CN106301070B - 一种带谐振腔的压电风能收集器 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种带谐振腔的压电风能收集器，包括夹持板、矩形腔体、压电振子、柱体，两块夹持板通过螺栓固定压电振子的一端，压电振子的另一端伸入矩形腔体内呈自由的状态；所述柱体通过螺钉固定在矩形腔体上，位于压电振子的前方，靠近矩形腔体进风口一端，矩形腔体通过螺母固定在一根长螺柱上。谐振腔体可以有效地改变压电振子的近场气流特性，使得压电振子能形成高效的振荡，提高风能收集的效率，本发明风能收集器具有临界启动风速低、工作风速范围宽、结构简单、易于小型化等特点。

Description

一种带谐振腔的压电风能收集器
技术领域
本发明属于微型能量回收领域，具体涉及一种带谐振腔的压电风能收集器。
背景技术
随着石油、煤炭等化石能源的过度开发利用，这些不可再生资源数量不断减少，如何维持能源的供给、如何保护好生存环境不受污染是人们迫切需要解决的问题。因此，可再生资源的开发和利用成为了各国政府、科研机构、企业关注焦点。
微型能量收集器通过收集周围环境存在的微能源（如太阳能、风能、热能、电磁波、光、人体和机械振动能等），将其转换为电能，再通过收集电路直接给微电子器件供电或是储存在可充电电池中，其是低功耗电子器件的一种理想电源。而风能作为自然界中的绿色可再生能源，具有安全、清洁、资源丰富、取之不竭等优点，因此，微型风能收集器成为了国内外研究的热点。
目前微型风能收集器技术得到较好的研究，但仍存在如何提高微型风能收集器的能量转换效率以及降低其临界启动风速等问题待解决。
发明内容
本发明的目的在于提供一种带谐振腔的压电风能收集器，以解决现有技术的微型风能收集器能量转换效率低、临界启动风速高、工作风速范围窄、输出功率不高等问题。
为了实现以上目的，本发明采用以下技术方案：
一种带谐振腔的压电风能收集器，包括夹持板、矩形腔体、压电振子、柱体，两块夹持板通过螺栓固定压电振子的一端，压电振子的另一端伸入矩形腔体内呈自由的状态；所述柱体通过螺钉固定在矩形腔体上，位于压电振子的前方，靠近矩形腔体进风口一端，矩形腔体通过螺母固定在一根长螺柱上。
所述矩形腔体由上板，下板，右侧板，左侧板通过内六角螺钉联接而成，其具有一个进风口和一个出风口，所述左侧板中间开有一个矩形槽，压电振子通过该矩形槽伸入矩形腔体内。还可以在柱体位置固定的情况下，沿矩形槽的长度和宽度方向调节压电振子的安装位置以及其与柱体的相对位置，通过调节该安装位置可以获得更优的风能收集效果。左侧板和右侧板的高度可以调节，进而可改变矩形腔体的高度，而矩形腔体的高度可影响风能收集的效率。通过调节合适的矩形腔体高度，可实现更高效的能量收集。
所述压电振子由压电陶瓷片粘贴在弹性金属元件上构成，或是PVDF压电薄膜元件。
所述柱体为阻流体，为圆柱体、长方体、或棱柱体。
相对现有技术，本发明的有益效果是：
谐振腔体可以有效地改变压电振子的近场气流特点，使得压电振子形成高效的振荡，提高风能转换效率；通过改变矩形腔体的高度、压电振子与柱体的相对位置，可以获得最优的电能输出。同时，本发明风能收集器具有临界启动风速低、工作风速范围宽、结构简单、易于小型化等特点。
附图说明
图1是带谐振腔的压电风能收集器的结构示意图。
图2是带谐振腔的压电风能收集器的剖视图。
图3是矩形腔体的主视图。
具体实施方式
下面通过附图和具体实施方式对本发明做进一步说明。
如图1至图3所示，一种带谐振腔的压电风能收集器，包括夹持板1、矩形腔体2、压电振子3、柱体4，两块夹持板1通过螺栓固定压电振子3的一端，压电振子3的另一端伸入矩形腔体2内呈自由的状态；所述柱体4通过螺钉5固定在矩形腔体2上，位于压电振子3的前方，靠近矩形腔体2进风口一端，矩形腔体2通过螺母6固定在一根长螺柱7上。
所述矩形腔体2由上板21，下板23，右侧板22，左侧板24通过内六角螺钉联接而成，其具有一个进风口和一个出风口，所述左侧板24中间开有一个矩形槽，压电振子3通过该矩形槽伸入矩形腔体2内。还可以在柱体4位置固定的情况下，沿矩形槽的长度和宽度方向调节压电振子3的安装位置以及其与柱体4的相对位置，通过调节该安装位置可以获得更优的风能收集效果。所述的矩形腔体2的左侧板24和右侧板22的高度可以调节，从而改变矩形腔体2的高度。在相同的风速条件下，风能收集器采用不同高度的矩形腔体2能量收集的效果不同。通过改变矩形腔体2的高度，可以获得更优的风能收集效果。
所述压电振子3由压电陶瓷片31粘贴在弹性金属元件32上构成，或是PVDF压电薄膜元件等。所述柱体4为阻流体，为圆柱体、长方体、或棱柱体等。
本发明一种带谐振腔的压电风能收集器具体的工作原理为：
当风流体以一定速度流过位于矩形腔体2前端的柱体4时，由于空气的粘性以及逆压作用，柱体4表面的流动将产生分离，在柱体4后方形成旋涡脱落，尾部流场区域形成间隔分布的旋涡，该旋涡在柱体4后方不对称地交替产生和脱落，使得位于柱体4后方的压电振子3上下表面受到的压力产生周期性的变化，在周期性脉动压力的作用下，压电振子3将产生强迫振动，该振动通过压电材料的正压电效应转变为电能，实现能量的转变和风能的收集。

Claims (4)

1.一种带谐振腔的压电风能收集器，其特征在于，包括夹持板(1)、矩形腔体(2)、压电振子(3)、柱体(4)，两块夹持板(1)通过螺栓固定压电振子(3)的一端，压电振子(3)的另一端伸入矩形腔体(2)内呈自由的状态；所述柱体(4)通过螺钉(5)固定在矩形腔体(2)上，位于压电振子(3)的前方，靠近矩形腔体(2)进风口一端，矩形腔体(2)通过螺母(6)固定在一根长螺柱(7)上。
2.根据权利要求1所述的带谐振腔的压电风能收集器，其特征在于，所述矩形腔体(2)由上板(21)，下板(23)，右侧板(22)，左侧板(24)通过内六角螺钉联接而成，其具有一个进风口和一个出风口，所述左侧板(24)中间开有一个矩形槽，压电振子(3)通过该矩形槽伸入矩形腔体(2)内。
3.根据权利要求1所述的带谐振腔的压电风能收集器，其特征在于，所述压电振子(3)由压电陶瓷片(31)粘贴在弹性金属元件(32)上构成，或是所述压电振子(3)由PVDF压电薄膜元件粘贴在弹性金属元件(32)上构成。
4.根据权利要求1所述的带谐振腔的压电风能收集器，其特征在于，所述柱体(4)为阻流体，为圆柱体或棱柱体。
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