一種用于河流監(jiān)測的壓電式水輪發(fā)電機的制作方法
【專利摘要】本實用新型涉及一種用于河流監(jiān)測的壓電式水輪發(fā)電機，屬河流監(jiān)測領域。左管粗管壁端部與右管壁端部法蘭相連形成環(huán)腔；內緣設有葉片、外緣鑲有滾珠、兩側鑲有激勵磁鐵的轉盤置于環(huán)腔內，滾珠頂靠在左管粗管壁的滑道上；左管細管壁及右管壁的凸臺上裝有框架，框架前后側板導向孔中套有銷軸，銷軸上套有導板和內外彈簧；銷軸靠近前側板一端裝有受激磁鐵，靠近前側板的導板經卡簧固定；內外彈簧置于前側板兩側；壓電振子的金屬基板兩端固定在固定的導板和后側板上，兩相鄰壓電晶片間的基板固定在滑動的導板上。優(yōu)勢特色：將平直壓電振子安裝成彎曲結構，工藝簡單、成本低、壓電晶片僅承受壓應力、可靠性高；易通過增加壓電振子數量和長度提高發(fā)電量。
【專利說明】
一種用于河流監(jiān)測的壓電式水輪發(fā)電機
技術領域
[0001]本實用新型屬于河流監(jiān)測技術領域，具體涉及一種用于河流監(jiān)測的壓電式水輪發(fā)電機。
【背景技術】
[0002]我國境內遍布的河流達數千條之多。近年來，由于工業(yè)廢污水處理力度不夠、水土流失及農藥和化肥等使用不當等原因，大部分河流都存在一定程度的污染問題，近1/4的河流或河段因污染而不能滿足基本的灌溉需求。此外，由于目前很多地區(qū)中小河流防洪設施不完善、甚至沒有任何防洪設施，汛期來臨之際可能導致潰堤或漫堤等危險，直接威脅了沿岸群眾的生命和財產安全。因此，河流監(jiān)測已受到國家相關部門的高度重視，十二五期間水利部就曾計劃實現對《中小河流治理和中小水庫除險加固專項規(guī)劃》確定的五千余條河流的監(jiān)測全覆蓋；同時，國內專家學者也相繼提出了相應的監(jiān)測方法和手段，包括針對河水污染的水質監(jiān)測技術，針對防洪及泥石流等自然災害的雨量、水位以及河道水流速等監(jiān)測技術等多方面。雖然所提出的某些監(jiān)測方法在技術層面以較成熟，但目前尚未得到大面的積推廣應用，其主要原因之一是監(jiān)測系統(tǒng)供電問題未得到很好的解決。

【發(fā)明內容】

[0003]針對現有河流監(jiān)測系統(tǒng)供電方面所存在的問題，本實用新型提出一種用于河流監(jiān)測的壓電式水輪發(fā)電機。本實用新型采用的實施方案是:階梯型左管的粗管壁外側設有支座、內側設有滑道、端部經螺釘與右管管壁端部的法蘭相連并形成環(huán)腔；內緣設有傾斜葉片、外緣鑲嵌有滾珠、兩側鑲嵌有激勵磁鐵的環(huán)形轉盤置于環(huán)腔內，滾珠頂靠在滑道上;左管的細管壁及右管管壁上都均布地設有數量相同的凸臺，所述左管細管壁及右管管壁上的凸臺上都經螺釘安裝有框架，框架上經螺釘安裝有蓋板，框架前側板和后側板的導向孔中套有銷軸，銷軸上套有導板、內彈簧和外彈簧，銷軸上靠近轉盤且從前側板伸出的一端經螺母安裝有受激磁鐵;靠近前側板的導板經兩個卡簧固定在銷軸上；內彈簧兩端分別頂靠在前側板和經卡簧所固定的導板上，外彈簧兩端分別頂靠在前側板和受激磁鐵上;壓電振子由金屬基板及其單側均布粘接的壓電晶片構成，金屬基板的兩端經螺釘和壓板分別固定在經卡簧所固定的導板和后側板凸臺上，金屬基板上處于兩相鄰壓電晶片中間的部分經螺釘和壓板固定在滑動的導板上;壓電振子上置于兩個相鄰導板之間、及置于后側板與其相鄰導板之間的部分構成發(fā)電單元;壓電振子安裝前為平直結構、安裝后處于各發(fā)電單元內的部分為彎曲結構，壓電晶片曲率半徑小于金屬基板的曲率半徑、壓電晶片承受壓應力。
