[发明专利]一种适应低风速与多风向的微风能量收集装置

说明书

本发明涉及一种适应低风速与多风向的微风能量收集装置，其技术特点在于：包括风车、发条盒、凹型部件和悬臂梁，在所述悬臂梁上粘贴有压电片；所述风车转动连接有发条盒，该发条盒将其存储的弹性势能通过凹型部件引起悬臂梁的振动，进而使压电片发生形变继而产生电能。本发明能够针对越来越多的无线传感器分布在人烟稀少或者环境复杂的风电场、变电站和输电线路上的情况，有效解决海量传感器的电能供给和能源管理问题，基本可以做到一次部署，长期使用。

技术领域

本发明属于电网辅助设备技术领域，涉及一种微风能量收集装置，尤其是一种适应低风速与多风向的微风能量收集装置。

背景技术

为加快泛在电力物联网建设，国网互联网部会同相关部门和省(市)公司、科研产业单位于2019年3月提出《泛在电力物联网建设总体方案》。利用泛在电力物联网，从全息感知、泛在连接、开放共享、业务创新四个方面对电网系统运行效率进行提升。为满足电网数据采集的需要，越来越多的无线传感器分布在人烟稀少或者环境复杂的风电场、变电站和输电线路上。在这种情况下，如何解决海量无线传感器的能源管理问题，即成为决定物联网系统运行维护成本和寿命的关键所在。

尽管这些电子设备已经具有较低的功耗，但是由于目前大多数类似器件还是采用化学电池供电，因此当化学电池电量耗尽时，如何为这些传感器节点设备更换电池具有很大的难度，尤其当成百上千的传感器设备遍布较大的空间，而且每个设备耗电程度有不尽相同，如何为其供电将是无线传感设备能否大规模应用的先决条件。

传感器作为工业感知设备如同人类的眼睛和鼻子，在智能化设备空前发展的现代，为了人类更好的发展和工业信息更好的获取，人们开始研究区别于化学电池供电的能量收集技术用以为上述设备提供电能，能量收集技术也成为当下学者们的研究热点之一。此项技术主要收集环境中废弃或者看似无用的能量，将能量通过转换的方式变成电能为低功耗的无线电子设备提供工作必须的电能。从技术发展来看，目前可以供收集利用的能源主要包括：光能、振动能、热能、磁能等。其中振动能在生活中比较普遍，因此如果将振动能量转化为电能是一种可行的办法。振动能转换成电能主要有三种方式：电磁式转换、静电式转换和压电式转换。电磁式转换主要利用电磁感应原理，但是存在体积较大等劣势，静电式转换利用静电效应，一般需要单独接入外部电源作为启动电压，因此无法解决上述问题。所以综合考虑采取压电转换方式，该方法是将风能先转换为振动能量，然后将振动转换成压电片的形变，主要为拉伸或者压缩，最后利用正压电效应将振动能量转换为电能。

压电效应最早是在晶体材料中发现的，当晶体表面受到机械应力作用时，晶体将在极化方向上产生与应力成正比的电场，这种现象称为正压电效应，反之，若将上述晶体置于电场中，晶体的形状会发生变化，该现象称为逆压电效应，除晶体外，部分材料也拥有压电效应，研究人员就将这类材料统称为压电材料。压电式能量收集器利用的正是压电材料的正压电效应，而弹性柔顺常数、压电常数、机电耦合系数等参数是选择压电材料的主要依据。

综上所述，针对越来越多的无线传感器分布在人烟稀少或者环境复杂的风电场、变电站和输电线路上，如何为其供电并进行海量无线传感器的能源管理是本领域技术人员亟待解决的技术难题。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提出一种设计合理、结构简单、低成本且易安装的适应低风速与多风向的微风能量收集装置。

本发明解决其现实问题是采取以下技术方案实现的：

一种适应低风速与多风向的微风能量收集装置，包括风车、发条盒、凹型部件和悬臂梁，在所述悬臂梁上粘贴有压电片；所述风车转动连接有发条盒，该发条盒将其存储的弹性势能通过凹型部件引起悬臂梁的振动，进而使压电片发生形变继而产生电能。