[發明專利]利用渦激振動的風能壓電轉換發電裝置

無效

• 申請號: 201310031613.7
• 申請日: 2013-01-28
• 公開（公告）號: CN103066885A
• 公開（公告）日: 2013-04-24
• 發明（設計）人: 冉景煜;王軍雷;黎柴佐;丁林;張力;楊仲卿
• 申請（專利權）人: 重慶大學
• 主分類號: H02N2/18
• 分類號: H02N2/18;H02J7/00
• 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

本發明涉及一種發電裝置，尤其涉及一種利用風能經過繞流鈍體產生渦街驅動壓電材料進行渦激振動發電的裝置。

背景技術

無人傳感器是一種世界范圍內較為常見的研究項目。在地區偏遠，環境惡劣的地方，使用電池對其供電存在巨大的不便性和技術難度。因此，設計出一種解決較小功率范圍內持續穩定供電的裝置，具有很強的實際意義和應用價值。

????壓電效應是居里兄弟在100年前發現的，如果對壓電材料施加應力，由于壓電效應，壓電片上下會產生電壓差，稱之為正壓電效應；相反的，如果對其施加電壓，則會使壓電片產生機械應力從而產生機械位移，稱之為逆壓電效應。同時的，壓電材料（鋯鈦酸鉛PZT）具有較高的能量密度，峰值能量可以達到100-10000kw/kg。

????當空氣流經鈍體時，會在鈍體后方產生卡門渦街，這是由馮卡門在1911年發現的現象。漩渦具有高能量，周期性等特點，且在漩渦行進過程中，存在一個區域，其漩渦強度最大，渦量最強。

????目前，使用壓電材料進行風力發電還處于非常初級的階段，常見的方法大致包括使用風力葉片帶動轉動軸承引起報警器等發聲設備產生聲音帶動壓電材料進行振動發電及直接用風吹動壓電材料使其振動發電。這些方法存在風能能量利用率低，對風速要求較高等缺陷。單一的使用風吹過壓電片在某些條件下可能會由于受力不均壓電片停止振動的情況，從而影響發電效率。

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提高能源利用率和無人控制的利用渦激振動的風能壓電轉換發電裝置。

為了解決上述技術問題，本發明采用了如下技術方案：

利用渦激振動的風能壓電轉換發電裝置，包括殼體、集風道、鈍體、支撐架、壓電片、箱體、以及設置在箱體內的電橋、直流穩壓器和蓄電池；

所述殼體為筒狀結構，筒狀結構的殼體的一端為進風口，另一端為出風口；

所述集風道為喇叭結構，喇叭結構的集風道的小端口與殼體的進風口連接；

所述鈍體為三角柱，三角柱的一面為平面，該平面為迎風面；三角柱的另外兩面為內凹弧面；

所述殼體內、且靠近進風口設置多個鈍體，鈍體的迎風面與進風方向對應；支撐架安裝在殼體內，支撐架上設置至少一個壓電片，所述壓電片的一端固定在支撐架上，另一端為自由端并與鈍體的內凹弧面對應；

所述壓電片的上、下表面的金屬電極通過導線與電橋連接；

所述電橋用于將所述壓電片上產生的交流電整流為直流電傳輸至所述直流穩壓器；

所述直流穩壓器用于將直流電進行穩壓處理，輸出穩定的電流；

所述蓄電池用于存儲所述直流穩壓器輸出的直流電。

作為本發明的一種優選方案，該發電裝置還包括控制器和逆變器；

所述控制器用于檢測流經電橋的電流以及所述蓄電池的電量，并根據流經所述電橋的電流的大小來判斷所述壓電片的工作狀態，當所述蓄電池的電量達到預先設定的閾值且有電流流經所述電橋時，啟動所述逆變器；

所述逆變器用于在所述控制器的控制下將所述蓄電池存儲的直流電轉換成交流電輸出。

作為本發明的另一種優選方案，該發電裝置還包括增幅薄片，所述增幅薄片的一端連接在壓電片的自由端上。

作為本發明的又一種優選方案，所述增幅薄片的材料為塑料薄膜。

作為本發明的一種改進方案，所述壓電片由壓電陶瓷材料制成。

作為本發明的另一種改進方案，所述支撐架上設有與壓電片數量相等的插槽，在插槽內的兩側分別設置導電銅片，所述壓電片插入插槽內，壓電片的上、下表面的金屬電極分別與插槽內兩側的導電銅片接觸，導電銅片通過導線與電橋連接。

與現有技術相比，本發明的利用渦激振動的風能壓電轉換發電裝置具有如下優點：

1、當風經過鈍體后會產生漩渦，漩渦的周期性脫落及旋轉的方向性均與壓電片在受力時即產生電荷的特性相一致，且漩渦在擊打壓電片尾部的增幅薄片時，增幅薄片會帶動壓電片產生較強的振動，從而提高壓電效率。

2、微風通過集風道進入殼體內加速，繞流過鈍體，在一定條件下，鈍體后流場會形成周期性的、具有穩定發放頻率的脫體渦街，這些渦街作用于流場中的壓電片，產生周期性的流體激振力使壓電片振動，壓電片振動能直接轉換為電能。因此，該發電裝置可有效利用環境中的微風，使其通過該裝置時產生電能。

3、該發電裝置利用微風發電，原動力充足，裝置尺寸小，結構簡單，應用范圍廣。