[0004]壓電振子被安裝后的自然狀態(tài)下、即銷軸不受外力作用時，壓電振子上處于各發(fā)電單元內的部分的結構形狀及受應力狀態(tài)相同，壓電晶片所受的最大應力為其許用應力的一半;為提高壓電振子的發(fā)電能力及可靠性，壓電晶片為0.1mm?0.2mm的PZT4、金屬基板為鈹青銅，金屬基板與壓電晶片的厚度之比為I?2.5。
[0005]工作狀態(tài)下，即有流體流過轉盤時，流體與轉盤內緣上傾斜的葉片間的相互作用迫使轉盤轉動，從而改變激勵磁鐵與受激磁鐵間的距離和作用力，再經銷軸及經卡簧所固定的導板驅使各發(fā)電單元交替地伸長或縮短，壓電晶片所受壓應力交替地增加或減小，壓電晶片所受應力交替變化的過程中將流體動能轉換成電能。當銷軸振動使內彈簧被壓死時，壓電振子上置于同一框架內各發(fā)電單元內的部分都依然為彎曲結構;外彈簧被壓死時，壓電振子上置于同一框架內各發(fā)電單元內壓電晶片所受應力都小于其許用應力。
[0006]優(yōu)勢與特色:①通過河水帶動轉盤激勵壓電振子發(fā)電供電、無需外界能量供應，可實現真正意義上的河流實時監(jiān)測;②通過安裝的方法將平直壓電振子變成彎曲結構，工藝簡單、成本低、壓電晶片僅承受壓應力、可靠性高;③易通過增加壓電振子數量和長度提高發(fā)電量。
【附圖說明】
[0007]圖1是本實用新型一個較佳實施例中發(fā)電機的結構示意圖；
[0008]圖2是圖1的左視圖；
[0009]圖3是圖1的Q部放大圖；
[0010]圖4是本實用新型一個較佳實施例中壓電振子裝配前的結構示意圖。
【具體實施方式】
[0011]階梯型左管a的粗管壁a2的外側設有支座a3、內側設有滑道a4、端部經螺釘與右管b的右管壁bl端部的法蘭b2相連接并形成環(huán)腔C;內緣設有傾斜的葉片ml、外緣鑲嵌有滾珠η、兩側鑲嵌有激勵磁鐵P的環(huán)形轉盤m置于環(huán)腔C內，滾珠η頂靠在滑道a4上;左管a的細管壁al及右管b的管壁bl上都均布地設有數量相同的凸臺，所述左管a的細管壁al及右管b的管壁bl上的凸臺上都經螺釘安裝有框架C，框架c上經螺釘安裝有蓋板d，框架c的前側板Cl和后側板c2的導向孔中套有銷軸f，銷軸f上套有導板g、內彈簧jl和外彈簧j2，銷軸f上靠近轉盤m且從前側板Cl伸出的一端經螺母安裝有受激磁鐵k;靠近前側板Cl的導板g經兩個卡簧i固定在銷軸f上；內彈簧jl的兩端分別頂靠在前側板Cl和經卡簧i所固定的導板g上，外彈簧j2的兩端分別頂靠在前側板Cl和受激磁鐵k上;壓電振子h由金屬基板hi及其單側均布粘接的壓電晶片h2構成，金屬基板hi的兩端經螺釘和壓板e分別固定在經卡簧i所固定的導板g和后側板c2的凸臺c3上，金屬基板hi上處于兩相鄰壓電晶片h2中間的部分經螺釘和壓板e固定在滑動的導板g上;壓電振子h上置于兩個相鄰導板g之間、及置于后側板c2與其相鄰導板g之間的部分構成發(fā)電單元H，壓電振子h安裝前的自然狀態(tài)下為平直結構、安裝后處于各發(fā)電單元H內的部分為彎曲結構，壓電晶片h2曲率半徑小于金屬基板hi的曲率半徑、壓電晶片h2承受壓應力。
