[發(fā)明專利]寬速度域磁力耦合壓電風(fēng)能采集器

有效

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• 申請日: 2017-07-31
• 公開（公告）號: CN107453647B
• 公開（公告）日: 2019-08-23
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 趙林川;張文明;鄒鴻翔;劉豐瑞
• 申請（專利權(quán)）人: 上海交通大學(xué)
• 主分類號: H02N2/18
• 分類號: H02N2/18;F03D9/25
• 代理公司: 上海交達(dá)專利事務(wù)所 31201
• 代理人: 王毓理;王錫麟

一種寬速度域磁力耦合壓電風(fēng)能采集器，包括：風(fēng)力旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)、發(fā)電裝置以及設(shè)置于發(fā)電裝置內(nèi)并與風(fēng)力旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)相連的轉(zhuǎn)子，其中：風(fēng)力旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)動設(shè)置于發(fā)電裝置的中心，發(fā)電裝置的內(nèi)部設(shè)有若干發(fā)電單元正對所述轉(zhuǎn)子。每個發(fā)電單元包括一個磁耦合壓電發(fā)電機(jī)構(gòu)和一個發(fā)電線圈，發(fā)電線圈與磁耦合壓電發(fā)電機(jī)構(gòu)間隔設(shè)置且分別與控制單元相連。通過旋轉(zhuǎn)將風(fēng)力轉(zhuǎn)換為周期性磁力作用到磁耦合壓電發(fā)電機(jī)構(gòu)，具有更高的機(jī)電耦合系數(shù)，提高了能量密度和可靠性。設(shè)計(jì)多磁力耦合配置克服了反作用磁阻力矩，使得該裝置在風(fēng)力較小時也能有效工作，而當(dāng)風(fēng)力較大時，接通電磁感應(yīng)發(fā)電線圈，同時通過磁耦合壓電發(fā)電機(jī)構(gòu)和發(fā)電線圈發(fā)電，俘獲更多能量。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及的是一種風(fēng)力發(fā)電領(lǐng)域的技術(shù)，具體是一種寬速度域磁力耦合壓電風(fēng)能采集器。

背景技術(shù)

傳統(tǒng)的風(fēng)力發(fā)電大多采用轉(zhuǎn)動渦輪式裝置，裝置能量密度低、體積大，并不適用小型化工作。目前很多學(xué)者利用壓電效應(yīng)設(shè)計(jì)小型化風(fēng)能采集器。目前大部分壓電式風(fēng)能采集設(shè)計(jì)都是通過風(fēng)致振動反復(fù)彎曲貼在懸臂梁上的單層或雙層壓電片，從而將風(fēng)能轉(zhuǎn)換為電能。通過彎曲模式(d31)利用壓電片，不僅壓電常數(shù)低，而且壓電片在反復(fù)的彎曲中很容易性能退化甚至損壞。風(fēng)能采集裝置還存在一個關(guān)鍵問題是環(huán)境適應(yīng)性差。當(dāng)風(fēng)力較小時，很難驅(qū)動能量采集裝置有效工作。而當(dāng)風(fēng)力很大時，又容易損壞能量采集裝置。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明針對現(xiàn)有技術(shù)環(huán)境適應(yīng)性差、能量密度低、可靠性低、壓電常數(shù)難以滿足需要的缺陷，提出一種寬速度域磁力耦合壓電風(fēng)能采集器，能夠在不同風(fēng)速范圍下均啟動工作采集風(fēng)能。

本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：

本發(fā)明包括：風(fēng)力旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)、發(fā)電裝置以及設(shè)置于發(fā)電裝置內(nèi)并與風(fēng)力旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)相連的轉(zhuǎn)子，其中：風(fēng)力旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)動設(shè)置于發(fā)電裝置的中心，發(fā)電裝置的內(nèi)部設(shè)有若干發(fā)電單元正對所述轉(zhuǎn)子。

所述的風(fēng)力旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)包括旋轉(zhuǎn)軸以及設(shè)置于旋轉(zhuǎn)軸上的若干杯式葉片。

所述的轉(zhuǎn)子包括：中葉片和激勵磁鐵，其中：中葉片的兩端分別與風(fēng)力旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)和激勵磁鐵固定連接。

所述的發(fā)電裝置包括：殼體及設(shè)置于其內(nèi)部的控制單元和若干與之相連的發(fā)電單元，其中：每個發(fā)電單元包括一個磁耦合壓電發(fā)電機(jī)構(gòu)和一個發(fā)電線圈，發(fā)電線圈與磁耦合壓電發(fā)電機(jī)構(gòu)間隔設(shè)置且分別與控制單元相連。

所述的磁耦合壓電發(fā)電機(jī)構(gòu)包括：壓電層、伸張金屬層和被激勵磁鐵，其中：壓電層的至少一側(cè)設(shè)有伸張金屬層，被激勵磁鐵與壓電層或伸張金屬層相連且正對轉(zhuǎn)子，被激勵磁鐵與激勵磁鐵的極性相反互相吸引。

所述的發(fā)電單元的個數(shù)優(yōu)選與轉(zhuǎn)子的個數(shù)相同且周向均布，相互對稱的磁耦合壓電發(fā)電機(jī)構(gòu)上的被激勵磁鐵布置方式相反。

所述的殼體包括上固定板、下固定板以及設(shè)置于其間的若干連接安裝板，所述的風(fēng)力旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)通過軸承轉(zhuǎn)動設(shè)置于上固定板和下固定板的中心。

所述的連接安裝板的個數(shù)與發(fā)電單元相同。

所述的控制單元包括：包含整流模塊和電能存儲器件的壓電發(fā)電電路、包含微繼電器、整流模塊和電能存儲器件的電磁發(fā)電電路以及微控制模塊，其中：壓電發(fā)電電路與壓電層相連，電磁發(fā)電電路與發(fā)電線圈相連，微控制模塊分別與壓電發(fā)電電路和電磁發(fā)電電路相連并傳輸控制信息。

技術(shù)效果

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明通過旋轉(zhuǎn)將風(fēng)力轉(zhuǎn)換為周期性磁力作用到磁耦合壓電發(fā)電機(jī)構(gòu)，具有更高的機(jī)電耦合系數(shù)，提高了能量密度和可靠性；尤其通過多磁力耦合配置克服了反作用磁阻力矩，使得該裝置在風(fēng)力較小時也能有效工作，而當(dāng)風(fēng)力較大時，接通電磁感應(yīng)發(fā)電線圈，同時通過磁耦合壓電發(fā)電機(jī)構(gòu)和發(fā)電線圈發(fā)電，俘獲更多能量，并且采用電磁感應(yīng)和壓電效應(yīng)兩種風(fēng)能與電能的轉(zhuǎn)換方法，兼具壓電發(fā)電和電磁感應(yīng)發(fā)電的特點(diǎn)，有更廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域。

附圖說明