一种风致涡激振动发电机磁耦合式压电俘能器实验设备

本技术涉及一种风致涡激振动发电机磁耦合式压电俘能器实验设备。

背景技术：

1、风能作为可持续清洁能源，且风力发电在可持续能源发电中占据重要的地位。现阶段利用风力发电的形式主要是传统风力发电机为主，由于其巨大的叶片在旋转过程中产生噪声，并对鸟类飞行产生影响，而且具有高昂的维修成本等缺点。由此，基于卡门涡街原理的风致涡激振动发电机，是利用风绕过捕能柱体产生交替周期的脱落漩涡的频率与其固有频率相近而产生共振，从而将风能转化为捕能柱的摆动机械能进行捕获的方式，其具有结构简单、维修方便、成本较低、易于安装等特点。

2、风致涡激发电机振动发电机通过捕能柱来捕获风能，绕过捕能柱的交替周期脱落漩涡频率和其固有频率相近时产生共振，将风能转化为机械能。将共振产生的振动机械能转化为电能有多种方式。其中，磁耦合式压电俘能器作为一种非接触式压电俘能器，通过磁铁之间的非接触拨动，可以使压电片在低频率激励的条件下具有良好的电能转化效率，可以有效的将风能转化来的振动机械能转化为电能。但由于加入了磁激励，磁耦合式压电俘能器研究也变得复杂，亟需一种实验设备来有效研究磁耦合式压电俘能器的能量转化性能。

技术实现思路

1、为解决上述技术问题，本实用新型的目的在于提供一种结构简单、操作方便、工作可靠、测试简单的磁耦合式压电俘能器实验设备。

2、本实用新型采用的技术方案是：一种风致涡激振动发电机磁耦合式压电俘能器实验设备，包括磁耦合压电设备主体、测量系统和数据采集系统；

3、所述磁耦合压电设备主体包括响磁压电悬臂梁、固定板、驱磁转盘、电机；所述的驱磁转盘安装在电机的输出轴上，电机的输出轴竖直设置；所述的固定板竖直设置，所述的响磁压电悬臂梁一端固定安装在固定板上，响磁压电悬臂梁沿着驱磁转盘的半径方向设置，且自由端靠近驱磁转盘的边缘设置；

4、所述响磁压电悬臂梁包括铜基板、两个压电片和响应磁铁，两个压电片分别固定在铜基板的两侧面上，响应磁铁固定在铜基板的自由端，铜基板另一端固定在固定板上；所述驱磁转盘包括转动圆盘和若干驱动磁铁，驱动磁铁固定在转动圆盘边缘处，转动圆盘和电机的输出轴同轴连接；响应磁铁与驱动磁铁位于同一水平面内；

5、所述测量系统包括高斯计、转速传感器、振动传感器、旋转控制器、振动控制器导线及数据采集系统；高斯计设置在响应磁铁与驱磁转盘之间，测量驱动磁铁和响应磁铁之间的磁感应强度；转速传感器设置在电机上，测量驱磁转盘的转速；振动传感器安装在响磁压电悬臂梁上，转速传感器和振动传感器分别通过导线连接旋转控制器和振动控制器，高斯计、旋转控制器和振动控制器通过导线连接数据采集系统；压电片通过导线连接数据采集系统。

6、上述的风致涡激振动发电机磁耦合式压电俘能器实验设备中，所述数据采集系统采用的是示波器，所述的电机采用的是直流电机，直流电机通过导线连接直流电源。

7、上述的风致涡激振动发电机磁耦合式压电俘能器实验设备中，还包括直线滑轨，直线滑轨上设有多组螺栓孔，多组螺栓孔沿着直线滑轨的导向方向设置；每组螺栓孔包括两个螺栓孔；所述的固定板底部固定安装有滑块；滑块置于直线滑轨上，并通过螺栓与直线滑轨固定连接。

