[發明專利]一種基于風致振動的壓電-電磁耦合能量收集裝置及方法

有效

• 申請號: 202011319619.0
• 申請日: 2020-11-23
• 公開（公告）號: CN112491297B
• 公開（公告）日: 2021-09-07
• 發明（設計）人: 周茂瑛;黃世帆;孟愛華;王班;代裴飛;魏德華
• 申請（專利權）人: 杭州電子科技大學
• 主分類號: H02N2/18
• 分類號: H02N2/18;H02K35/02
• 代理公司: 杭州君度專利代理事務所(特殊普通合伙) 33240
• 代理人: 黃前澤

本發明公開了一種基于風致振動的壓電?電磁耦合能量收集裝置及方法?，F有風致振動能量收集器的風致振動頻率不高、工作風速范圍不寬。本發明的懸臂梁兩側均固定壓電陶瓷；柔性扇葉固定在懸臂梁端部；空心管的中間位置與懸臂梁端部固定；端蓋內設有永磁鐵，端蓋內端的調頻凸臺置于空心管內；調頻凸臺的圓柱孔內設有永磁鐵，調頻凸臺側部開設有與圓柱孔連通的若干調頻槽；其中一個調頻槽內插有矩形調頻板；兩塊永磁鐵相吸；空心管內設有懸浮磁鐵；懸浮磁鐵與永磁鐵相斥；空心管外壁固定有多匝感應線圈。本發明的柔性扇葉能對多方向風力產生振動響應，提高壓電陶瓷產生的電勢差，提高懸浮磁鐵的振動頻率，從而提高能量收集效率。

技術領域

本發明涉及振動能量收集技術領域，具體涉及一種基于風致振動的壓電-電磁耦合能量收集裝置及方法。

背景技術

在我們生活中存在著大量可收集的能量，如風能、太陽能、機械振動能等等，其中風能作為一種清潔能源而且隨處可見，具有方便收集，能量密度高等特點。風在流動期間遇到結構體，在流固耦合的作用下，風能轉化為結構物的機械振動能，再將這種振動能通過一定的能量轉化方式將其轉化為電能。這種由于風力使得結構物產生的振動我們稱之為風致振動，通過一定的能量轉換方式可將這種風致振動其轉換為電能。將振動轉換為電能的方式有多種，比如電磁式、壓電式、靜電式等方法，利用電磁感應原理、壓電效應的原理將這種風致振動能轉化為電能，具有結構簡單加工方便等特點，這成為風致振動能量收集技術領域研究的熱點。

目前，國內外學者也對風力能量的收集結構也進行了研究，但還普遍存在風致振動能量收集器的風致振動頻率不高、工作風速范圍不寬的問題。

發明內容

本發明針對現有風致振動能量收集器風致振動頻率不高、工作風速范圍不寬的技術問題，提供一種基于風致振動的壓電-電磁耦合能量收集裝置及方法。

為了解決上述技術問題，本發明采用的技術方案為：

本發明一種基于風致振動的壓電-電磁耦合能量收集裝置，包括第一運動結構、第二運動結構、柔性扇葉和夾具體。所述的第一運動結構包括懸臂梁和壓電陶瓷；懸臂梁的兩側面均固定壓電陶瓷；懸臂梁的一端開設有過孔，另一端固定在夾具體上；柔性扇葉固定在懸臂梁開設過孔的一端，且柔性扇葉與過孔同軸設置；所述的柔性扇葉設有至少三片葉片；所述的第二運動結構包括空心管、端蓋、第一固定永磁鐵、第二固定永磁鐵、矩形調頻板和懸浮磁鐵；所述的空心管和柔性扇葉均采用非鐵磁材料；空心管的中間位置與懸臂梁的過孔固定；空心管的兩端均固定有端蓋；所述端蓋的側部開設有矩形凹槽，端蓋內端設有一體成型調頻凸臺；調頻凸臺置于空心管內，并與空心管同軸設置；調頻凸臺的端面開設有圓柱孔，側部開設有沿軸向等距排布且與圓柱孔連通的若干調頻槽；所述的圓柱孔內放置有第一固定永磁鐵，矩形凹槽內放置有第二固定永磁鐵，其中一個調頻槽內插有矩形調頻板；第一固定永磁鐵和第二固定永磁鐵相互吸附；空心管內設有懸浮磁鐵；懸浮磁鐵與空心管兩端的兩個第一固定永磁鐵相互排斥；空心管外壁位于懸臂梁的過孔兩端位置處均固定有多匝感應線圈。

優選地，所述的夾具體采用非鐵磁材料。

優選地，所述的空心管和端蓋均采用鋁或塑料。

優選地，所述懸浮磁鐵的直徑小于空心管內徑，且大于空心管內徑的一半。

優選地，所述的第一固定永磁鐵、第二固定永磁鐵和懸浮磁鐵均采用NdFeB永磁材料。

優選地，所述多匝感應線圈的材料采用銅，截面呈圓形或矩形。

優選地，所述的兩個多匝感應線圈通過導線引出與外部負載連接。

該基于風致振動的壓電-電磁耦合能量收集裝置進行能量收集的方法，具體如下：