[发明专利]宽速度域磁力耦合压电风能采集器

说明书

一种宽速度域磁力耦合压电风能采集器，包括：风力旋转机构、发电装置以及设置于发电装置内并与风力旋转机构相连的转子，其中：风力旋转机构转动设置于发电装置的中心，发电装置的内部设有若干发电单元正对所述转子。每个发电单元包括一个磁耦合压电发电机构和一个发电线圈，发电线圈与磁耦合压电发电机构间隔设置且分别与控制单元相连。通过旋转将风力转换为周期性磁力作用到磁耦合压电发电机构，具有更高的机电耦合系数，提高了能量密度和可靠性。设计多磁力耦合配置克服了反作用磁阻力矩，使得该装置在风力较小时也能有效工作，而当风力较大时，接通电磁感应发电线圈，同时通过磁耦合压电发电机构和发电线圈发电，俘获更多能量。

技术领域

本发明涉及的是一种风力发电领域的技术，具体是一种宽速度域磁力耦合压电风能采集器。

背景技术

传统的风力发电大多采用转动涡轮式装置，装置能量密度低、体积大，并不适用小型化工作。目前很多学者利用压电效应设计小型化风能采集器。目前大部分压电式风能采集设计都是通过风致振动反复弯曲贴在悬臂梁上的单层或双层压电片，从而将风能转换为电能。通过弯曲模式(d31)利用压电片，不仅压电常数低，而且压电片在反复的弯曲中很容易性能退化甚至损坏。风能采集装置还存在一个关键问题是环境适应性差。当风力较小时，很难驱动能量采集装置有效工作。而当风力很大时，又容易损坏能量采集装置。

发明内容

本发明针对现有技术环境适应性差、能量密度低、可靠性低、压电常数难以满足需要的缺陷，提出一种宽速度域磁力耦合压电风能采集器，能够在不同风速范围下均启动工作采集风能。

本发明是通过以下技术方案实现的：

本发明包括：风力旋转机构、发电装置以及设置于发电装置内并与风力旋转机构相连的转子，其中：风力旋转机构转动设置于发电装置的中心，发电装置的内部设有若干发电单元正对所述转子。

所述的风力旋转机构包括旋转轴以及设置于旋转轴上的若干杯式叶片。

所述的转子包括：中叶片和激励磁铁，其中：中叶片的两端分别与风力旋转机构和激励磁铁固定连接。

所述的发电装置包括：壳体及设置于其内部的控制单元和若干与之相连的发电单元，其中：每个发电单元包括一个磁耦合压电发电机构和一个发电线圈，发电线圈与磁耦合压电发电机构间隔设置且分别与控制单元相连。

所述的磁耦合压电发电机构包括：压电层、伸张金属层和被激励磁铁，其中：压电层的至少一侧设有伸张金属层，被激励磁铁与压电层或伸张金属层相连且正对转子，被激励磁铁与激励磁铁的极性相反互相吸引。

所述的发电单元的个数优选与转子的个数相同且周向均布，相互对称的磁耦合压电发电机构上的被激励磁铁布置方式相反。

所述的壳体包括上固定板、下固定板以及设置于其间的若干连接安装板，所述的风力旋转机构通过轴承转动设置于上固定板和下固定板的中心。

所述的连接安装板的个数与发电单元相同。

所述的控制单元包括：包含整流模块和电能存储器件的压电发电电路、包含微继电器、整流模块和电能存储器件的电磁发电电路以及微控制模块，其中：压电发电电路与压电层相连，电磁发电电路与发电线圈相连，微控制模块分别与压电发电电路和电磁发电电路相连并传输控制信息。

技术效果

与现有技术相比，本发明通过旋转将风力转换为周期性磁力作用到磁耦合压电发电机构，具有更高的机电耦合系数，提高了能量密度和可靠性；尤其通过多磁力耦合配置克服了反作用磁阻力矩，使得该装置在风力较小时也能有效工作，而当风力较大时，接通电磁感应发电线圈，同时通过磁耦合压电发电机构和发电线圈发电，俘获更多能量，并且采用电磁感应和压电效应两种风能与电能的转换方法，兼具压电发电和电磁感应发电的特点，有更广泛的应用领域。

附图说明