CN106382191A - 一种风致振动压电能量收集装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种风致振动压电能量收集装置，包括左固定件、第一滑块部件、阻流圆柱、迎风薄板、弯曲梁、压电悬臂梁元件、螺栓、右固定件、支杆、第二滑块部件、预压弹簧；四根支杆的两端通过螺栓分别固定在左固定件和右固定件的四角上，迎风薄板固定在第一滑块部件和第二滑块部件之间，迎风薄板的两端分别固定一个阻流圆柱；第二滑块部件和右固定件的中部分别开有一切槽，弯曲梁的两端固定在第二滑块部件和右固定件的切槽中，第一滑块部件和左固定件之间安装有预压弹簧；弯曲梁的中间一侧或两侧固定有压电悬臂梁元件。该装置即使在风速不高的场合，也能使压电元件产生较大的振动、输出较多的电能，有效提高风能收集的效率。

Description

一种风致振动压电能量收集装置
技术领域
本发明涉及压电能量收集领域，具体涉及一种风致振动压电能量收集装置。
背景技术
随着科学技术的发展，许多领域都应用了无线传感器网络，但如何为无线传感器网络节点供能是需要解决的一个难题。使用电池供能存在电能有限、更换维护成本高等问题，寻找无线传感器网络节点供能新方法成为了研究人员的关注热点。
一种有效的解决方案是直接从环境中收集能量为传感器供能，这种方案可以促进对清洁能源的开发，并且能减少对于环境的污染。风能是一种清洁的再生能源，而且存储量巨大。收集风能来发电除了采用传统的大型风力发电机外，还可以通过风致振动的方法来进行风能收集。
目前，为了有效地收集风能，国内外学者提出了各自各样的解决方案。比如，ClairD S等人提出了一个压电风能收集装置，把压电悬臂梁结构嵌入一个类似口琴的振动腔中，当腔体内的气压变化时，致使压电悬臂梁来回振动，并产生电能。但其整个装置体积较大，发电效率不高（A scalable concept for micropower generation using flow-inducedself-excited oscillations，Applied Physics Letters）。专利CN103973161A提出了一种旋转压电收集装置，其转子转动时，定、转子上磁极相反的磁钢产生反作用力，挤压压电叠堆从而产生电能。当前压电风能收集装置的结构形式多样化，受到广大研究者的关注。但仍存在能量转换效率低、装置体积大、零部件复杂繁多、启动工作风速高等不足，而这也阻碍了压电风能收集装置的发展和应用。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明的目的是提供一种风致振动压电能量收集装置，其能够应用在有风的环境当中，高效的将环境中风能转化电能，并为微电子设备供能。
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种风致振动压电能量收集装置，包括左固定件、第一滑块部件、阻流圆柱、迎风薄板、弯曲梁、压电悬臂梁元件、螺栓、右固定件、支杆、第二滑块部件、预压弹簧；四根支杆的两端通过螺栓分别固定在左固定件和右固定件的四角上，构成风致振动能量收集装置的外框架；所述迎风薄板固定在第一滑块部件和第二滑块部件之间，迎风薄板的两端分别固定一个阻流圆柱，构成一个总滑块部件，该总滑块部件能够沿着支杆来回滑动；所述第二滑块部件和右固定件的中部分别开有一切槽，所述弯曲梁的两端固定在第二滑块部件和右固定件的切槽中，所述第一滑块部件和左固定件之间安装有预压弹簧，其为总滑块部件提供预压力，并使弯曲梁受力弯曲；所述弯曲梁的中间一侧或两侧固定有压电悬臂梁元件。
本发明的原理如下：
风致振动压电能量收集装置装配时，预压弹簧受压变形，使得总滑块部件对弯曲梁施加预压力，弯曲梁处于弯曲状态。通过调节预压力的大小，使得弯曲梁正好处于临界屈曲状态。在临界屈曲状态下，弯曲梁所受载荷即使只是微小的增加也会导致结构产生较大的响应。
当总滑块部件受到风的作用时，风流经阻流圆柱会产生涡街效应，致使迎风薄板的上、下表面受到交替的风作用力，从而带动总滑块部件沿支杆往复振动，并使处于临界屈曲状态下的弯曲梁所受载荷产生波动，最终致使弯曲梁产生较大振动响应，并带动压电元件产生剧烈的振动，从而产生更多电能。
弯曲梁处于不稳定的临界屈曲状态，致使外界作用力即使增量很小，也能使得弯曲梁以及压电悬臂梁元件产生较大的振动响应。
与现有技术相比，本发明具有如下突出的实质性特点和显著的优点：
本发明风致振动压电能量收集装置即使在风速不高的场合，也能使压电元件产生较大的振动、输出较多的电能，有效地提高了风能收集的效率。
附图说明
图1是风致振动压电能量收集装置的三维结构示意图。
图2是风能收集装置风致振动的示意图。
具体实施方式
以下对本发明的具体实施例作详细说明。下述说明仅仅是示例，而不是为了限制本发明的范围及其应用。
如图1所示，一种风致振动压电能量收集装置，包括左固定件1、第一滑块部件2、阻流圆柱3、迎风薄板4、弯曲梁5、压电悬臂梁元件6、螺栓7、右固定件8、支杆9、第二滑块部件10、预压弹簧11；四根支杆9的两端通过螺栓7分别固定在左固定件1和右固定件8的四角上，构成风致振动能量收集装置的外框架；所述迎风薄板4固定在第一滑块部件2和第二滑块部件10之间，迎风薄板4的两端分别固定一个阻流圆柱3，构成一个总滑块部件，该总滑块部件能够沿着支杆9来回滑动；所述第二滑块部件10和右固定件8的中部分别开有一切槽，所述弯曲梁5的两端固定在第二滑块部件10和右固定件8的切槽中，所述第一滑块部件2和左固定件1之间安装有预压弹簧11，其为总滑块部件提供预压力，并使弯曲梁5受力弯曲；所述弯曲梁5的中间一侧或两侧固定有压电悬臂梁元件6。
所述压电悬臂梁元件6可以是压电陶瓷金属片，也可以是聚偏二氟乙烯（PVDF）。
风致振动压电能量收集装置装配时，预压弹簧11受压变形，使得总滑块部件对弯曲梁5施加预压力，弯曲梁5处于弯曲状态。此时需要调节预压力的大小，使得弯曲梁5正好处于临界屈曲状态。在临界屈曲状态下，弯曲梁5所受载荷即使只是微小的增加也会导致结构产生较大的响应。
如图2所示，图中细箭头所示为风的方向，粗箭头所示为总滑块部件往复振动的方向。装配好的总滑块部件受到右侧风的作用时，由于风受到阻流圆柱3的影响，其流经阻流圆柱3后会产生涡街效应，致使迎风薄板4的上、下表面受到交替的风作用力，从而带动总滑块部件沿支杆9往复振动，振动方向如图2中粗箭头所示，并使处于临界屈曲状态下的弯曲梁5所受载荷产生波动，最终致使弯曲梁5产生较大振动响应，并带动压电悬臂梁元件6产生剧烈的振动，从而产生电能。这样即使是在风速不高的场合，也能使压电悬臂梁元件6产生较大的振动、输出较多的电能，有效地提高了风能收集的效率。由于总滑块部件为左右对称的结构，当受到左侧吹来的风时，风能收集器的工作原理相同。