8、上述的风致涡激振动发电机磁耦合式压电俘能器实验设备中，转动圆盘边缘处设有四个驱动磁铁，四个驱动磁铁沿圆周方向均匀布置。

9、上述的风致涡激振动发电机磁耦合式压电俘能器实验设备中，还包括固定架，所述的电机固定安装在固定架上。

10、上述的风致涡激振动发电机磁耦合式压电俘能器实验设备中，所述铜基板一端用铆钉固定在固定板上，响应磁铁的底端和铜基板的底端平齐，压电片粘接在铜基板侧面上。

11、上述的风致涡激振动发电机磁耦合式压电俘能器实验设备中，所述转动圆盘与套筒同轴连接，套筒和电机的输出轴通过键连接。

12、与现有技术相比，本实用新型的有益效果在于：

13、本实用新型结构简单，操作方便；本实用新型通过固定板来固定响磁压电悬臂梁，其中固定板和滑块固连，而滑块可以沿着直线滑轨进行滑动并且可以通过其上的定位孔进行定位，可以调节响应磁铁和驱动磁铁的之间的间隙，以实现不同间隙距离下的实验测定；本实用新型采用电机驱动转动圆盘转动，可以对旋转速度进行调节，以实现在不同旋转速度下对实验数据的测定；本实用新型的实验设备可以实现多个不同条件下的实验功能，数据测量和采集都十分全面，大大提高了磁耦合压电悬臂梁的实验精确度和全面性。

技术特征：

1.一种风致涡激振动发电机磁耦合式压电俘能器实验设备，其特征在于：包括磁耦合压电设备主体、测量系统和数据采集系统；

2.根据权利要求1所述的风致涡激振动发电机磁耦合式压电俘能器实验设备，其特征在于：所述数据采集系统采用的是示波器，所述的电机采用的是直流电机，直流电机通过导线连接直流电源。

3.根据权利要求1所述的风致涡激振动发电机磁耦合式压电俘能器实验设备，其特征在于：还包括直线滑轨，直线滑轨上设有多组螺栓孔，多组螺栓孔沿着直线滑轨的导向方向设置；每组螺栓孔包括两个螺栓孔；所述的固定板底部固定安装有滑块；滑块置于直线滑轨上，并通过螺栓与直线滑轨固定连接。

4.根据权利要求1所述的磁耦合式压电俘能器实验设备，其特征在于：转动圆盘边缘处设有四个驱动磁铁，四个驱动磁铁沿圆周方向均匀布置。

5.根据权利要求1所述的磁耦合式压电俘能器实验设备，其特征在于：还包括固定架，所述的电机固定安装在固定架上。

6.根据权利要求1所述的磁耦合式压电俘能器实验设备，其特征在于：所述铜基板一端用铆钉固定在固定板上，响应磁铁的底端和铜基板底端平齐，压电片粘接在铜基板侧面上。

7.根据权利要求1所述的磁耦合式压电俘能器实验设备，其特征在于：所述转动圆盘与套筒同轴连接，套筒和电机的输出轴通过键连接。

技术总结
本技术公开了一种风致涡激振动发电机磁耦合式压电俘能器实验设备，包括磁耦合压电设备主体、测量系统和数据采集系统；磁耦合压电设备主体包括响磁压电悬臂梁、固定板、驱磁转盘、套筒、电机；驱磁转盘安装在电机的输出轴上，电机的输出轴竖直设置；所述的固定板竖直设置，所述的响磁压电悬臂梁一端固定安装在固定板上，响磁压电悬臂梁沿着驱磁转盘的半径方向设置，且自由端靠近驱磁转盘的边缘设置；所述测量系统包括高斯计、转速传感器、振动传感器及数据采集系统，用于测量、采集实验数据。本技术结构简单，操作方便；本技术的实验设备可以实现多个不同条件下的实验功能，大大提高了磁耦合压电悬臂梁的实验精确度和全面性。

技术研发人员：谢桂兰,王帅,刘启良,胡坤
受保护的技术使用者：湘潭大学
技术研发日：20230815
技术公布日：2024/1/15