[發明專利]一種利用低速氣流流致振動收集電能的方法

有效

• 申請號: 201310014159.4
• 申請日: 2013-01-15
• 公開（公告）號: CN103075313A
• 公開（公告）日: 2013-05-01
• 發明（設計）人: 丁林;張力;楊仲卿;陳艷容;閆云飛
• 申請（專利權）人: 重慶大學
• 主分類號: F03G7/08
• 分類號: F03G7/08;H02N2/18
• 代理公司: 重慶博凱知識產權代理有限公司 50212
• 代理人: 穆祥維

技術領域

本發明涉及風能發電領域，尤其涉及一種低速氣流繞流鈍體引起流致振動進行電能收集的方法。

背景技術

隨著世界經濟發展，能源問題成為世界關注熱點。化石能源利用使環境污染日益嚴重。開發利用新能源與可再生能源，成為當前能源領域的發展重點。環境中的流動能是一種非常重要的資源，風能是一種普遍存在的可再生資源。風力發電是風能的一種主要利用形式，第一臺自動運行的且用于發電的風力機的發電機功率僅為12千瓦。之后學者提出的“風力場”使各個國家開始大規模發展風電。但發展風力場的先決條件是當地風能資源豐富。世界很多國家，尤其是發達國家，已充分認識到風電在調整能源結構、緩解環境污染等方面的重要性，對風電開發給予了高度重視。風電裝機容量上也在以每年近30%的速度加速發展，主要有恒速風電系統和變速恒頻風電系統。目前，大型風電機組單機容量可達數十兆瓦，中小型風電機組為十千瓦到數百千瓦的。但世界上風力資源豐富的地區和區域畢竟有限，大多數地區的風能資源相對貧乏，風力較弱。但目前對于微風能的利用研究仍處于起始探索階段，并且存在較多的問題。如能利用自然界的微風進行發電，則可極大提高風能的利用范圍。將對微風能-振動能的利用與發電技術相結合，其供能范圍將極大擴展而且更為靈活，微風發電機在電子、機電、航空和國防軍事等領域具有極為廣闊的應用前景；如用于應急照明，軍用微型電源，為野外監測儀器設備、傳感器及偵察器供電，替代蓄電池等，對推動我國可再生能源的利用技術和國民經濟的發展具有重要意義。

由于微風是低速氣流，風力較小，其收集存在較大困難。傳統渦輪風能發電裝置由于存在轉動部件，導致摩擦力消耗部分能量，難以應用于對微風能的收集，特別是對于微型動力裝置的應用會有更大困難。隨著裝置尺寸小型化，滑動或滾動摩擦力均會顯著增加。

現有風能發電技術主要是利用旋轉式電磁感應發電機，此類發電技術所需啟動風速大，能量損耗大，效率低。流致振動發電技術已經提出不少形式，但多數集中在水流中，而且存在著技術（結構）不合理，發電量小，系統設計困難等缺陷，特別是針對低速氣流的利用更為困難。利用流速較低的微風產生流致振動進行發電的技術還尚未見報道。

發明內容

針對現有技術中的不足之處，本發明的目的在于提供了一種簡單，結構設計容易，能量轉換效率高的利用低速氣流流致振動收集電能的方法。

為了解決上述技術問題，本發明采用了如下技術方案：

一種利用低速氣流流致振動收集電能的方法，在該方法中采用了一種收集電能的裝置，該收集電能的裝置包括振動鈍體、柔性壓電振動片、彈簧、動力傳輸皮帶、電磁感應發電機和定滑輪；所述振動鈍體為空心柱體，其軸線水平設置，振動鈍體的上側和下側分別固定一彈簧，振動鈍體通過彈簧懸空設置；所述振動鈍體的左側為迎風面，振動鈍體的右側為背風面；所述柔性壓電振動片由壓電材料制成，柔性壓電振動片的一端固定在振動鈍體的背風面上，另一端水平伸出為自由端；所述定滑輪固定在振動鈍體一端的上方，電磁感應發電機固定在振動鈍體一端的下方；所述動力傳輸皮帶套在定滑輪和電磁感應發電機的驅動軸上，動力傳輸皮帶的一側與振動鈍體的一端固定連接；

該方法包括如下步驟：

電磁感應電能收集：低速氣流通過集風流道進行整流和加速，繞流振動鈍體產生旋渦脫落，激勵振動鈍體振動，振動鈍體通過傳輸皮帶帶動定滑輪和電磁感應發電機的驅動軸轉動，進而驅動電磁感應發電機發電；

壓電效應電能收集：在柔性壓電振動片連接振動鈍體的一端布置輸電導線，導線布置在振動鈍體的內部；氣流繞流振動鈍體產生旋渦脫落，旋渦形成過程中會向下游移動，進一步激勵柔性壓電振動片產生形變，并隨旋渦流過而擺動，柔性壓電振動片產生的電能通過導線輸出。

作為本發明的一種優選方案，所述柔性壓電振動片沿氣流流向的長度和振動鈍體的特征尺寸相等。

本發明的有益效果是：利用低速氣流流致振動收集電能的方法簡單，所需啟動風速低，能量轉換效率高；采用電磁感應和壓電效應兩種方式收集電能，大幅提高發電能力。

附圖說明

圖1為收集電能的裝置的結構示意圖。

附圖中：?1—振動鈍體；?2—柔性壓電振動片；?3—支撐彈簧；?4—迎風面；?5—背風面；?6—動力傳輸皮帶；?7—電磁感應發電機；?8—定滑輪。

具體實施方式

下面結合附圖和具體實施方式對本發明作進一步詳細地描述。

一種利用低速氣流流致振動收集電能的方法，在該方法中采用了一種收集電能的裝置。