[发明专利]一种风致振压电俘能器

说明书

本发明涉及一种风致振压电俘能器，属新能源技术领域。支架的横梁上下两端分别设有带滑道的上下梁；耦合器的钝体上下两端都设有耳板，两个耳板内侧经圆柱体连接、外侧都设有半轴，圆柱体上设有两个相互平行的柱平面，圆柱体及两个耳板上设有相互连通的通槽；圆柱销的两端和两个半轴经轴套装在上下梁的滑道内；簧片的一端置于通槽内并经螺钉固定在耳板上、另一端经圆柱销的窄缝穿过；两个挡板的连接耳经螺钉分别装在上下梁上且其弧形板经钝体和圆柱体间的缝隙穿过后相接触；由基板和压电片构成的压电振子一端经螺钉和限形架的压板安装在横梁上、自由端顶靠在柱平面上；限形架的压板两端都设有带限形面的限形块，压电振子固定端的基板与限形面接触。

技术领域

本发明属于新能源技术领域，具体涉及一种风致振压电俘能器。

背景技术

近年来，随着无线传感网络技术的日趋成熟及其在环境监测、大型建筑物及桥梁的健康监测、工业、军事及公共安全等领域应用的普及，为其提供持续能源供应的微小型风力俘能器的研究受到国内外学者的广泛关注。目前已提出的微小型风力俘能器基本都是基于电磁原理和压电原理的，因压电式俘能器的发电过程中不会产生电磁干扰，更适用于无线网络节点等无线系统。现有利用薄片型压电振子构造的风力俘能器主要有两大类：一是吹拂激励式，即直接利用风力吹动压电振子使其产生弯曲变形并发电；二是旋转激励式，即首先利用风使叶片旋转、再由叶片带动转动机构拨动压电振子弯曲变形并发电。上述压电俘能器的共同特点是直接利用压电振子端部质量的惯性力使其弯曲变形并发电，其主要弊端是：风速适应性差，有效风速范围小，压电振子双向变形、压电片承受交变的拉压应力作用且缺少必要的限形措施，压电振子尺度及系统固有频率可调节范围小。

发明内容

本发明提出一种风致振压电俘能器，本发明采用的实施方案是：支架的横梁上下两端分别设有上下梁，上下梁平行且对称配置在横梁上下两侧，上下梁与横梁垂直，上下梁的内壁上都设有滑道，下梁两端设有支脚；耦合器的钝体上下两端都设有耳板，钝体为空心壳体，两个耳板内侧经圆柱体连接，两个耳板的外侧都设有半轴，半轴与圆柱体同轴且其轴心线与钝体的轴线平行，圆柱体上设有两个相互平行的柱平面，圆柱体及两个耳板上设有相互连通的通槽，两个柱平面及通槽以半轴及钝体轴心线所在的平面为对称中心面；圆柱销的两端和两个半轴上都套有轴套，轴套经螺钉安装在上梁或下梁的滑道内；圆柱销靠近横梁安装，圆柱销中间段的轴心处设窄缝，圆柱销的轴心位于窄缝的对称中心面内；簧片的一端置于通槽内并经螺钉固定在耳板上、另一端经窄缝穿过后再经螺钉与圆柱销固定在一起；挡板由弧形板和连接耳构成，两个挡板的连接耳经螺钉分别安装在上下梁上，两个挡板的弧形板经钝体和圆柱体之间的缝隙穿过后相互顶靠在一起，弧形板的凸面靠近钝体安装；压电振子一端经螺钉和限形架的压板安装在横梁上，压电振子由基板和压电片粘接而成，压电振子自由端的基板一侧顶靠在圆柱体的柱平面上，基板与柱平面相互接触但无作用力；限形架的压板两端都设有限形块，限形块上设有限形面，限形面为圆弧面，限形面和压板上与压电振子相接触的表面相切；同一限形架上两个限形块的间距比压电片宽、比基板窄，压电振子固定端的基板与限形面接触；非工作时，簧片厚度方向的对称中心层、钝体的轴线及两个弧形板的接触面位于同一垂直平面内；两个挡板安装后其弧形板总宽度与钝体直径之比即宽径比为1～3，钝体外表面与弧形板表面的最小间距与钝体直径之比即间径比为0～3。

本发明中，风由钝体吹向挡板和横梁，风流经钝体后产生卡门漩街，漩涡的交替生成与脱落会使钝体前后两侧的气流压力交替变化从而产生使耦合器往复摆动的激振力，耦合器摆动时迫使压电振子向使压电片承受压应力的方向弯曲变形，压电振子往复弯曲变形过程中即将风能转换成了电能；风经过钝体后受到挡板的阻碍时流向及漩涡形态及动态特性均发生变化，从而使激振力的幅值发生变化，振动幅值增大或减小；钝体摆动幅值达到额定值时，压电振子自由端的基板将与柱平面脱离、与圆柱体的圆弧面接触，此后压电振子的变形量不随钝体振幅的增加而增加：同时，钝体的振幅达到额定值时还通过圆柱体的圆弧面将压电振子的基板压靠在限形面上，此时压电片长度方向上各点的压应力相等且小于其许用值，故具有较大的发电能力和较高的可靠性。