[实用新型]一种用于采集风能的压电-摩擦电复合型能量采集器

说明书

本实用新型提供了一种用于采集风能的压电‑摩擦电复合型能量采集器，包括聚风装置和设置在封装外壳内部的质量块、阻挡板和压电悬臂梁，所述聚风装置的出风口和封装外壳连接，所述质量块设置在封装外壳内部与聚风装置连接的位置，所述阻挡板设置在质量块外侧的出风口一侧并与质量块保持一定间隙，所述压电悬臂梁一端与所述质量块连接，另一端与悬臂梁支撑体连接，所述悬臂梁支撑体固定在封装外壳外部并与质量块相平行的位置。本实用新型提供的能量采集器通过集成压电和摩擦两种换能方式从而达到同时采集自然环境中风能的目的，解决传统的只能采集一种能量转化机理的问题，并从很大程度上改善了采集能量方式单一、能量采集效率低、输出功率小等问题。

技术领域

本实用新型涉及微型能量采集器领域，尤其涉及一种用于采集风能的压电-摩擦电复合型能量采集器。

背景技术

由于常规能源的日益短缺和环境问题越来越突出，新能源的研究与开发受到越来越多人的关注。自然环境中可采集的能量形式种类有很多，其中，风能是地面上一种广泛存在、取之不尽、用之不竭、易于利用的可再生绿色能源，在近年来得到了快速的发展，是新能源中发展最快的一种能源，风力发电也成为了各国研究的重要课题。

传统的风力发电机体积大，虽然可以实现大功率发电，但其适用范围比较局限，但随着无线网络以及微型电子设备的飞速发展，这些特殊环境下的设备对无线电源的需求也越来越高，采用传统的化学电池供电，需要定期更换，难以满足持续稳定的供能要求。从风能获取能量并转换为电能的微能源装置由于具有体积小、质量轻、寿命长、无需更换、绿色环保等优点，是低功耗电子器件的一种理想电源。

目前，自然环境的中可采集的风能普遍存在，但是现阶段国内外研制的微型风能能量采集器的转换机理主要集中为单一形式的电磁感应或压电效应，对多种能量采集机理复合的结构形式少有涉及，传统的只基于一种能量采集方式，极大地限制了器件的能量转换效率，使其难以达到实际应用中对功率输出的要求。因此，如何改善风能能量采集器的输出和提高能量转换效率是风能能量采集器在实际应用中的关键问题，也是目前研究和关注的热点。通过设计新颖的结构利用摩擦发电机理和压电振动能采集机理将环境中普遍存在的风能进行采集，两种换能机理复合型的复合式能量采集器是提高能量转换效率的一种有效方法。然而，迄今为止，关于可同时利用摩擦发电机理与压电机理的复合式风能能量采集器的研究仍极为有限，因为同时利用两种模式的能量采集对于微型能量采集器件来说，在结构设计上将面临更大的挑战。这种器件含有更多的功能和结构层次，因此器件结构的设计与制备过程的兼容性是关乎整个器件性能的重要问题。

公开号为CN106286139A的中国专利申请公开了一种浓缩风能压电能量收集装置，包括聚风腔体、PVDF压电薄膜、夹持部件、底板、螺柱，所述聚风腔体和夹持部件分别通过螺钉固定在底板上，所述的夹持部件具有上下两块夹板，通过螺钉将PVDF压电薄膜的一端固定，使得PVDF压电薄膜处在一端固定一端自由的悬臂状态；所述聚风腔体由入风口、收缩段、出风口三部分依次连接组成，所述入风口较大，朝向来风方向，出风口较小，朝向PVDF压电薄膜；而底板通过螺母固定在螺柱上。该专利申请采用压电能量采集机理，创新性地提出了压电风能采集器结构，结构新颖，但该技术只是利用压电能量转换这一单一的能量转换机理，并没有得到理想的能量采集输出功率和理想的能量转换率。

公开号为CN106787945A的中国专利申请公开了一种压电-摩擦电复合式宽频带微型能量收集器，包括压电振动能量收集器主结构和摩擦电能量收集单元；压电振动能量收集器主结构包括硅固定基座、多个梯形压电悬臂梁构成的共质量块压电悬臂梁阵列及质量块；摩擦电能量收集单元包括上、下电极和表面微结构处理的柔性介电摩擦层。该专利申请提到了压电-摩擦电两种能量转换机理同时利用的结构，使微型能量采集器的采集效率得以提高。但该专利对实际环境的适应性不强，不能很好的适应自然环境中复杂的振动条件；而且该发明仅仅将两种能量转换方式加以复合，并没有提高微型能量采集器对实际环境的适用性。

发明内容