一种对称音叉式压电异型悬臂梁风力发电装置的制造方法
【专利摘要】本发明公开了一对称音叉式压电异型悬臂梁风力发电装置，包括有异型悬臂梁、方形基座、压电元件和耦合器。四个异型悬臂梁的主梁末端呈‘十’字型对称固定于方形基座的四角，主梁前端分别与辅梁的末端或中间垂直连接，辅梁端部分别连接有圆形耦合器，主梁接近方形基座的单侧或双侧梁面分别贴设有压电元件。当气流从水平任意方向进入机构中，悬臂梁在圆柱形耦合器作用下形成涡激振动，空气流动能转化成结构振动，利用压电元件将异型悬臂梁的振动转化成电能，从而利用微型化结构实现风力发电。本发明成本低廉、输出功率稳定、使用寿命长、无风向要求，在无线传感器供电方面具有良好的应用前景。
【专利说明】
一种对称音叉式压电异型悬臂梁风力发电装置
技术领域
[0001]本发明涉及微型化风力发电领域，具体是一种对称音叉式压电异型悬臂梁风力发电装置。
【背景技术】
[0002]能源是人类生活的物质基础，能源的利用和发展是全世界人民关心的话题，也是我国经济发展过程中的重要问题。传统化石能源的开采是有限的，且对环境危害较大，因此，新能源的开发和利用是社会发展的需求和趋势。新能源主要包括太阳能、风能和振动能等，其中风能是自然界中广泛存在的一种能量形式，具有清洁、廉价、可再生、资源丰富等特点，具有广阔的应用前景。目前，应用广泛的风力发电装置往往比较大，能够达到的功率也比较高，而风能回收主要用于低功率无线传感器网络，通过微型化的风力发电装置，回收环境中的风能，并转化为电能作为网络节点的电源使用。
[0003]无线传感器网络广泛应用于环境监测、结构监测、在线故障诊断、物联网、军事侦察等重要领域，而器件的微型化、集成化和低功率化是无线传感网络发展的必然趋势。传统电池能量密度低的缺点限制了整体尺寸的微型化，且电池寿命有限，污染环境，发展可替代电池的微型化发电装置成为人们探索的新方向。近年来，通过微型化发电装置，将环境中存在的各种形式能源转化为电能，为低功耗器件自给能源，受到各国科研人员的重视，取得了很多创新性的成果，微型化风力发电装置亦得到了广泛的关注。
[0004]目前，提出的微型化风力发电装置主要包括风车式、悬臂梁式、谐振腔式等结构。但现有的风力发电结构设计存在很多的不足，如发电功率低、回收效率低、风速要求高、安装困难等，远远没有达到可实际应用的发展阶段。
[0005]
【发明内容】
本发明的目的是提供一种对称音叉式压电异型悬臂梁风力发电装置，以解决现有技术风力发电装置微型化过程中存在的输出功率低、转化效率低、风向单一、摩擦磨损的问题。
[0006]为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案为:
一种对称音叉式压电异型悬臂梁风力发电装置，其特征在于:包括立向设置的方形基座，方形基座中心设有安装通孔，且安装通孔上、下端对应贯通方形基座顶部、底部方形面，方形基座四角边沿分别连接有主梁，所述主梁分别沿所在对角线方向向方形基座外展开，每个主梁外端分别垂直弯折连接有辅梁，由各组主梁、辅梁分别构成L形的悬臂梁，且相邻的悬臂梁中辅梁折角的朝向相反，所述主梁接近方形基座的单侧梁面或双侧梁面位置贴设有压电元件，所述辅梁的端部分别连接有圆柱形耦合器，且耦合器的中心轴线与方形基座中心的安装通孔中心轴线平行。
[0007]所述的一种对称音叉式压电异型悬臂梁风力发电装置，其特征在于:所述辅梁通过中间位置与主梁外端垂直连接，由各组主梁、辅梁分别构成T形的悬臂梁，辅梁两端端部分别连接有圆柱形耦合器，且耦合器的中心轴线与方形基座中心的安装通孔中心轴线平行。
[0008]所述的一种对称音叉式压电异型悬臂梁风力发电装置，其特征在于:所述悬臂梁材料为弹簧钢片，方形基座材料为铝或铁，压电元件材料为压电陶瓷片或压电复合薄膜，耦合器的材料为有机玻璃或泡沫塑料。
[0009]本发明提供了一种成本低廉、输出功率稳定、使用寿命长、无风向要求的对称音叉式压电异型悬臂梁风力发电装置，在户外检测系统中可替代电池，以适应无线传感网络技术的应用需求。
[0010]与已有技术相比，本发明的优点是:
采用四个呈音叉对称式分布的异型(L形或T形)悬臂梁结构，可以在任意方向的风力作用下使悬臂梁产生振动，由于四个悬臂梁具有一致的构造，振动时基座上的应力会相互抵消，所以悬臂梁的振动不会受到基座固定方式的影响，同时悬臂梁振动过程中不存在摩擦磨损，可以保持长时间的稳定工作。
[0011]采用L形和T形悬臂梁结构，使压电元件的应力分布更加均匀，输出的效率更高，提高风力发电的效率。
