一种风致振动压电能量收集装置制造方法
【专利摘要】本发明一种风致振动压电能量收集装置属于基于压电材料的能量收集领域，涉及一种风能转换装置，具体涉及一种风致振动压电能量收集装置。该装置中，支架固定安装在固定座上，安装有轴承的旋转轴固定安装在支架上，风扇固定在旋转轴上，壳体固定安装在支架上。壳体内部固定有若干悬臂梁，悬臂梁对称分布。每个悬臂梁的表面都分别粘贴有压电薄膜，压电薄膜由悬臂梁的固定端向悬臂自由端粘贴留有一定的距离，并使悬臂梁自由端与风扇的叶片之间有重叠，重叠距离为M，通过风扇叶片与悬臂梁之间的重叠距离M控制悬臂梁形变的大小。本发明具有结构简单，成本低，易于实现的特点，可为微型设备及无线传感网供电。
【专利说明】—种风致振动压电能量收集装置
【技术领域】
[0001]本发明属于基于压电材料的能量收集领域，涉及一种风能转换装置，具体涉及一种风致振动压电能量收集装置。
【背景技术】
[0002]近些年来随着无线设备的广泛应用，供电问题引起越来越多的关注，压电能量收集装置是一种新型发电装置，具有结构简单，无电磁干扰，易于小型化等优点。另外，环境保护越来越受到重视，开发利用新能源成为必经之路，风能作为环境中普遍存在的一种能量源，它几乎存在于自然界的每个角落，是一种利用率较高的新能源，现有的风力发电，一般采用电磁耦合形式，转换效率低，而且体积庞大，难于维护，成本较高。目前将压电材料与风能相互结合利用的案例还不多。
[0003]专利201010519391.X，一种利用风能的压电能量收集方法及装置由温州大学申允德等人公开发明，该结构型似风车，设计新颖，提高了风能的转换效率，降低了压电发电的成本。Robert Myers 等人在论文 Small scale windmiI1-Applied PhysicsLetters, Volumn90, Issue5里提出一种风车结构来收集风能,该装置采用三个风扇增加了风能收集面积，并可以通过齿轮来控制频率。以上提到的类风车装置，机械结构相对复杂，难以实现小型化，且压电悬臂梁均裸露在外，容易受外界环境影响，减少使用寿命。
【发明内容】
[0004]本发明要解决的技术问题是克服现有技术的缺陷，发明一种风致振动压电能量收集装置，利用风能驱动风扇叶轮旋转，旋转的风扇叶轮拨动悬臂梁，从而使悬臂梁上的压电材料变形产生电能并收集。装置中的风扇一方面用来收集风能，另一方面用来拨动悬臂梁，完成机械能到电能的转换，同时简化了结构，利用壳体来保护悬臂梁，使其免受外界环境的影响，延长其使用寿命，节约了成本。通过改变风扇的大小，亦可灵活的改变整个发明装置的大小，以适应不同的环境。
[0005]本发明采用的技术方案是一种风致振动压电能量收集装置，该装置中包括固定座I和安装在固定座上的支架2，安装有轴承4的旋转轴8固定安装在支架2上，风扇3固定在旋转轴8上,壳体5固定安装在支架2上,壳体5内部固定有若干悬臂梁6,每个悬臂梁6的表面都分别粘贴有压电薄膜7，压电薄膜7由悬臂梁6的固定端向悬臂自由端粘贴，并留有一定的距离；并使悬臂梁自由端与风扇3的叶片之间有重叠，重叠距离为M，通过风扇叶片与悬臂梁之间的重叠距离M控制悬臂梁形变的大小。
[0006]该装置中的悬臂梁6的形状是矩形、梯形或三角形；所述的风扇叶片数，为三片以上。
[0007]本发明的有益效果:与现有技术相比，本发明将风能转化为机械能，最终转化为电能，不受振动源的限制，使用方便。可对压电悬臂梁的形状进行改进，提高能量收集效率；壳体包围内部的压电悬臂梁，保护压电悬臂梁免受外界环境的破坏，延长其使用寿命；可对悬臂梁个数以及风扇叶片数进行调节，使其能较好的适应不同风力情况；本发明还具有实施结构简单，成本低，易于实现等特点，可为微型设备及无线传感网供电。
