[发明专利]一种几何非线性压电-摩擦复合风能采集器

说明书

本发明涉及一种几何非线性压电‑摩擦复合风能采集器，包括曲面阻流体、弹性梁、曲面限位支架、基座，弹性梁上方设有曲面阻流体，曲面阻流体固定连接在弹性梁顶部的自由端，弹性梁左右两侧对称布置有曲面限位支架，曲面限位支架的内侧面设置为曲面，弹性梁与曲面限位支架均固定连接在基座上，弹性梁左右两侧面上均粘接有摩擦发电阴极，曲面限位支架的曲面上粘接有摩擦发电阳极，摩擦发电阳极与弹性梁上的摩擦发电阴极相对布置，弹性梁底部的固定端处设置有压电层，压电层粘接在弹性梁左右两侧，压电层设于摩擦发电阴极下方；本发明增加了能量采集器的有效工作频率范围，并且在高风速下避免了压电片因变形量过大而损毁，可靠性高。

技术领域

本发明涉及风能采集技术领域，具体地说是一种几何非线性压电-摩擦复合风能采集器。

背景技术

微电子器件广泛应用于工业、军事、航空航天、生物医学、环境监测、消费电子等诸多领域。目前，这些设备主要由化学电池供电，其寿命有限且对环境有害。随着新型材料、微纳制造和集成电子等技术的迅速发展，微电子器件所需的能耗显著降低。而风能是自然界中最丰富的能源之一，且风能对白天或夜晚的依赖性很小，因此可以被持续有效地转换为电能。将风能转换为电能，可以实现自供能传感、控制与驱动，具备灵活、节能环保、可持续的优势，在环境监测和军事侦测等领域均具有广阔的应用前景。

然而，目前大部分风能采集装置功率转换效率低，体积大、制造和安装、维修成本高，对环境的影响大。尽管风能采集装置小型化能降低成本以及对环境的影响，但是输出功率也会降低，并且工作风速范围有限也使得小型风能采集的应用困难重重。

发明内容

本发明的目的就是要解决上述的不足而提供一种几何非线性压电-摩擦复合风能采集器，增加了能量采集器的有效工作频率范围，并且在高风速下避免了压电片因变形量过大而损毁，可靠性高。

为实现上述目的设计一种几何非线性压电-摩擦复合风能采集器，包括曲面阻流体1、弹性梁2、曲面限位支架4、基座7，所述弹性梁2上方设有曲面阻流体1，所述曲面阻流体1固定连接在弹性梁2顶部的自由端，所述弹性梁2左右两侧对称布置有曲面限位支架4，所述曲面限位支架4的内侧面设置为曲面，所述弹性梁2与曲面限位支架4均固定连接在基座7上，所述弹性梁2左右两侧面上均粘接有摩擦发电阴极3，所述曲面限位支架4的曲面上粘接有摩擦发电阳极5，所述摩擦发电阳极5与弹性梁2上的摩擦发电阴极3相对布置，所述弹性梁2底部的固定端处设置有压电层6，所述压电层6粘接在弹性梁2左右两侧，所述压电层6设于摩擦发电阴极3下方，且与摩擦发电阴极3间隔布置。

进一步地，所述曲面限位支架4与摩擦发电阳极5之间还设置有软胶8。

进一步地，所述摩擦发电阳极5从内到外依次为聚酰亚胺双面胶带9、薄铜片10、聚酰亚胺双面胶带9、聚甲醛薄膜11，所述薄铜片10通过聚酰亚胺双面胶带9粘接于曲面限位支架4上，所述薄铜片10电连接导线，所述聚甲醛薄膜 11通过聚酰亚胺双面胶带9粘接于薄铜片10上，所述摩擦发电阳极5电连接的导线分别电连接超级电容的两端。

进一步地，所述摩擦发电阴极3从内到外依次为聚酰亚胺双面胶带9和全氟乙烯丙烯共聚物薄膜12，所述全氟乙烯丙烯共聚物薄膜12通过聚酰亚胺双面胶带9粘接于弹性梁2上。

进一步地，所述压电层6从内到外依次为聚酰亚胺双面胶带9和压电片13，所述压电片13通过聚酰亚胺双面胶带9粘接于弹性梁2底部。

进一步地，所述压电片13与超级电容电连接。

进一步地，所述曲面阻流体1与弹性梁2长度方向一致或与弹性梁2垂直布置。

进一步地，所述弹性梁2采用弹性材料制成，所述弹性梁2为沿竖直方向延伸的片状结构。

进一步地，所述曲面阻流体1采用横截面呈圆形或圆弧形的柱体，所述曲面阻流体1沿竖直方向布置或沿水平方向布置。