[发明专利]宽速度域磁力耦合压电风能采集器

摘要

一种宽速度域磁力耦合压电风能采集器，包括：风力旋转机构、发电装置以及设置于发电装置内并与风力旋转机构相连的转子，其中：风力旋转机构转动设置于发电装置的中心，发电装置的内部设有若干发电单元正对所述转子。每个发电单元包括一个磁耦合压电发电机构和一个发电线圈，发电线圈与磁耦合压电发电机构间隔设置且分别与控制单元相连。通过旋转将风力转换为周期性磁力作用到磁耦合压电发电机构，具有更高的机电耦合系数，提高了能量密度和可靠性。设计多磁力耦合配置克服了反作用磁阻力矩，使得该装置在风力较小时也能有效工作，而当风力较大时，接通电磁感应发电线圈，同时通过磁耦合压电发电机构和发电线圈发电，俘获更多能量。

主权项

1.一种宽速度域磁力耦合压电风能采集器，其特征在于，包括：风力旋转机构、发电装置以及设置于发电装置内并与风力旋转机构相连的转子，其中：风力旋转机构转动设置于发电装置的中心，发电装置的内部设有若干发电单元正对所述转子；所述的发电装置包括：壳体及设置于其内部的控制单元和若干与之相连的发电单元，其中：每个发电单元包括一个磁耦合压电发电机构和一个发电线圈，发电线圈与磁耦合压电发电机构间隔设置且分别与控制单元相连；所述的风力旋转机构包括旋转轴以及设置于旋转轴上的若干杯式叶片；所述的转子包括：中叶片和激励磁铁，其中：中叶片的两端分别与风力旋转机构和激励磁铁固定连接；所述的磁耦合压电发电机构包括：压电层、伸张金属层和被激励磁铁，其中：压电层的至少一侧设有伸张金属层，被激励磁铁与压电层或伸张金属层相连且正对转子，被激励磁铁与激励磁铁的极性相反互相吸引；所述的发电单元的个数与转子的个数相同且周向均布，相互对称的磁耦合压电发电机构上的被激励磁铁布置方式相反；所述的控制单元包括：包含整流模块和电能存储器件的压电发电电路、包含微继电器、整流模块和电能存储器件的电磁感应发电电路以及微控制模块，其中：压电发电电路与压电层相连，电磁感应发电电路与发电线圈相连，微控制模块分别与压电发电电路和电磁感应发电电路相连并传输控制信息；当对称的激励磁铁接近对称的磁耦合压电发电机构时，一个磁耦合压电发电机构对接近的激励磁铁产生磁排斥力，从而对旋转运动产生阻力矩，而与之对称的磁耦合压电发电机构对接近的激励磁铁产生磁吸引力，从而对旋转运动产生驱动力矩；当对称的激励磁铁离开对称的磁耦合压电发电机构时，一个磁耦合压电发电机构对离开的激励磁铁产生磁排斥力，从而对旋转运动产生驱动力矩，而与之对称的磁耦合压电发电机构对离开的激励磁铁产生磁吸引力，从而对旋转运动产生阻力矩；在整个工作过程中，对称的磁耦合压电发电机构对旋转运动的阻力矩都能被相互抵消；当风吹入时，杯式叶片旋转，带动旋转轴以及固定于旋转轴上的中叶片旋转，同时中叶片也受到风力驱动旋转，固定安装于中叶片末端的激励磁铁旋转，被激励磁铁与激励磁铁之间的距离发生变化，磁铁之间的距离变化导致磁力的变化，从而激励磁铁对磁耦合压电发电机构产生周期性磁力激励，磁力被两个伸张金属层放大、叠加传递到压电层，压电层发生形变，因为压电效应而发电，多个磁耦合型俘能器产生的电压通过电线输入控制单元的压电发电电路；当风力较弱时，电磁感应发电电路断开，即只有磁耦合压电发电机构工作，通过多磁力耦合作用使得旋转运动的阻力矩总能被驱动力矩抵消，所以磁耦合压电发电机构工作时对旋转运动的阻力很小，从而可以在风力较弱时有效工作；当风力较大，旋转速度增加，磁耦合压电发电机构产生的电压频率增加，当电压频率超过设定值，则接通电磁感应发电电路开始发电。