[发明专利]一种旗摆激励式风能采集器

说明书

本发明涉及一种旗摆激励式风能采集器，属新能源领域。摆盘的盘体上方设有半轴、装有传感器，盘体下方中心处设有凸台、外缘处设有环台，盘体下方装有电路板；帆架套筒套在半轴上并可绕半轴转动，套筒上装有帆布；底盘下方的对称配置的两个磁铁的中心与传感器中心位于同一圆周上；外壳体装在底座上，激励器的连接板装在底座凸台上，连接板上设有摆杆，摆杆上设有激励盘，激励盘上设有螺柱，螺柱与摆盘凸台经螺纹连接；底座凸台的侧壁上均布地装有发电单元，其中的片簧自由端与激励盘外缘接触但无相互作用力、压电振子是由基板和压电片粘接而成的弧形结构，基板弯曲半径小于压电片弯曲半径，基板靠近片簧安装，基板自由端压靠在片簧上。

技术领域

本发明属新能源技术领域，具体涉及一种旗摆激励式风能采集器，用于环境中风向变化的自供电监测。

背景技术

风向风速测量技术在气象、民航、公路与桥梁及采矿等行业都有广泛的应用需求。目前，用于风向风速测量的新型传感器、数据采集与处理技术等都取得了长足的发展，其中便携式数字式风速测量仪在工业生产中已获得广泛的实际应用。然而，野外自然环境中风向风速测量方面还有一些急需解决的关键问题，如数据采集、处理及持续远程传输的能量供应问题，测量系统的低风速启动问题，等等。

发明内容

本发明提出一种旗摆激励式风能采集器，本发明采用的实施方案是：摆盘的盘体上方的中心处设有半轴，盘体下方的中心处设有带螺纹孔的凸台、盘体下方的外缘处设有环台，盘体下方经螺钉安装有一块电路板，电路板上设有能量转换电路、运算处理电路与信息发射系统；盘体上方经螺钉安装有传感器，传感器均布在以半轴中心为圆心的圆周上；帆架由相互垂直的套筒和底盘构成，套筒套在半轴上并可绕半轴转动，套筒上安装有一条帆布；帆架的底盘经轴承压接在盘体上；帆架的底盘下方镶嵌有两个磁铁，磁铁中心与传感器中心位于同一圆周上，磁铁对称安装在半轴两侧，传感器通过检测磁铁的磁场强度确定帆架上帆布所处的方位，从而确定风向。

外壳体经螺钉安装在底座上，激励器的连接板经螺钉安装在底座凸台上，激励器的连接板上设有摆杆，摆杆上端设有激励盘，激励盘上方设有螺柱，螺柱与摆盘的凸台经螺纹相连接，外壳体的上端置于摆盘的环台内；激励盘上经螺钉安装有惯性块；底座凸台的侧壁上经压板和螺钉均布地安装有发电单元，发电单元由片簧及其两侧对称配置的压电振子构成，片簧及压电振子的一端经压板压接在底座凸台的侧壁上，片簧及压电振子的固定端之间压接有垫片，片簧的自由端与激励盘的外缘接触但无相互作用力；压电振子是由等厚度的基板和压电片粘接而成的弧形结构，基板的弯曲半径小于压电片的弯曲半径，基板靠近片簧安装，基板自由端压靠在片簧上，且片簧无变形时压电振子的变形量小于其许用值的一半，激励器的摆杆变形使摆盘的环台与外壳体相接触时，压电振子的最大变形量小于其许用值；片簧两侧设有用于调节弯曲和扭转刚度的豁口，豁口位于片簧与压电振子接触点的下方。

环境中有风吹过时，帆布与风的耦合作用将迫使帆架、摆盘及激励器摆动，再经激励盘及片簧的相互作用使压电振子的状态发生变化：片簧弯曲变形时，片簧一侧压电振子的变形量增加、另一侧压电振子的变形量减小，当激励器的摆杆变形过大并使摆盘的环台与外壳体相接触时，变形量逐渐增加的压电振子的实际变形量小于其许用值、变形量逐渐减小的压电振子不出现反向变形；本发明中，压电振子变形量的许用值为R为压电片凸面上的半径，l为压电振子可变形部分的长度；压电振子变形量交替增加与减小的过程中压电片的应力交替地增加和减小，从而将机械能转换成电能，此为压电发电过程；所生成的电能经导线传输到电路板上，经转换处理后用于风向信号的处理计算与发射。

环境中的风向发生变化时，帆布将带动帆架及磁铁绕摆盘的半轴转动，从而改变各传感器与磁铁的相对位置、使各传感器上所检测到的磁场强度发生变化，与磁铁距离近的传感器检测到的磁场强度高、距离远的传感器检测到的磁场强度弱或检测不到磁场，故本发明根据各传感器检测到磁场强度的强弱及有无确定风向，所获得的风向变化信息经电路板上的信息发射系统发射出去。