[發明專利]一種基于四相磁態變換與壓電效應的小型風能收集器

有效

• 申請號: 201711443441.9
• 申請日: 2017-12-27
• 公開（公告）號: CN108457802B
• 公開（公告）日: 2019-07-23
• 發明（設計）人: 楊愛超;單鵬;劉明;謝三軍;陳琛;王英;周煦光;朱亮;李敏
• 申請（專利權）人: 國網江西省電力有限公司電力科學研究院;國家電網公司
• 主分類號: F03D9/25
• 分類號: F03D9/25;H02N2/18;H02K99/00
• 代理公司: 北京眾合誠成知識產權代理有限公司 11246
• 代理人: 趙艾亮

本發明公開了一種基于四相磁態變換與壓電效應的小型風能收集器，包括繞組、繞組套筒和若干個發電機構，所述發電機構包括風流管、風能激振器、壓電磁性復合薄片和永磁鐵組，所述風能激振器、壓電磁性復合薄片和永磁鐵組依次安裝在風流管內，所述繞組安裝在繞組套筒上，所述繞組套筒套裝在若干個發電機構外，所述壓電磁性復合薄片包括壓電薄膜和粘貼在壓電薄膜底面上的磁性薄膜，所述永磁鐵組包括分別安裝在風流管上壁和下壁內側的永磁鐵一和永磁鐵二以及設置在壓電磁性復合薄片正后方的永磁鐵三和磁鐵支架。本發明可以同時實現壓電式及電磁感應式風能發電，提高了風能采集效率及風能發電能力；此外結構簡單，體積小，適用于為低功耗電子器件供電。

技術領域

本發明屬于環境微型能源采集及發電技術領域，具體是涉及一種基于四相磁態變換與壓電效應的小型風能收集器。

背景技術

環境能量采集及發電技術作為微型化電子器件及設備的重要供電方案之一，已適用于多種能量源，如：太陽能、風能、熱能、機械能和磁場能等。其中，風能是自然界中廣泛存在的一種可再生的清潔能源，收集風能對偏僻環境電子設備的能量供給十分有效。

當前最常見的風能發電技術是大型風力發電機組發電，其基本原理都是利用風致風機轉動帶動繞組切割靜磁場而產生電荷，并作為一種分布式能源向電網并網輸入。然而，這種風力發電機體積極大，并不適用于微型電子設備。因此，針對微型電子設備，小型風能發電機的研制十分必要。

小型化風能發電機及其設備根據物理原理主要分為兩類：一類是基于電磁感應原理；第二類是基于壓電效應。第一類小型化風能發電機大部分依然采用風機與轉子的組合，只是將它們的體積大幅度縮減。這種結構的缺陷在于機械傳動部分損耗較大，導致整體發電效率不高，特別是在低風速情況下更難以驅動。第二類小型化風能發電機主要利用非流線型截面結構(如類飛機機翼、圓柱體、長方體、單臂薄型懸臂梁等)的風致振動效應，驅動柔性壓電復合材料振動，從而利用壓電效應發電。這類發電機裝置雖然啟動風速較低，但是壓電材料內阻較大，輸出功率依然不高。

發明內容

針對以上現有技術，本發明要解決的技術問題在于提供一種可收集風能為低功耗電子器件供電的基于四相磁態變換與壓電效應的小型風能收集器，該風能收集器有效地結合了電磁感應與壓電效應兩類風能發電機的優勢，實現了對風能的高效采集。

2、為實現上述目的，本發明提供了一種基于四相磁態變換與壓電效應的小型風能收集器，包括繞組、繞組套筒和若干個發電機構，所述發電機構包括風流管、風能激振器、壓電磁性復合薄片和永磁鐵組，所述風能激振器、壓電磁性復合薄片和永磁鐵組依次安裝在所述風流管內，所述繞組由多股線圈組成且固定安裝在所述繞組套筒上，所述繞組套筒套裝在若干個所述發電機構外；所述風流管為抽殼長方體，包括對稱設置的上壁和下壁、左壁和右壁以及進風口和出風口；所述風能激振器包括激振柱和貫穿所述激振柱中心軸線的激振柱支架，所述風能激振器安裝在所述風流管的進風口處且所述激振柱支架的兩端分別固定安裝在所述風流管的左壁和右壁上；所述壓電磁性復合薄片包括壓電薄膜和粘貼在所述壓電薄膜底面上的磁性薄膜且所述壓電薄膜的正負電極面與所述風流管的進風口平面垂直，所述壓電磁性復合薄片以懸臂梁式設置在所述激振柱的正后方且一端固定安裝在所述激振柱上；所述永磁鐵組包括永磁鐵一、永磁鐵二、永磁鐵三和磁鐵支架，所述永磁鐵一和所述永磁鐵三對稱地分別固定安裝在所述風流管的上壁和下壁的內側，所述永磁鐵一與所述永磁鐵三的磁性相反且磁極化方向與所述風流管的進風口平面垂直，所述永磁鐵二固定安裝在所述磁鐵支架上且所述永磁鐵二的磁極化方向與所述風流管的進風口平面平行，所述永磁鐵二和磁鐵支架設置在所述壓電磁性復合薄片另一端的正后方且所述磁鐵支架的兩端分別固定安裝在所述風流管的左壁和右壁上。

更優的，所述風流管的上壁和下壁上均設置有子出風口。

更優的，所述發電機構的數量為1～4個。

更優的，所述風流管的橫截面為正方形或長方形。

更優的，所述激振柱的材質為鋁材、塑料或有機玻璃。