[0012]壓電振子h被安裝后的自然狀態(tài)下、即銷軸f不受外力作用時，壓電振子h上處于各發(fā)電單元H內的部分的結構形狀及受應力狀態(tài)相同，壓電晶片h2所受的最大應力為其許用應力的一半;為提高壓電振子h的發(fā)電能力及可靠性，壓電晶片h2為0.1mm?0.2mm的PZT4、金屬基板hi為鈹青銅，金屬基板hi與壓電晶片h2的厚度之比為I?2.5。
[0013]工作狀態(tài)下，即有流體流過轉盤m時，流體與轉盤m內緣上傾斜的葉片ml間的相互作用迫使轉盤m轉動，從而改變激勵磁鐵P與受激磁鐵k間的距離和作用力，再經銷軸f及經卡簧i所固定的導板g驅使各發(fā)電單元H交替地伸長或縮短，壓電晶片h2所受壓應力交替地增加或減小，壓電晶片h2所受應力交替變化的過程中將流體動能轉換成電能。當銷軸f振動使內彈簧jl被壓死時，壓電振子h上置于同一框架c內各發(fā)電單元H內的部分都依然為彎曲結構;外彈簧j2被壓死時，壓電振子h上置于同一框架c內各發(fā)電單元H內壓電晶片h2所受應力都小于壓電材料的許用應力。
【主權項】
1.一種用于河流監(jiān)測的壓電式水輪發(fā)電機，其特征在于:階梯型左管的粗管壁外側設有支座、內側設有滑道、端部經螺釘與右管管壁端部的法蘭相連并形成環(huán)腔；內緣設有傾斜葉片、外緣鑲嵌有滾珠、兩側鑲嵌有激勵磁鐵的環(huán)形轉盤置于環(huán)腔內，滾珠頂靠在滑道上；左管的細管壁及右管管壁上都均布地設有凸臺，所述各凸臺上都安裝有框架，框架上安裝有蓋板，框架前后側板的導向孔中套有銷軸，銷軸上套有導板和內外彈簧，銷軸上靠近轉盤且從前側板伸出的一端安裝有受激磁鐵;靠近前側板的導板經兩個卡簧固定在銷軸上；內彈簧兩端分別頂靠在前側板和經卡簧所固定的導板上，外彈簧兩端分別頂靠在前側板和受激磁鐵上;壓電振子由金屬基板及其單側均布粘接的壓電晶片構成，金屬基板兩端分別固定在經卡簧所固定的導板和后側板凸臺上，金屬基板上處于兩相鄰壓電晶片間的部分固定在滑動的導板上;壓電振子上置于兩相鄰導板之間及置于后側板與其相鄰導板之間的部分構成發(fā)電單元;壓電振子安裝前為平直結構、安裝后處于各發(fā)電單元內的部分為彎曲結構。
【文檔編號】H02N2/18GK205681335SQ201620625558
【公開日】2016年11月9日
【申請日】2016年6月15日 公開號201620625558.3, CN 201620625558, CN 205681335 U, CN 205681335U, CN-U-205681335, CN201620625558, CN201620625558.3, CN205681335 U, CN205681335U
【發(fā)明人】郭健安, 朱貝貝, 費凡, 劉志浩, 錢前程, 張忠華
【申請人】浙江師范大學