[發明專利]帶鉸接分流板的碰撞式壓電風能采集系統

無效

• 申請號: 201310087707.6
• 申請日: 2013-03-19
• 公開（公告）號: CN103117678A
• 公開（公告）日: 2013-05-22
• 發明（設計）人: 高軍;賀學鋒
• 申請（專利權）人: 重慶大學
• 主分類號: H02N2/18
• 分類號: H02N2/18;F03D9/00;F03D5/06
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明屬于綠色可再生能源領域，特別涉及到將環境風能轉換為電能的微能源技術。

背景技術

隨著MEMS和超低功耗電子芯片的發展，用于物聯網的無線傳感節點逐漸受到人們的重視，傳統電池能量密度低、需要更換等缺點很難滿足無線傳感網絡節點的需求。將環境能轉換為電能的微型能量采集系統具有尺寸小、壽命長、易于集成、結構簡單、不需要更換等優點，能很好的滿足微小型自治式微系統和無線傳感網絡節點的用電需求，受到國內外廣泛的關注。當前微能源研究主要集中在采集環境中的振動能、太陽能、熱能和風能等。風能是自然界中廣泛存在的可再生能源，具有很高的利用價值，國內外對風能的采集進行了大量的研究。

現有微小型風能采集系統主要分為電磁式和壓電式兩種。電磁式風能采集系統由于利用電磁感應原理，多數需要轉動部件，結構復雜，不易于集成。而壓電式風能采集系統較多采用梁結構，主要利用風載荷引起梁結構的振動，進一步利用壓電效應將振動能轉換為電能，結構簡單、易于集成且能量密度高。由壓電式風能采集系統的工作原理可知，其輸出能量大小主要取決于梁單元的振動幅度，而梁結構只有在共振情況下才會有較大振幅，傳統結構的壓電式風能采集系統固有頻率較高，在高風速下才會有較大輸出，在中低風速下輸出較小。

由以上分析可知，常規微風能采集系統由于結構復雜或固有頻率高，很難有效地采集中低風速下的能量，難以滿足無線傳感網絡和微小型自治式微系統等應用對象的用電需求，研究可應用于中低風速環境的風能采集系統對促進其廣泛應用具有重要意義。

發明內容

為了將微型風能采集系統應用于常見的中低風速環境，本發明提出一種帶鉸接分流板的碰撞式壓電式風能采集系統新結構。

為了實現上述發明目的，本發明采取以下技術方案：

帶鉸接分流板的碰撞式壓電式風能采集系統主要由底座、鈍體、分流板和壓電復合梁構成。鈍體固定在底座上，分流板與其鉸接，壓電復合梁有一個或多個，平行固定于底座兩側；在環境風能作用下，分流板饒鉸接點轉動，當自由端轉動幅度大于預留橫向間距時，分流板會與壓電復合梁碰撞使其振動，從而導致其壓電層內的應力變化，由于壓電效應，在壓電層的兩個電極之間將產生電勢差，利用該電勢差為負載供電。

所述帶鉸接分流板的碰撞式壓電風能采集系統中，鈍體可采用不同形狀，如圓柱、立方體等，鉸接方式可以采用多種，如合頁式。

本發明提出的帶鉸接分流板的碰撞式壓電風能采集系統，利用環境中的風能，引起鉸接在鈍體后的分流板饒鉸接點轉動，將風能轉化為分流板的動能；當振動幅度達到一定值時，與固定在底座上的壓電復合梁發生碰撞，導致其發生振動，通過碰撞將分流板的動能轉化為壓電復合梁的振動能，進一步利用壓電效應將復合梁的振動能轉換為電能。由于利用分流板與壓電復合梁的碰撞，碰撞頻率可以遠小于壓電復合梁的固有頻率，增加了風速采集范圍，可有效地采集中低速風能。

本發明具有以下特點：

1、本發明提出的利用鈍體后鉸接分流板與壓電復合梁碰撞發電的方法，通過引入鉸接分流板，將中低風速下的風能轉換為分流板的動能，再通過碰撞和壓電效應將該動能轉換為電能，增加了采集范圍，可以有效地采集中低風速的風能。

2、本發明提出的利用鈍體鉸接分流板與壓電復合梁碰撞發電的方法，其中壓電復合梁可以用其他原理的振動能量采集系統替換，如壓電式振動能量采集系統、電磁振動能采集系統和靜電振動能采集系統等。

可見，本采集系統具有采集風速低、風速范圍寬、結構簡單、適用范圍廣等優點，在無線傳感、微小型自治式微系統等領域均具有廣闊應用前景。

附圖說明

圖1是新型帶鉸接分流板的碰撞式壓電振動能量采集系統結構的前視圖

圖2是新型帶鉸接分流板的碰撞式壓電振動能量采集系統結構的俯視圖。

具體實施方式

結合實例進一步對本發明進行說明。

參見圖1，帶鉸接分流板的碰撞式壓電風能采集系統主要由：一個底座1、一個鈍體2、一個鉸接分流板3和多個壓電復合梁4構成，其中5為鉸接點。

底座1采用金屬板制作，上面打通孔用于安裝固定鈍體2和壓電復合梁4，其俯視圖見圖2。分流板3通過鉸接點5鉸接在鈍體2上，分流板與壓電復合梁之間的初始距離可調節。