CN101951188B - 一种利用风能的压电能量收集方法及装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种利用风能的压电能量收集方法及装置，它采用风能驱动旋转载体，旋转载体上的永久磁铁产生对悬臂梁上的固定磁铁的斥力，进而带动悬臂梁振动，在悬臂梁上的压电材料形变后产生能量并收集。本发明将风能转化为机械振动能量并产生电能，然后向传感器或其他低功耗系统供电，使不受振源的限制，使用方便。本发明的装置还具有实施结构简单的特点。本发明不但可用于一些无限通讯设备的预备电源，还可用于小型充电电池的充电装置。

Description

一种利用风能的压电能量收集方法及装置
技术领域
本发明涉及一种风能利用方法及装置，特别是一种采用压电的方式对风能进行收集的方法及装置。
背景技术
近些年来随着无线设备的广泛应用，其供电问题受到人们的广泛关注。压电能量收集装置作为一种新型的微型发电装置，具有结构简单、发热量小、无电磁干扰、易于加工制作和实现结构上的小型化、集成化等优点，适用于各类传感及监测系统。市场上的压电能量收集装置大部分为通过其周围的机械能的传递来完成的。这种能量收集方式虽然效率较高，但是必须有一个机械振动的振源才能发挥其作用。而在有些特殊情况下很难找到有效的振源供给给无线通信设备，例如在荒岛、无人山区等偏僻的地方，给发出求救信号以及及时与外界联系带来了不便。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于，提供一种利用风能的压电能量收集方法及装置。本发明将风能转化为机械振动能量并产生电能，然后向传感器或其他低功耗系统供电，使不受振源的限制，使用方便。
为解决上述技术问题，本发明的技术方案如下：一种利用风能的压电能量收集方法，采用风能驱动旋转载体，旋转载体上的永久磁铁产生对悬臂梁上的固定磁铁的斥力，进而带动悬臂梁振动，在悬臂梁上的压电材料形变后产生能量并收集。
前述的利用风能的压电能量收集方法中，采用风能驱动风扇，风扇带动多个旋转载体转动，每个旋转载体上的均匀分布的永久磁铁产生对悬臂梁上的固定磁铁的斥力，进而带动悬臂梁振动，悬臂梁上的压电材料产生周期性的形变，使压电材料产生能量并收集。
前述的利用风能的压电能量收集方法中，所述的悬臂梁振动，是悬臂梁振动的共振频率，能通过调节在悬臂梁上设置的可移动质量块的质量和在悬臂梁上的位置进行控制。
前述的利用风能的压电能量收集方法中，所述的悬臂梁振动，是悬臂梁的激励频率，能通过贴在旋转载体上的永久磁铁的个数进行控制。
实现前述方法的利用风能的压电能量收集装置，包括固定座和设置在固定座上的支架，支架上设有一端带有风扇的转轴，转轴上套装有带有永久磁铁的旋转载体，旋转载体的一侧或两侧设有一端带有固定磁铁的悬臂梁，悬臂梁另一端固定在固定座上，悬臂梁的表面上设有压电片。
前述的利用风能的压电能量收集装置中，所述的压电片，设置在靠近悬臂梁的固定端部。
前述的利用风能的压电能量收集装置中，所述的悬臂梁，还设有可移动质量块。
前述的利用风能的压电能量收集装置中，所述的压电片，是压电陶瓷、压电晶体或钛酸钡构成的压电片。
前述的利用风能的压电能量收集装置中，所述的固定磁铁和永久磁铁，相对端极性相同。
前述的利用风能的压电能量收集装置中，所述的旋转载体；为一个以上，每个旋转载体是正六边柱体，正六边柱体的六个面上均匀分布有设置在安装块上的1、2、3或6个永久磁铁。
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振动能量并产生电能，然后向传感器或其他低功耗系统供电，使不受振源的限制，使用方便。另外，可对悬臂梁的共振频率和激励频率进行调节，进一步方便使用；旋转体两侧设置悬臂梁，能更加充分利用风能产生能量；旋转载体是正六边柱体，方便调节均匀分布在旋转载体上的永久磁铁个数，能较好的适应风力的大小，也能对悬臂梁的激励频率进行控制。本发明的装置还具有实施结构简单的特点。本发明不但可用于一些无限通讯设备的预备电源，还可用于小型充电电池的充电装置。
附图说明
图1是本发明的装置实施例的结构示意图；
图2是图1中A的放大示意图；
图3是旋转载体的结构示意图；
图4是多个悬臂梁在旋转载体一侧的结构示意图；
图5是多个悬臂梁在旋转载体两侧的结构示意图。
附图中的标记为：1-风扇，2-支架，3-固定座，4-压电片，5-悬臂梁，6-可移动质量块，7-转轴，8-永久磁铁，9-旋转载体，10-安装块，11-固定磁铁。
下面结合具体实施方式对本发明作进一步的说明，本发明的实施方式不限于下述实施例，在不脱离本发明宗旨的前提下做出的各种变化均属于本发明的保护范围之内。
具体实施方式
实施例。一种利用风能的压电能量收集方法，采用风能驱动风扇，风扇带动一个或多个旋转载体转动，每个旋转载体上的均匀分布的永久磁铁产生对悬臂梁上的永久磁铁的斥力，进而带动悬臂梁振动，悬臂梁上的压电材料产生周期性的形变，使压电材料产生能量并收集；所述的悬臂梁振动，是悬臂梁振动的共振频率，能通过调节在悬臂梁上设置的可移动质量块的质量和在悬臂梁上的位置进行控制。所述的悬臂梁振动，是悬臂梁的激励频率，能通过贴在旋转载体上的永久磁铁的个数进行控制。
实现上述方法的利用风能的压电能量收集装置，包括固定座3和设置在固定座3上的支架2，支架2上设有一端带有风扇1的转轴7，转轴7上套装有带有永久磁铁8的旋转载体9，旋转载体9的一侧或两侧设有一端带有固定磁铁11的悬臂梁5，悬臂梁5另一端固定在固定座1上，悬臂梁5的表面上设有压电片4；所述的压电片4设置在靠近悬臂梁5的固定端部；所述的悬臂梁5上还设有可移动质量块6，可移动质量块6在固定磁铁11的背面；所述的压电片4，是压电陶瓷、压电晶体或钛酸钡构成的压电片；所述的固定磁铁11和永久磁铁8相对端极性相同；所述的旋转载体9为一个以上，每个旋转载体9是正六边柱体，正六边柱体的六个面上均匀分布有设置在安装块10上的1、2、3或6个永久磁铁8，通过永久磁铁8的个数控制悬臂梁5的激励频率。
本发明的原理如下：首先通过风能来驱动风扇获得旋转转轴的动力，然后通过带风扇的转轴带动安装在转轴上的旋转载体，旋转载体带动安装在本身的永久磁铁一起转动，永久磁铁在转动过程当中周期性的击打安装在旁边悬臂梁上的固定磁铁，从而导致悬臂梁的周期性振动，最终引起贴在悬臂梁上的压电片的发电。对悬臂梁的激励频率可由贴在旋转载体上的永久磁铁的个数来控制，而悬臂梁本身的振动频率可由可移动质量块的大小和位置来控制。

