[发明专利]一种风致振动式压电发电机

说明书

技术领域

发明属于可再生能源和发电技术领域，特别是涉及一种风致振动式压电发电机，适用于微传感器、微执行器、微型信号处理器和发射器等需从外界环境俘能进行能量补充的低功耗电子设备。

背景技术

目前，各类微型传感器、微型执行器、微型信号处理器和发射器等低功耗器件不断涌现。当器件微小型化后，能源设备的大小就决定了整个系统的尺寸。没有微小型化的能源设备提供持续的能量，微小型器件将难以发挥其微小型化的优势，甚至失去其微小型化的本来意义。如果可以制造出高效的微能源替代寿命有限的电池能源，那么微小型器件进入实用化过程中的许多难题就可以解决。近年来提出的环境能源收集技术为解决微小型器件的能源问题提供了一个有效途径。

基于风致振动原理的压电发电机利用风载荷引起的微结构振动，将器件所在环境的风能转换为振动能，再利用压电效应将振动能转换为电能，实现对微小型器件的供电。目前，收集风能的压电发电机采用线性振动结构，输出电压低、功率密度小、能源收集效率低。典型的收集风能的压电发电机如Yaowen Yang，Liya Zhao，Lihua Tang在《Applied Physics Letters》102 (2013) : 064105撰文“Comparative study of tip cross-sections for efficient galloping energy harvesting”（“实现驰振能高效收集的阻流体横截面的对比研究”《应用物理快报》）。该文对比研究了阻流体的不同横截面形状和尺寸对风能收集效率的影响关系。

A. Abdelkefi，M. R. Hajj，A. H. Nayfeh在《Nonlinear Dynamics》70 (2012) : 1355-1363撰文“Power harvesting from transverse galloping of square cylinder”（“方柱体驰振能的收集”《非线性动力学》）。该文报道了一种通过方柱体的驰振收集风能的压电发电机。该发电机采用线性振动结构，且未利用尾流中的卡门涡街，因而输出电压和功率较小。

发明内容

本发明的目的是克服现有风致振动式压电发电机结构复杂、电压输出低、功率密度低的问题。

为此，本发明提供了一种风致振动式压电发电机，包括支架、压电悬臂梁、质量块、阻流体、永久磁铁；所述压电悬臂梁包括內梁和外梁，所述外梁的一端与支架固定连接，另一端与阻流体固定连接，所述內梁的一端与支架固定连接，另一端与质量块固定连接；所述永久磁铁至少有两块，一块设置在质量块上，一块设置在阻流体上；所述压电悬臂梁上设置有压电元件。

上述压电悬臂梁还包括长方形的金属梁，所述压电元件通过导电胶分别粘贴于金属梁的上下表面；所述压电元件沿压电悬臂梁厚度方向极化。

上述压电悬臂梁的一端设置有通孔,通过螺栓与支架固定连接,另一端是自由端，设置有卡槽；內梁的自由端通过螺栓与质量块固定连接，外梁的自由端通过螺栓与阻流体固定连接。所述支架）、压电悬臂梁、质量块、阻流体上均设置有通孔，用于将各个部件通过螺栓固定连接。

上述內梁与外梁至少各有1个。

上述內梁有1个；外梁有2个，內梁设置于2个外梁中间，并且2个外梁在內梁的宽度方向对称，內梁与外梁平行设置。

上述质量块由第一质量片和第二质量片组成，并将内梁夹在中间；所述质量块通过螺栓与内梁固定连接；所述第一质量片和第二质量片夹持內梁的内侧面的中部设置有第一空腔，第一质量片和第二质量片的第一空腔配合，用于嵌入永久磁铁。

上述阻流体设置有通孔的一面还设置有用于安置永久磁铁的第二空腔，第二空腔的位置设定与量块上第一空腔的配合。

上述两块永久磁铁是同极相对，一块镶嵌在质量块上，一块镶嵌在阻流体上，使內梁和外梁在振动方向形成非线性机构。

上述的风致振动式压电发电机，还包括夹板，所述夹板用于夹持內梁和外梁与支架连接的一端。

上述的风致振动式压电发电机，还包括桥式整流电路和储能元件，所述桥式整流电路分别与內梁和外梁电连接，用于将內梁和外梁产生的电能转换成直流电能，并存储于储能元件。