[实用新型]一种全向风能采集器

说明书

本实用新型提供了一种全向风能采集器，包括固定底座，固定底座上设置有柱形弹性悬臂梁，柱形弹性悬臂梁的底端通过固定底座固定，顶端上连接有一个振荡装置，振荡装置可以为空心圆柱、空心方柱或者横截面呈“X”形的柱体；柱形弹性悬臂梁上固定套设有一个压电陶瓷圆管。本方案中的全向风能采集器，结构简单、装配方便、体积小、便于集成化，有利于促进风能采集器在自供能领域的应用；“X”形横截面的振荡装置结构与常规截面形状的钝体结构相比，能增大能量采集器的振动幅值，提升能量采集效率，提高了风能的利用率；基于压电陶瓷圆管及柱形弹性悬臂梁的风能采集器对自然环境中不同方向的风均能做出响应，输出较高的电能，具有很强的环境适应性。

技术领域

本实用新型涉及风能发电以及能量采集技术领域，特别是涉及一种全向风能采集器。

背景技术

随着无线传感器和便携式电子设备在无线传感网络和微机电系统(MEMS)中的广泛应用，能源供给日益成为阻碍其发展的一大瓶颈。风能作为自然界中广泛存在的清洁能源，是国内外自供能研究的热点。相比于转动式小型风能采集器，风致振动能量采集器结构简单、便于微型化，是风能采集器发展的主要方向。基于风致振动的风能采集器利用结构的涡激振动、颤振、驰振、尾流驰振收集风能。振动能到电能的转换方式包括压电转换、电磁转换、静电转换。相比于电磁式和静电式，压电式具有输出功率大、无电磁干扰、可微型化等诸多优点。因此，压电式风能采集器在自供能领域具有更大的发展潜力，是目前研究的重点之一。

由于环境风能存在随机性和不稳定性，多向风能采集的研究成为推动风能采集器发展的关键。在多向风能采集方面，中国发明专利CN104779766B提出一种基于弧形弹性梁的风能采集器，由U型振动部和固定部组成，U型结构的扰流作用有效扩展了风能采集器的风向和风速范围。中国发明专利CN107688101A公开了一种旗摆式多向风能采集器，通过旗帆感知风向，带动动磁环旋转，压电振子自由端的磁片与磁环相互排斥，从而输出电能。中国发明专利CNIO7634676A公开了一种微型能量采集压电树，通过树干、树枝、树叶和果实的振动实现多方向风能的收集利用。虽然上述结构在一定程度上实现了多向风能的采集，但均存在一些缺点，如只在某些方向具有较高的输出功率、结构复杂、不利于集成化等。目前的压电式风能采集器大都包含矩形薄片式悬臂梁结构，采用的换能元件主要采用片状结构，在多向风响应方面不具备优势。

实用新型内容

针对现有技术中的上述问题，本实用新型提供了一种全向风能采集器，可以对各方向的流体能量进行收集，解决了现有技术中的风能采集装置采集方向范围窄、结构复杂、不利于集成化的问题。

为了达到上述实用新型目的，本实用新型采用的技术方案如下：

提供一种全向风能采集器，其包括固定底座，固定底座上设置有柱形弹性悬臂梁，柱形弹性悬臂梁的底端与固定底座顶部固定连接，顶端上连接有一个振荡装置；柱形弹性悬臂梁上固定套设有一个压电陶瓷圆管。

本实用新型的原理为：将风能采集器放置在所需环境中，当气流作用于采集器时，振荡装置将产生自激振动-驰振，将振动传动给柱形弹性悬臂梁，从而使柱形弹性悬臂梁发生周期性弯曲变形，压电陶瓷圆管受到的应力交替增加和减小，由于压电效应，压电圆管内外表面之间将产生电势差，从而将振动能转换为电能输出；本方案中的风能采集器，采用柱形弹性悬臂梁和压电陶瓷圆管，对自然环境中不同方向的风均能做出响应，输出较高的电能，具有很强的环境适应性且结构简单、装配方便、便于集成化。

进一步地，柱形弹性悬臂梁的材料为Fe-Ga合金材料，使得柱形弹性悬臂梁的弹性应变能力较强，使用寿命延长；柱形弹性悬臂梁的轴线与固定底座上表面垂直，使采集器稳定工作。柱形弹性悬臂梁设置为圆柱形，不仅可以方便压电陶瓷圆管的固定，而且圆柱形的弹性悬臂梁在各方向都可以弯曲，可以实现多方向风能采集。现有技术中的风能采集器的弹性梁普遍采用平板形的梁，只能在单一方向弯曲振动，采集风向范围窄，采集效率低下。