[发明专利]一种基于风致振动的压电-电磁耦合能量收集装置及方法

说明书

本发明公开了一种基于风致振动的压电‑电磁耦合能量收集装置及方法。现有风致振动能量收集器的风致振动频率不高、工作风速范围不宽。本发明的悬臂梁两侧均固定压电陶瓷；柔性扇叶固定在悬臂梁端部；空心管的中间位置与悬臂梁端部固定；端盖内设有永磁铁，端盖内端的调频凸台置于空心管内；调频凸台的圆柱孔内设有永磁铁，调频凸台侧部开设有与圆柱孔连通的若干调频槽；其中一个调频槽内插有矩形调频板；两块永磁铁相吸；空心管内设有悬浮磁铁；悬浮磁铁与永磁铁相斥；空心管外壁固定有多匝感应线圈。本发明的柔性扇叶能对多方向风力产生振动响应，提高压电陶瓷产生的电势差，提高悬浮磁铁的振动频率，从而提高能量收集效率。

技术领域

本发明涉及振动能量收集技术领域，具体涉及一种基于风致振动的压电-电磁耦合能量收集装置及方法。

背景技术

在我们生活中存在着大量可收集的能量，如风能、太阳能、机械振动能等等，其中风能作为一种清洁能源而且随处可见，具有方便收集，能量密度高等特点。风在流动期间遇到结构体，在流固耦合的作用下，风能转化为结构物的机械振动能，再将这种振动能通过一定的能量转化方式将其转化为电能。这种由于风力使得结构物产生的振动我们称之为风致振动，通过一定的能量转换方式可将这种风致振动其转换为电能。将振动转换为电能的方式有多种，比如电磁式、压电式、静电式等方法，利用电磁感应原理、压电效应的原理将这种风致振动能转化为电能，具有结构简单加工方便等特点，这成为风致振动能量收集技术领域研究的热点。

目前，国内外学者也对风力能量的收集结构也进行了研究，但还普遍存在风致振动能量收集器的风致振动频率不高、工作风速范围不宽的问题。

发明内容

本发明针对现有风致振动能量收集器风致振动频率不高、工作风速范围不宽的技术问题，提供一种基于风致振动的压电-电磁耦合能量收集装置及方法。

为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：

本发明一种基于风致振动的压电-电磁耦合能量收集装置，包括第一运动结构、第二运动结构、柔性扇叶和夹具体。所述的第一运动结构包括悬臂梁和压电陶瓷；悬臂梁的两侧面均固定压电陶瓷；悬臂梁的一端开设有过孔，另一端固定在夹具体上；柔性扇叶固定在悬臂梁开设过孔的一端，且柔性扇叶与过孔同轴设置；所述的柔性扇叶设有至少三片叶片；所述的第二运动结构包括空心管、端盖、第一固定永磁铁、第二固定永磁铁、矩形调频板和悬浮磁铁；所述的空心管和柔性扇叶均采用非铁磁材料；空心管的中间位置与悬臂梁的过孔固定；空心管的两端均固定有端盖；所述端盖的侧部开设有矩形凹槽，端盖内端设有一体成型调频凸台；调频凸台置于空心管内，并与空心管同轴设置；调频凸台的端面开设有圆柱孔，侧部开设有沿轴向等距排布且与圆柱孔连通的若干调频槽；所述的圆柱孔内放置有第一固定永磁铁，矩形凹槽内放置有第二固定永磁铁，其中一个调频槽内插有矩形调频板；第一固定永磁铁和第二固定永磁铁相互吸附；空心管内设有悬浮磁铁；悬浮磁铁与空心管两端的两个第一固定永磁铁相互排斥；空心管外壁位于悬臂梁的过孔两端位置处均固定有多匝感应线圈。

优选地，所述的夹具体采用非铁磁材料。

优选地，所述的空心管和端盖均采用铝或塑料。

优选地，所述悬浮磁铁的直径小于空心管内径，且大于空心管内径的一半。

优选地，所述的第一固定永磁铁、第二固定永磁铁和悬浮磁铁均采用NdFeB永磁材料。

优选地，所述多匝感应线圈的材料采用铜，截面呈圆形或矩形。

优选地，所述的两个多匝感应线圈通过导线引出与外部负载连接。

该基于风致振动的压电-电磁耦合能量收集装置进行能量收集的方法，具体如下：