。 

进一步的，每片所述压电振子采双晶压电梁结构的压电振子，一次振动变形时相当于2个压电片变形，增加了压电振子的电容，提高电能产生能力，同时提高了能量转移的速度。 

进一步的，所述挡板采用轻质金属，因为振动的形式是强制振动，保证了电压的产生。 

进一步的，所述压电振子的分布数量为4个，如果飞行物体的速度比较高，对于电源能量要求比较高时，可以适当进行增加数量， 比如小口径高射炮，其飞行速度很快，但体积不大，压电振子数量可以多一点，体积小一点，压电振子与轴线成一定的角度，便于起振。 

进一步的，为了有效进行能量采集，所述小型风动压电发电机采用桥式整流电路结构，后面置一个串并联电容组合的填谷式增能电路，在充电时相当于对串联电路进行充电，因为压电产生的电压对小电容进行充电时，能量转移效率比较高，而放电时，则两电容相当于并联放电，提高了电能的利用率，经过实验，利用填谷式电路代替普通电容进行充电，可以增加压电电源30％的带负载能力，所述两电容值的大小易采用5μf以下，DC变换电路采用采用低功耗的MAX1615。 

本实用新型的原理是： 

本系统包括一个涡轮片、压电振子、电能储存稳压电路。压电振子采用是双晶梁结构，提高了输出能量，并采用多片振子共同输出能量，为了防止各片压电振子之间的电压抵消，每片压电振子采用独立的桥进行整流，各个压电振子产生的电能通过串并联电容组合的填谷式增能电路进行充电，提高了能量输出。在物体由静止到高速转动飞行时，压电振子要受到很高的惯性加速度，压电振子要受到一个很高的惯性力，该惯性力使压电振子产生径向变形，从而产生电能。压电振子采用双晶梁的形式，相当于两个压电振子进行了并联，提高了压电振子的等效电容，增加了能量转移效率，从而提高了贮存电容的电压。压电晶体采用PZT系列的压电陶瓷材料，该系列的材料具有比较大的介电常数与压电常数。压电振子的分布 采用与轴线成一角度的分布方式，使涡轮在转动时易于使压电振子进行振动。