[发明专利]一种自然风驱动的轻便压电俘能装置及方法

说明书

本发明公开了一种自然风驱动的轻便压电俘能装置及方法，通过风扇将自然风转变为一定周期作用的振源，驱动发电片，从而激励发电片振动产生电能，从而实现风力发电，同时将排列安装的多组发电片按面积进行渐变排列，使得尽可能多的发电片的固有频率接近自然风产生的振动频率，从而最大效率将风能转换为电能。

技术领域

本发明涉及发电装置技术领域，更具体的说是涉及一种自然风驱动的轻便压电俘能装置及方法。

背景技术

压电俘能装置是一种利用压电陶瓷发电片的压电效应，收集环境中的振动能量，将振动机械能变成电能的装置。压电俘能装置具有能量密度大、无电磁干扰、易于加工等优点，具有非常广阔的应用前景，是当前的研究热点。

近年来，随着微电子技术、微机电系统、无线通信技术等领域的发展，使无线传感器网络技术成为国内外研究的热点。对于各类嵌入式系统和数量庞大的无线传感器网络节点来说，采用传统的化学电池存在需要定期更换的问题，不能有效发挥无线传感器的最大作用。而能源发电装置一般需要一定质量的能源材料进行电能转换，装置较为笨重不便于安装在无线传感器上。

风能是一种自然界中广泛存在的能量形式，依靠风力发电已经成为当前电能的来源之一，风力俘能装置无需加装能源存储设备，较为轻便，可以有效利用地表自然风，将低风力风能有效转变为电能，为各类无线传感器件提供可持续能源，最大效率发挥无线传感器的作用。但是，通常风力俘能装置都采用统一形状尺寸的发电片，具有一致的自身固有振动频率，而自然风力并不恒定，因此驱动发电片振动的振源频率也是变化的，俘能装置中一致的固有振动频率不能灵活适应外界的振源频率，导致发电效率不高。

因此，如何利用地表自然风进行持续高效的风力发电是本领域技术人员亟待解决的问题。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种自然风驱动的轻便压电俘能装置及方法，通过风扇将自然风转变为一定周期作用的振源，驱动发电片，从而激励发电片振动产生电能，从而实现风力发电，同时将排列安装的多组发电片按面积进行渐变排列，使得尽可能多的发电片的固有频率接近自然风产生的振动频率，从而最大效率将风能转换为电能。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种自然风驱动的轻便压电俘能装置，包括：风扇、多片发电片、多个磁珠一和多个磁珠二；多片所述发电片的形状均不相同；所述风扇包括叶片和设置于所述叶片周围的扇框；所述发电片安装于所述叶片背风面一侧，且位于所述扇框侧壁上；所述磁珠一安装于所述叶片背风面一侧，且与所述发电片相对；所述磁珠二安装于所述发电片上，且与所述磁珠一位置相对。

优选的，所述发电片为压电陶瓷发电片，所述发电片通过螺杆悬臂支撑安装于所述扇框侧壁的凸块上，所述磁珠二安装于所述发电片悬臂一端。

优选的，多片所述发电片包括矩形发电片、梯形发电片和三角形发电片，多片所述发电片下底边长度与高度均相同，所述发电片自身固有频率由发电片自身的形状、尺寸和磁珠质量综合决定，若磁珠质量一定，则所述矩形发电片自身固有频率最低，从宽梯形过渡到窄梯形，直至三角形，自身固有频率逐渐升高。

优选的，所述发电片为多片相同的所述矩形发电片切割而成的下底边和长度不变，上底边长度不等的多片所述梯形发电片和一片所述三角形发电片。

优选的，所述叶片转动至所述发电片下方，所述磁珠一与所述磁珠二相互吸引，所述磁珠二受到吸引力使得所述发电片弯曲，所述磁珠一与所述磁珠二之间的吸引力变化使得所述发电片产生振动。

优选的，所述叶片与所述扇框通过设置于所述叶片上的转动轴固定连接，安装好俘能装置后，在自然风作用下所述叶片转动。

一种自然风驱动的压电俘能方法，具体步骤为：