[发明专利]一种钝体非旋转式流致振动俘能装置

说明书

本发明涉及流致振动能量收集装置，具体为一种钝体非旋转式流致振动俘能装置。本发明在钝体设计方面不采用常见的将钝体与弹性梁刚性固接的设计方法，而是采用一根转动轴和连接轴将钝体与弹性梁连接起来的方式，因连接处运动副为转动副，所以钝体仅会横向振动而不会发生转动，从而实现相同频率下振幅加大的效果，最终实现转化的电能增大，提高转化效率。

技术领域

本发明涉及流致振动能量收集装置，具体为一种钝体非旋转式流致振动俘能装置，主要用于最大化将振动能转化为电能并收集。

背景技术

近年来，由于环境问题和化石能源的不可再生利用，可再生能源收集技术受到广泛关注。在过去的二十年中，无线传感器网络在各个领域得到了广泛的应用，并发展了一种自供电的无线传感器网络技术。能量的循环利用已经成为世界范围内具有重大意义的科学难题，与此同时,能量收集已经成为一种新兴的技术,它可以将环境中废弃的能量转换为电能,在微电子设备的自供能设计领域有着不可限量的应用前景,受到国内外研究者的广泛关注。

风能是一种常见的能源,风力发电机是一种典型的能量转化装置,可用于实现风能至电能转化，目前利用风致效应将风能转化为振动能源后，由于压电效应具有结构简单、输出电压高和功率密度高的优点，大多以压电效应的方式转化为电能，成为了振动能量采集的主要选择方式，但是风力发电机运行过程中会产生强烈的噪音,并且对强风有较大的依赖性,以上缺点限制其在人口密度较高地区的运行。因此，在城市环境中，一个小型但独立的电源是必不可少的，因此，需要适当和可实现的解决方案来应用于自供电的传感器节点和监测设备。

为了减少无线传感器对传统电池供电的依赖，基于压电、电磁、静电、摩擦电和介电弹性体的能量收集装置快速发展。作为传统涡轮机的替代品,流致振动能量收集装置也可将环境中的低速风能转化为电能,按照流固耦合的作用机理可以分为抖振、涡激振动、驰振和尾流驰振。由于实施方案的便利性，基于涡激振动与驰振的能量收集装置得到了广泛研究，它们的结构设计都利用了流场和钝头体之间的不稳定的流固耦合作用。但是，现有的能量收集装置在同等钝头体下获取的能量效率不高。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供了一种钝体非旋转式流致振动俘能装置，能够吸收外部环境中的风致振动能转化为电能。随着生产工艺的不断提升，小型电子元件的功率不断下降，本发明装置可为如无线传感器节点和检测设备等低能耗设备供电，避免了传统电池供电的弊端。

为实现以上目的，本发明在钝体设计方面不采用常见的将钝体与弹性梁刚性固接的设计方法，而是采用一根转动轴和连接轴将钝体与弹性梁连接起来的方式，因连接处运动副为转动副，所以钝体仅会横向振动而不会发生转动，从而实现相同频率下振幅加大的效果，最终实现转化的电能增大，提高转化效率。

一种钝体非旋转式流致振动俘能装置，其特征在于：该俘能装置包括钝体、转动轴、连接轴、弹性梁、压电薄膜、安装块、固定架、滑轨、滑块、紧固装置。

所述钝体整体为长方体薄壁状，上下端不封闭，与弹性梁连接的2条棱上分别留出一个长方体槽，每个长方体槽上下两个端面各有一个方实体，上下两个方实体上分别有一个通孔和一个盲孔，用于放置转动轴，且通孔和盲孔与转动轴间隙配合，不会出现晃动现象。

所述转动轴为细长圆柱状，转动轴与连接轴中心孔同样为间隙配合。

所述连接轴一侧凸起有中心孔，用于与转动轴进行连接，另一侧为长方体片状体，长方体片状体采用粘结剂与弹性梁进行连接。

所述弹性梁材料共两根，为钛合金材质，保证有很大的弹性力和恢复力，类型为悬臂梁。每根弹性梁置于L形固定架和安装块两安装孔之间，由螺栓进行紧固。

所述压电薄膜使用环氧树脂，压电薄膜贴附于弹性梁根部以获得较高能量转换效率，因弹性梁固定端应力最大、变形量最大。

所述安装块整体为长方形，共两块，每块包括有2个安装孔，2个安装孔且与固定架上端的两个安装孔形状大小一致。