Claims (1)

1.一种风致振动压电能量收集装置，其特征在于，包括左固定件（1）、第一滑块部件（2）、阻流圆柱（3）、迎风薄板（4）、弯曲梁（5）、压电悬臂梁元件（6）、螺栓（7）、右固定件（8）、支杆（9）、第二滑块部件（10）、预压弹簧（11）；四根支杆（9）的两端通过螺栓（7）分别固定在左固定件（1）和右固定件（8）的四角上，构成风致振动能量收集装置的外框架；所述迎风薄板（4）固定在第一滑块部件（2）和第二滑块部件（10）之间，迎风薄板（4）的两端分别固定一个阻流圆柱（3），构成一个总滑块部件，该总滑块部件能够沿着支杆（9）来回滑动；所述第二滑块部件（10）和右固定件（8）的中部分别开有一切槽，所述弯曲梁（5）的两端固定在第二滑块部件（10）和右固定件（8）的切槽中，所述第一滑块部件（2）和左固定件（1）之间安装有预压弹簧（11），其为总滑块部件提供预压力，并使弯曲梁（5）受力弯曲；所述弯曲梁（5）的中间一侧或两侧固定有压电悬臂梁元件（6）。
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Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107317517A (zh) * 2017-08-17 2017-11-03 浙江师范大学 一种风力发电机叶片监测***用自供电电源
CN107688100A (zh) * 2017-09-22 2018-02-13 上海交通大学 一种基于涡激振动的管道流流速监测自供电传感器
CN110048640A (zh) * 2019-04-17 2019-07-23 上海大学 一种收集人体动能的压电能量收集器
CN110261663A (zh) * 2019-07-02 2019-09-20 上海交通大学 基于风致振动的串错列压电能采集器测试装置和测试方法
CN112879836A (zh) * 2021-02-11 2021-06-01 胡炜 一种室外用led射灯

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2006226221A (ja) * 2005-02-18 2006-08-31 Univ Nagoya 発電装置
CN203702474U (zh) * 2013-12-27 2014-07-09 上海工程技术大学 一种汽车的减震发电结构
CN104113232A (zh) * 2014-07-11 2014-10-22 西安电子科技大学 一种风致振动式压电发电机
EP2953259A1 (en) * 2014-06-05 2015-12-09 StronGER S.r.l. Device made of piezoelectric material having a fin for harvesting energy from air flows

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2006226221A (ja) * 2005-02-18 2006-08-31 Univ Nagoya 発電装置
CN203702474U (zh) * 2013-12-27 2014-07-09 上海工程技术大学 一种汽车的减震发电结构
EP2953259A1 (en) * 2014-06-05 2015-12-09 StronGER S.r.l. Device made of piezoelectric material having a fin for harvesting energy from air flows
CN104113232A (zh) * 2014-07-11 2014-10-22 西安电子科技大学 一种风致振动式压电发电机

Cited By (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107317517A (zh) * 2017-08-17 2017-11-03 浙江师范大学 一种风力发电机叶片监测***用自供电电源
CN107317517B (zh) * 2017-08-17 2023-03-21 浙江师范大学 一种风力发电机叶片监测***用自供电电源
CN107688100A (zh) * 2017-09-22 2018-02-13 上海交通大学 一种基于涡激振动的管道流流速监测自供电传感器
CN110048640A (zh) * 2019-04-17 2019-07-23 上海大学 一种收集人体动能的压电能量收集器
CN110261663A (zh) * 2019-07-02 2019-09-20 上海交通大学 基于风致振动的串错列压电能采集器测试装置和测试方法
CN110261663B (zh) * 2019-07-02 2020-07-14 上海交通大学 基于风致振动的串错列压电能采集器测试装置和测试方法
CN112879836A (zh) * 2021-02-11 2021-06-01 胡炜 一种室外用led射灯
CN112879836B (zh) * 2021-02-11 2022-12-20 深圳市安泽通科技发展有限公司 一种室外用led射灯

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