[發明專利]風鈴式壓電發電裝置

有效

• 申請號: 201310365863.4
• 申請日: 2013-08-21
• 公開（公告）號: CN103516258A
• 公開（公告）日: 2014-01-15
• 發明（設計）人: 楊穎;金家楣;沈欽龍;王一平
• 申請（專利權）人: 南京航空航天大學
• 主分類號: H02N2/18
• 分類號: H02N2/18
• 代理公司: 江蘇圣典律師事務所 32237
• 代理人: 賀翔

技術領域

本發明屬于風力發電和水力發電領域，特別是一種風鈴式壓電發電裝置。?

背景技術

利用自然界風能和水能進行發電，為各種戶外設施進行自供電的系統符合當今節能、環保、低碳的發展趨勢，在工業監控、智能交通、智能電網、礦山安全、環境監測、平安家居、醫療保健等領域具有廣闊的應用前景。??

美國的Priya采用壓電器件設計制造了一種小型風力發電機US11/252903。可在時速8～16公里的風力驅動下發電。發電機的槳葉連到凸輪上，使圍繞軸排成圓形的一系列雙壓電晶片產生振蕩，從而輸出電能。該方案具有兩個缺點：一是壓電雙晶片每一次轉動都與凸輪碰撞，摩擦，因此產生磨損，造成能量損失，同時降低使用壽命。二是在風速較低時，槳葉與凸輪不會脫離，壓電雙晶片保持一定的彎曲狀態不變，此時不再發電。由NEC?TOKIN與日本Heardea聯合開發、配備采用壓電轉換元件的發電裝置的新型道路標識在日本試運行。其原理就是通過置于環形槽內鋼球的滾動，撞擊壓電元件來發電。該裝置設置在交通量大的公路隧道內，可利用汽車駛過時產生的氣流驅動標識旋轉。鋼球位于由壓電轉換元件分隔成的環形通道中，標識轉動時鋼球就會在通道中運動，撞擊通道兩端的壓電元件，使壓電元件輸出電荷。這種方案的主要缺點除了摩擦造成能量損失、降低使用壽命之外，當車連續駛過而產生強烈的風時標識就會高速轉動，從而使鋼球緊貼著壓電轉換元件運動，壓電元件得不到交變的壓力作用，就不能發電了。

發明內容

本發明的目的在于提供一種利用壓電效應收集流體動能的高效、適用范圍廣的壓電發電裝置。?

一種風鈴式壓電發電裝置，其特征在于：包括懸掛式桿組件，所述懸掛式桿組件由上而下依次包括至少兩個剛性桿和用于連接相鄰剛性桿的柔性接頭，柔性接頭側壁至少附著一個壓電單元。?

所述的風鈴式壓電發電裝置，其特征在于：所述懸掛式桿組件超過1組，多組懸掛式桿組件以陣列方式懸掛于支撐架上。?

針對現有技術的弱點，本發明的結構旨在利用卡門渦街和結構共振，提高來流動能的利用率、提高系統機電轉換效率，以簡單結構實現高功率、高效率，解決來流方向敏感、流速范圍窄等問題。技術特征包括：每個懸掛狀態的桿組件具有多個彎曲諧振頻率，當激勵頻率與桿組件某階諧振頻率接近時，桿組件將發生彎曲共振；來流經過迎風面上的桿組件時，桿組件產生彎曲并在其后產生卡門渦街，陣列內相鄰渦街具有相位差，共同作用于桿組件，激發桿組件產生共振；陣列式結構使得來流方向的變化對發電能力影響較小，而在高度方向上來流速度的不均勻分布和變化使得陣列內流場趨于紊亂，增加流體作用的頻率成分，更有利于桿組件共振的激發；桿組件的數量、排布方式以及桿組件本身所含單元數可以根據應用場所的流體流動情況進行配置，組裝簡便。?

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附圖說明

圖1是本發明壓電發電裝置的主視圖；?

圖2是本發明壓電發電裝置在流體作用下運動狀態；

圖3是本發明各根懸掛式桿組件懸掛排列起來示意圖；

圖4是本發明各根懸掛式桿組件懸掛排列起來示意圖；

圖5是本發明各根懸掛式桿組件懸掛排列起來示意圖；

圖中標號名稱：1、剛性桿，2、柔性接頭，3、壓電陶瓷片。

具體實施方式

結合圖1和圖2，本發明風鈴式壓電發電裝置由風鈴式桿組件構成，所述的風鈴式桿組件包括兩個剛性桿1、柔性接頭2和壓電陶瓷片3，其中柔性接頭2用于連接兩段剛性桿1，壓電陶瓷片3則粘貼于柔性接頭2上，并保證柔性接頭2處能較易彎折。?

本發明風鈴式壓電發電裝置的每一組懸掛式桿組件可以由至少2段剛性桿1經柔性接頭2串聯而成，柔性接頭2粘貼的壓電陶瓷片3的數量至少為1個?？梢愿鶕煌h境流動速率和范圍選擇不同數量的經柔性接頭2串聯而成的剛性桿，形成1組懸掛式桿組件，將懸掛式桿組件按一定的幾何關系以并聯方式懸掛于支撐架上。?

結合圖3和圖4，本發明各根懸掛式桿組件懸掛排列起來，如同風鈴一般，當有流體流入時，迎風面的懸掛式桿組件產生彎曲同時產生卡門渦街，以渦街脫落頻率作用于其后的懸掛式桿組件使其中的柔性接頭2產生彎曲振動，迫使附著其上的壓電陶瓷片3產生壓電效應輸出電荷，完成流體能向電能的轉化。?

結合圖5，如果渦街的交替脫落頻率與懸掛式桿組件某階彎曲諧振頻率相接近，會出現共振，陶瓷片3變形量將大幅提高，提高發電裝置的輸出功率。由于懸掛式桿組件陣列式排列，在陣列內部的渦街會相互作用，產生更為豐富的頻率成分，使陣列中產生共振的機會大為增加，流體能的利用率和機電轉換效率也大為增加。?