[發明專利]一種旗擺激勵式風能采集器

有效

• 申請號: 201710728195.5
• 申請日: 2017-08-17
• 公開（公告）號: CN107508492B
• 公開（公告）日: 2019-03-12
• 發明（設計）人: 王淑云;張子勍;梁程;錢前程;程光明
• 申請（專利權）人: 浙江師范大學
• 主分類號: H02N2/18
• 分類號: H02N2/18
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明涉及一種旗擺激勵式風能采集器，屬新能源領域。擺盤的盤體上方設有半軸、裝有傳感器，盤體下方中心處設有凸臺、外緣處設有環臺，盤體下方裝有電路板；帆架套筒套在半軸上并可繞半軸轉動，套筒上裝有帆布；底盤下方的對稱配置的兩個磁鐵的中心與傳感器中心位于同一圓周上；外殼體裝在底座上，激勵器的連接板裝在底座凸臺上，連接板上設有擺桿，擺桿上設有激勵盤，激勵盤上設有螺柱，螺柱與擺盤凸臺經螺紋連接；底座凸臺的側壁上均布地裝有發電單元，其中的片簧自由端與激勵盤外緣接觸但無相互作用力、壓電振子是由基板和壓電片粘接而成的弧形結構，基板彎曲半徑小于壓電片彎曲半徑，基板靠近片簧安裝，基板自由端壓靠在片簧上。

技術領域

本發明屬新能源技術領域，具體涉及一種旗擺激勵式風能采集器，用于環境中風向變化的自供電監測。

背景技術

風向風速測量技術在氣象、民航、公路與橋梁及采礦等行業都有廣泛的應用需求。目前，用于風向風速測量的新型傳感器、數據采集與處理技術等都取得了長足的發展，其中便攜式數字式風速測量儀在工業生產中已獲得廣泛的實際應用。然而，野外自然環境中風向風速測量方面還有一些急需解決的關鍵問題，如數據采集、處理及持續遠程傳輸的能量供應問題，測量系統的低風速啟動問題，等等。

發明內容

本發明提出一種旗擺激勵式風能采集器，本發明采用的實施方案是：擺盤的盤體上方的中心處設有半軸，盤體下方的中心處設有帶螺紋孔的凸臺、盤體下方的外緣處設有環臺，盤體下方經螺釘安裝有一塊電路板，電路板上設有能量轉換電路、運算處理電路與信息發射系統；盤體上方經螺釘安裝有傳感器，傳感器均布在以半軸中心為圓心的圓周上；帆架由相互垂直的套筒和底盤構成，套筒套在半軸上并可繞半軸轉動，套筒上安裝有一條帆布；帆架的底盤經軸承壓接在盤體上；帆架的底盤下方鑲嵌有兩個磁鐵，磁鐵中心與傳感器中心位于同一圓周上，磁鐵對稱安裝在半軸兩側，傳感器通過檢測磁鐵的磁場強度確定帆架上帆布所處的方位，從而確定風向。

外殼體經螺釘安裝在底座上，激勵器的連接板經螺釘安裝在底座凸臺上，激勵器的連接板上設有擺桿，擺桿上端設有激勵盤，激勵盤上方設有螺柱，螺柱與擺盤的凸臺經螺紋相連接，外殼體的上端置于擺盤的環臺內；激勵盤上經螺釘安裝有慣性塊；底座凸臺的側壁上經壓板和螺釘均布地安裝有發電單元，發電單元由片簧及其兩側對稱配置的壓電振子構成，片簧及壓電振子的一端經壓板壓接在底座凸臺的側壁上，片簧及壓電振子的固定端之間壓接有墊片，片簧的自由端與激勵盤的外緣接觸但無相互作用力；壓電振子是由等厚度的基板和壓電片粘接而成的弧形結構，基板的彎曲半徑小于壓電片的彎曲半徑，基板靠近片簧安裝，基板自由端壓靠在片簧上，且片簧無變形時壓電振子的變形量小于其許用值的一半，激勵器的擺桿變形使擺盤的環臺與外殼體相接觸時，壓電振子的最大變形量小于其許用值；片簧兩側設有用于調節彎曲和扭轉剛度的豁口，豁口位于片簧與壓電振子接觸點的下方。

環境中有風吹過時，帆布與風的耦合作用將迫使帆架、擺盤及激勵器擺動，再經激勵盤及片簧的相互作用使壓電振子的狀態發生變化：片簧彎曲變形時，片簧一側壓電振子的變形量增加、另一側壓電振子的變形量減小，當激勵器的擺桿變形過大并使擺盤的環臺與外殼體相接觸時，變形量逐漸增加的壓電振子的實際變形量小于其許用值、變形量逐漸減小的壓電振子不出現反向變形；本發明中，壓電振子變形量的許用值為R為壓電片凸面上的半徑，l為壓電振子可變形部分的長度；壓電振子變形量交替增加與減小的過程中壓電片的應力交替地增加和減小，從而將機械能轉換成電能，此為壓電發電過程；所生成的電能經導線傳輸到電路板上，經轉換處理后用于風向信號的處理計算與發射。

環境中的風向發生變化時，帆布將帶動帆架及磁鐵繞擺盤的半軸轉動，從而改變各傳感器與磁鐵的相對位置、使各傳感器上所檢測到的磁場強度發生變化，與磁鐵距離近的傳感器檢測到的磁場強度高、距離遠的傳感器檢測到的磁場強度弱或檢測不到磁場，故本發明根據各傳感器檢測到磁場強度的強弱及有無確定風向，所獲得的風向變化信息經電路板上的信息發射系統發射出去。