【专利附图】
【附图说明】
[0008]图1是风致振动压电能量收集装置示意图，图2是叶片与悬臂梁结合简图。其中，1-固定座；2-支架；3_风扇；4_轴承；5_壳体；6_悬臂梁；7_压电薄膜；8_旋转轴；M为叶片与悬臂梁之间的重叠距离。
[0009]图3是不同形状悬臂梁在不同风速作用下的输出功率密度。其中，横轴为风速，单位为m/s，纵轴为功率密度，单位为μ w/cm3, 9-是悬臂梁为三角形时功率密度曲线，10-是悬臂梁为梯形时功率密度曲线，11-是悬臂梁为矩形时功率密度曲线。
【具体实施方式】
[0010]下面结合附图和技术方案对本发明做进一步具体实施，附图1、2是本发明的一个实施例，这种风致振动压电能量收集装置的工作原理如下:首先通过风能来驱动风扇转动，获得风扇的机械能，然后通过转动的风扇拨动压电悬臂梁，使其产生振动，最终引发贴在压电悬臂梁上的压电材料的形变，最终产生电能。可以通过控制压电悬臂梁的个数及风扇叶片的个数来提高能量收集效率。在图1中，收集装置包括固定座I和安装在固定座上的支架2，安装有轴承4的旋转轴8固定安装在支架2上，风扇3固定在旋转轴8上，壳体5固定安装在支架2上,壳体5内部固定有若干悬臂梁6,壳体5正好将悬臂梁包围在内部,使其免受外界环境影响，每个悬臂梁6的表面都分别粘贴有压电薄膜7，压电薄膜7由悬臂梁6的固定端向悬臂自由端粘贴，并留有一定的距离；使悬臂梁自由端与风扇3的叶片之间有重叠，重叠距离为M，通过风扇叶片与悬臂梁之间的重叠距离M控制悬臂梁形变的大小。
[0011]本实施例中悬臂梁形状选择了矩形，梯形，三角形，其中，矩形的长为6cm，宽为2cm ;梯形的上底为Icm,下底为2cm ;三角形的底边长为2cm,高为6cm ;风扇的直径为4cm,风扇叶片个数为7个；压电悬臂梁的基底为磷青铜，厚度为0.1mm;压电薄膜为PVDF，厚度为0.05mm。风扇叶片与悬臂梁之间的重叠距离M为3mm。经过实验测试,输出的电功率密度如图3所示。从图中可以看出能量收集效果最好的是三角形悬臂梁，其次是梯形悬臂梁，效果较差的为矩形悬臂梁。
[0012]本发明与已有的风能收集结构相比结构简单，易于实现，能有效的收集风能，且其中的悬臂梁能免受环境的影响，延长结构的使用寿命。
【权利要求】
1.一种风致振动压电能量收集装置，其特征是，该装置中，支架(2)固定安装在固定座(O上，安装有轴承(4)的旋转轴(8)固定安装在支架(2)上，风扇(3)固定在旋转轴(8)上，壳体(5)固定安装在支架(2)上,壳体(5)内部固定有若干悬臂梁(6),悬臂梁(6)对称分布，每个悬臂梁(6)的表面都分别粘贴有压电薄膜(7)，压电薄膜(7)由悬臂梁(6)的固定端向悬臂自由端粘贴留有一定的距离，并使悬臂梁自由端与风扇(3)的叶片之间有重叠，重叠距离为M，通过风扇叶片与悬臂梁之间的重叠距离M控制悬臂梁形变的大小。
2.如权利要求1所述的一种风致振动压电能量收集装置，其特征是，该装置中的悬臂梁(6)的形状是矩形、梯形或三角形；所述的风扇叶片数，为三片以上。
【文档编号】H02N2/18GK103812383SQ201410078679
【公开日】2014年5月21日 申请日期:2014年3月5日 优先权日:2014年3月5日
【发明者】白凤仙, 管丽娟, 董维杰 申请人:大连理工大学