[发明专利]一种针对低风速的风能收集装置和方法

说明书

本发明公开了一种针对低风速的风能收集装置和方法，属于风能利用技术领域。包括支架、弹簧、介电弹性体薄膜、U型连接架和振子；支架起支撑和固定的作用，U型连接架与支架铰接，使其能够绕铰接点所在的直线左右摆动；U型连接架的铰接点的一侧安装有垂直设置的振子，另一侧安装有平行于振子的竖杆；竖杆上设有垂直于U型连接架所在平面的弹簧和振动棒，弹簧两端通过支架固定，弹簧的中部与竖杆连接，振动棒的两侧设有一对介电弹性体薄膜，振动棒的端部与介电弹性体薄膜之间留有距离；介电弹性体薄膜的两端面设有电极并连接电能收集电路，随着介电弹性体薄膜的拉伸‑压缩产生电容变化，进而改变电能收集电路的内部连接关系而产生电能并收集。

技术领域

本发明涉及风能利用技术领域，尤其涉及一种针对低风速的风能收集装置和方法。

背景技术

能源是人类社会生存及发展的基石。现代人类社会高速发展主要依靠传统化石能源的同时，也引发了一系列的环境及健康问题，威胁了社会的可持续健康发展。而清洁的可再生能源的开发与利用为人类的发展提供了新的思路与选择，也是解决现有环境和发展问题的有效途径之一，更是实现社会可持续健康发展的前提。

目前主要的可再生能源发电技术有:太阳能发电、水力发电、风力发电和生物质能发电等。而风能作为大自然馈赠的重要能源之一，是一种被广泛认可的新能源。我国风能资源的理论蕴藏量丰富，潜在可开发量巨大。但是我国风力发电主要都集中在三北地区和东南沿海等风能资源丰富的高风速地区，而低风速地区的风能资源在我国分布十分广泛，约占全国可利用风能面积的68％。但低风速地区的风能资源几乎都没有得到开发利用，这无疑是对风能资源大大地浪费。因此探索性地研究采集低风速的风能能量收集装置对我国的风能行业发展以及节能减排具有重要意义。

介电弹性体(Dielectric Elastomer,DE)是一类在外加电场激励下可以发生形变，进行能量转换的新型纺织材料，属于电活性聚合物。利用介电弹性体来发电具有超大变形、高能量密度、高效率、成本低等特点。介电弹性体发电机(Dielectric ElastomerGenerator,DEG)基于可变电容原理，在外加机械力作用下，DE薄膜发生形变，将机械能转化为电能。但是风能开发中关于介电弹性体案例较少，这主要是DE薄膜离不开外接高压电源，二是得到的电能的利用及储存问题。

发明内容

为了克服上述技术问题，本发明公开了一种针对低风速的风能收集装置和方法，提高了低风速地区的风能资源利用率。

本发明采用的技术方案如下：

一种针对低风速的风能收集装置，包括支架、弹簧、介电弹性体薄膜、U型连接架和振子；

所述的支架起支撑和固定的作用，U型连接架与支架铰接，使得U型连接架能够绕铰接点所在的直线左右摆动；U型连接架的铰接点的一侧安装有垂直设置的振子，另一侧安装有平行于振子的竖杆；所述的竖杆上设有垂直于U型连接架所在平面的弹簧和振动棒，弹簧两端通过支架固定，弹簧的中部与竖杆连接，振动棒的两侧设有一对介电弹性体薄膜，振动棒的端部与介电弹性体薄膜之间留有距离。

作为本发明的优选，所述的振动棒的端部设有橡胶圈。

作为本发明的优选，所述的介电弹性体薄膜通过一对安装板固定在振动棒的两侧，介电弹性体薄膜所在的平面与振动棒两端的运动弧线垂直。

作为本发明的优选，所述的介电弹性体薄膜的两端面设有电极并连接电能收集电路，随着介电弹性体薄膜的拉伸-压缩产生电容变化，进而改变电能收集电路的内部连接关系而产生电能并收集。

作为本发明的优选，所述的电能收集电路包括二阶自偏置电路、驻极体静电电压源、整流桥和稳压二极管；所述的介电弹性体薄膜两侧的电极、二阶自偏置电路、稳压二极管、整流桥分别与驻极体静电电压源并联。