[发明专利]一种微小型压电式风力发电装置

说明书

本申请涉及一种微小型压电式风力发电装置，由底座、弹簧和钝体构成。钝体包括一个封闭的容纳空间，所述容纳空间内设置有至少一个压电式振动能采集器。弹簧的一端与底座固定连接，另一端与所述钝体固定连接。风吹过钝体时引起钝体在弹簧上振动，实现风能向振动能的转化。通过在钝体内设置一个封闭的容纳空间，并将至少一个压电式振动能采集器设置于该容纳空间，使得钝体在带动压电式振动能采集器振动时，压电式振动能采集器可以将振动能转化为电能。由于压电式振动能采集器处于封闭空间中，使得压电式振动能采集器与外部环境完全隔离开，不会受到外界空气和液体的侵蚀，从而使得整个微小型压电式风力发电装置可以在野外长期稳定工作。

技术领域

本申请涉及物联网和风力发电技术领域，特别是涉及一种微小型压电式风力发电装置。

背景技术

将风能转换为电能的微小型风力发电装置具有工作寿命长、免维护、无污染等优点，可用于替代电池为无线传感节点供电，近年来受到国内外的广泛关注。基于风致振动的微小型风力发电装置利用风致振动现象将风能转换为微小结构的振动能，进一步利用压电效应、静电感应、电磁感应或摩擦发电等机电转换原理进一步将微小结构的振动能转换为电能。在以上几类风力发电装置中，利用压电效应实现机电转换的压电式风力发电装置具有结构简单、功率密度高和易于微型化等优点，相关研究也最多。

传统的微小型压电式风力发电装置一般设置有悬臂式柔性压电复合梁，柔性压电复合梁在风的作用下发生风致振动，导致复合梁中的压电层发电。这类风力发电装置的压电复合梁是直接暴露于外部环境的，日晒雨淋会导致压电材料的压电性大幅衰减，环境中的水分(包含酸碱液体)会对引出电极等产生腐蚀，因此这类发电装置的稳定性和可靠性难以满足在野外长期稳定工作的要求。

发明内容

基于此，有必要针对传统微小型压电式风力发电装置难以满足在野外长期稳定工作的问题，提供一种适合于在野外环境长期工作的微小型压电式风力发电装置。

本申请提供一种微小型压电式风力发电装置，所述微小型压电式风力发电装置包括：

底座；

钝体，所述钝体包括一个封闭的容纳空间，所述容纳空间内设置有至少一个压电式振动能采集器，所述压电式振动能采集器用于将振动能转化为电能；

弹簧，设置于所述底座和所述钝体之间，用于与所述钝体配合作用，将风能转化为振动能；所述弹簧的一端与底座固定连接，另一端与所述钝体固定连接；

所述压电式振动能采集器包括压电复合梁和质量块；所述压电复合梁的一端与钝体的内壁固定连接，另一端与所述质量块固定连接，所述压电复合梁由柔性材料制成。

进一步地，所述钝体包括上壁板、多个侧壁板和底板；所述上壁板、所述多个侧壁板和所述底板共同包围形成所述容纳空间；所述弹簧与所述底板固定连接，以使所述弹簧与所述钝体整体固定连接。

进一步地，所述钝体为顶部封闭且底部开口的壳体；所述钝体包括上壁板、多个侧壁板和底板；所述上壁板和多个侧壁板包围形成一个顶部封闭且底部开口的壳体；所述上壁板、底板和多个侧壁板包围形成所述封闭的容纳空间；所述弹簧与所述底板固定连接，以使所述弹簧与所述钝体整体固定连接。

进一步地，所述压电式振动能采集器为多个，所述压电复合梁设置为长方体状，每一个压电复合梁的长度方向均不相同，所述长度方向为压电复合梁最长边的延伸方向。

进一步地，所述压电复合梁包括至少包含一个压电层，每一个压电层的上、下表面均贴附设置有一个金属电极层。

进一步地，每一个压电式振动能采集器的固有频率满足公式1；