Claims (10)

1.一种利用风能的压电能量收集方法，其特征在于：采用风能驱动旋转载体，旋转载体上的永久磁铁产生对悬臂梁上的固定磁铁的斥力，进而带动悬臂梁振动，在悬臂梁上的压电材料形变后产生能量并收集。
2.根据权利要求1所述的利用风能的压电能量收集方法，其特征在于：采用风能驱动风扇，风扇带动多个旋转载体转动，每个旋转载体上的均匀分布的永久磁铁产生对悬臂梁上的固定磁铁的斥力，进而带动悬臂梁振动，悬臂梁上的压电材料产生周期性的形变，使压电材料产生能量并收集。
3.根据权利要求2所述的利用风能的压电能量收集方法，其特征在于：所述的悬臂梁振动，是悬臂梁振动的共振频率，能通过调节在悬臂梁上设置的可移动质量块的质量和在悬臂梁上的位置进行控制。
4.根据权利要求3所述的利用风能的压电能量收集方法，其特征在于：所述的悬臂梁振动，是悬臂梁的激励频率，能通过贴在旋转载体上的永久磁铁的个数进行控制。
5.实现权利要求1～4任一权利要求所述的方法的利用风能的压电能量收集装置，其特征在于：包括固定座(3)和设置在固定座(3)上的支架(2)，支架(2)上设有一端带有风扇(1)的转轴(7)，转轴(7)上套装有带有永久磁铁(8)的旋转载体(9)，旋转载体(9)的一侧或两侧设有一端带有固定磁铁(11)的悬臂梁(5)，悬臂梁(5)另一端固定在固定座(3)上，悬臂梁(5)的表面上设有压电片(4)。
6.根据权利要求5所述的利用风能的压电能量收集装置，其特征在于：所述的压电片(4)，设置在靠近悬臂梁(5)的固定端部。
7.根据权利要求6所述的利用风能的压电能量收集装置，其特征在于：所述的悬臂梁(5)，还设有可移动质量块(6)。
8.根据权利要求5所述的利用风能的压电能量收集装置，其特征在于：所述的压电片(4)，是压电陶瓷、压电晶体或钛酸钡构成的压电片。
9.根据权利要求5所述的利用风能的压电能量收集装置，其特征在于：所述的固定磁铁(11)和永久磁铁(8)，相对端极性相同。
10.根据权利要求5所述的利用风能的压电能量收集装置，其特征在于：所述的旋转载体(9)为一个以上，每个旋转载体(9)是正六边柱体，正六边柱体的六个面上均匀分布有设置在安装块(10)上的1、2、3或6个永久磁铁(8)。
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