[0012]在悬臂梁的端部连接圆柱形耦合器，使悬臂梁更容易起振。
【附图说明】
[0013]图1是本发明L型悬臂梁结构轴测示意图。
[0014]图2是本发明L型悬臂梁结构俯视示意图。
[0015]图3是本发明T型悬臂梁结构轴测示意图。
[0016]图4是本发明T型悬臂梁结构俯视示意图。
【具体实施方式】
[0017]如图1、图2所示，一种对称音叉式压电异型悬臂梁风力发电装置，包括立向设置的方形基座2，方形基座2中心设有安装通孔5，且安装通孔5上、下端对应贯通方形基座2顶部、底部方形面，方形基座2四角边沿分别连接有主梁1-1，主梁1-1分别沿所在对角线方向向方形基座2外展开，每个主梁1-1外端分别垂直弯折连接有辅梁1-2，由各组主梁1-1、辅梁1-2分别构成L形的悬臂梁I，且相邻的悬臂梁I中辅梁1-2折角的朝向相反，主梁1-1接近方形基座2的单侧梁面或双侧梁面位置贴设有压电元件3，辅梁1-2的端部分别连接有圆柱形耦合器4，且耦合器4的中心轴线与方形基座2中心的安装通孔5中心轴线平行。
[0018]如图3、图4所示，辅梁1-2通过中间位置与主梁1-1外端垂直连接，由各组主梁1-1、辅梁1-2分别构成T形的悬臂梁I，辅梁1-2两端端部分别连接有圆柱形耦合器4，且耦合器4的中心轴线与方形基座2中心的安装通孔5中心轴线平行。
[0019]其中，悬臂梁I材料为弹簧钢片，方形基座2材料为铝或铁，压电元件3材料为压电陶瓷片或压电复合薄膜，耦合器4的材料为有机玻璃或泡沫塑料。
[0020]本发明中，包括有异型的悬臂梁1、方形基座2、压电元件3和耦合器4。四个悬臂梁I的主梁1-1末端呈“十”字形对称固定于方形基座的四角，主梁1-1前端分别与辅梁1-2垂直连接，辅梁1-2端部分别连接有圆柱形耦合器4，主梁1-1接近方形基座2的末段梁面位置单侧或双侧分别贴设有压电元件3，方形基座2中心位置设有用于安装的通孔5。
[0021]如图1、图2所示，四个悬臂梁I的主梁1-1前端分别与辅梁1-2的末端连接构成L形悬臂梁，辅梁1-2的前端分别连接有耦合器4，相邻辅梁1-2折角的朝向相反。
[0022]如图3、图4所示，四个悬臂梁I的主梁1-1前端分别与辅梁1-2的中间连接构成T形悬臂梁，辅梁1-2的两端分别连接有耦合器4。
[0023]本发明利用圆柱形的耦合器，在风力作用下使异型悬臂梁产生涡激振动，利用音叉结构，扩展了风力发电的范围和效率，能量转换部件为压电元件，粘贴在悬臂梁主梁的根部将振动能转换为电能。
[0024]具体工作过程及原理:
本发明中，当气流从水平任意方向吹入，遇到圆柱形耦合器4产生涡流，作用到悬臂梁I产生涡激振动，粘接在悬臂梁主梁1-1根部的压电元件3会随着异型悬臂梁I的周期性振动产生周期型的应变，压电元件3的表面电极上就会积聚电荷，压电元件3电极上的电荷经过导线引出，就会产生交流电。采用四个L形或T形悬臂梁构成对称的音叉式结构，可降低方形基座2对振动的损耗，保证悬臂梁振动过程中整个结构的稳定性。
【主权项】
1.一种对称音叉式压电异型悬臂梁风力发电装置，其特征在于:包括立向设置的方形基座，方形基座中心设有安装通孔，且安装通孔上、下端对应贯通方形基座顶部、底部方形面，方形基座四角边沿分别连接有主梁，所述主梁分别沿所在对角线方向向方形基座外展开，每个主梁外端分别垂直弯折连接有辅梁，由各组主梁、辅梁分别构成L形的悬臂梁，且相邻的悬臂梁中辅梁折角的朝向相反，所述主梁接近方形基座的单侧梁面或双侧梁面位置贴设有压电元件，所述辅梁的端部分别连接有圆柱形耦合器，且耦合器的中心轴线与方形基座中心的安装通孔中心轴线平行。2.根据权利要求1所述的一种对称音叉式压电异型悬臂梁风力发电装置，其特征在于:所述辅梁通过中间位置与主梁外端垂直连接，由各组主梁、辅梁分别构成T形的悬臂梁，辅梁两端端部分别连接有圆柱形耦合器，且耦合器的中心轴线与方形基座中心的安装通孔中心轴线平行。3.根据权利要求1所述的一种对称音叉式压电异型悬臂梁风力发电装置，其特征在于:所述悬臂梁材料为弹簧钢片，方形基座材料为铝或铁，压电元件材料为压电陶瓷片或压电复合薄膜，耦合器的材料为有机玻璃或泡沫塑料。
【文档编号】H02N2/18GK105871253SQ201610380334
【公开日】2016年8月17日
【申请日】2016年5月31日
【发明人】潘成亮, 张静, 于连栋, 李维诗, 夏豪杰, 张永宾, 熊宇龙
【申请人】佛山市天目工业测量科技有限公司