[發明專利]一種行車氣流致振俘能器

有效

• 申請號: 201710732638.8
• 申請日: 2017-08-17
• 公開（公告）號: CN107453650B
• 公開（公告）日: 2019-01-11
• 發明（設計）人: 鄭佳佳;錢前程;王淑云
• 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

本發明涉及一種行車氣流致振俘能器，屬新能源領域。殼體左側設有兩個擋風板、右側設有橫梁，殼體前后壁內側都裝有兩個限位塊，橫梁上下兩側都裝有壓電振子，壓電振子與橫梁的接觸面為水平面，壓電振子自由端兩側分別裝有迎風板和磁鐵，橫梁上下兩側壓電振子上的磁鐵相互靠近且同性磁極相對靠近安裝；壓電振子由等厚基板和壓電片粘接而成，基板靠近橫梁安裝，迎風板靠近壓電片安裝；壓電振子安裝前為平直結構、安裝后為彎曲結構；風從殼體右側吹向左側時迫使迎風板及壓電振子往復擺動，壓電振子自由端頂靠在限位塊上時變形量小于其許用值，壓電振子上的磁鐵頂靠在一起時變形量為零；額定風速下，壓電振子靜變形量為其許用值的一半。

技術領域

本發明屬新能源技術領域，具體涉及一種行車氣流致振俘能器，為鐵路及公路隧道內的儀器設備供電。

背景技術

隧道已成為目前公路及鐵路網絡的重要組成部分。為確保汽車及火車能夠正常安全同行、實現隧道環境及通行車輛的實時監測，隧道中需要安裝各類儀器設備及照明設施，因此隧道中也要有相應的供電設施。如采用傳統的電纜供電，電纜的鋪設及后續維護的難度較大、成本較高；如采用電池供電，因電池壽命有限、需經常更換，使用極其不便，尤其是在偏遠山區。

發明內容

本發明提出一種行車氣流致振俘能器，本發明采用的實施方案是：殼體由頂壁、底壁、前壁和后壁構成，殼體左側設有兩個擋風板、右側設有橫梁，擋風板和橫梁的兩端都分別固定在前壁和后壁上；前壁和后壁的內側靠近擋風板處都經螺釘安裝有兩個限位塊，擋風板及限位塊都分別對稱布置在橫梁對稱中心的上下兩側；橫梁上下兩側都經壓板和螺釘安裝有壓電振子，壓電振子與橫梁的接觸面為水平面，壓電振子自由端兩側經螺釘分別安裝有迎風板和磁鐵，橫梁上下兩側壓電振子上的磁鐵相互靠近且同性磁極相對靠近安裝；壓電振子是由等厚度的基板和壓電片粘接而成的懸臂梁結構，基板靠近橫梁安裝，迎風板靠近壓電片安裝；壓電振子自由端位于擋風板的右側，橫梁上方的限位塊置于橫梁上方壓電振子的上方，橫梁下方的限位塊置于橫梁下方的壓電振子的下方；壓電振子安裝前為平直結構、安裝后受磁鐵排斥力的作用產生彎曲變形。

當車輛快速從隧道中通過時便會有風生成，風從殼體的右側吹向左側；風吹過迎風板時會在迎風板后面生成漩渦，漩渦的連續生成與脫落使迎風板左右兩側風壓交替地增加和減小，從而迫使迎風板往復擺動，迎風板再帶動壓電振子上下往復擺動，壓電振子自由端變形過大并頂靠在限位塊上時壓電振子變形量小于其許用值，兩個壓電振子自由端的磁鐵頂靠在一起時壓電振子的變形量為零；壓電振子上下往復擺動的過程中即將機械能轉換成電能。

本發明中，壓電振子主要是通過迎風板與風耦合作用形成自激振動發電的，迎風板存在使發電效果較好的較佳迎風角，迎風角是指迎風板與來風方向間的夾角；額定風速下，壓電振子在磁鐵排斥力及風力作用下的靜變形量為其許用值的一半、迎風板的迎風角為Q＝15～60°；擋風板的功能是改善擋風板與壓電振子之間區域內的漩渦生成條件并提高漩渦強度，進而提高壓電振子的振幅、發電能力及風向適應性。

本發明中，為確保工作中壓電振子變形量小于其許用值、避免壓電片因壓應力過大而損毀，壓電振子變形量的許用值、即壓電振子自由端頂靠在與其相鄰的限位塊上時的最大變形量為式中H、L分別為壓電振子總厚度和懸臂長度，β＝E₁/E₂，E₁、E₂分別為基板和壓電片的彈性模量，g₃₁分別為壓電材料的介電常數和電壓常數，為壓電材料的許用壓應力。

本發明中，俘能器可采用串聯、并聯或串并聯混合的方式構成俘能器陣列，進而提高發電能力。

本發明中，俘能器的另一種工作方式是安裝在行駛的車輛上。