CN107612419A - 磁力边界约束增强的宽速域压电式风能采集器 - Google Patents
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Abstract
一种磁力边界约束增强的宽速域压电式风能采集器，包括：呈矩形板状的压电悬臂梁、组合振动柱和刚性基板，其中：压电悬臂梁一端设置于刚性基板中心处，压电悬臂梁另一端与组合振动柱中心相连，压电悬臂梁厚度方向垂直于组合振动柱轴向，压电悬臂梁两侧分别设有约束压电悬臂梁振动幅度的边界梁，压电悬臂梁两侧表面设有压电片，本发明能够实现较高的电压输出，从而采集到更多能量，提高了能量采集效率，能量损耗较小。
Description
技术领域
本发明涉及的是一种风能发电领域的技术，具体是一种磁力边界约束增强的宽速域压电式风能采集器。
背景技术
传统的风力发电发电装置已经得到广泛应用，但这些装置普遍采用电机转动发电装置，存在能量密度低，结构复杂，装置体积大，维护成本高等实际问题，不适用于小型化无人化的应用场合。
发明内容
本发明针对现有技术体积大，结构复杂，维护成本高的不足，提出一种磁力边界约束增强的宽速域压电式风能采集器，其能够实现较高的电压输出，从而采集到更多能量，提高了能量采集效率，能量损耗较小。
本发明是通过以下技术方案实现的：
本发明包括：呈矩形板状的压电悬臂梁、组合振动柱和刚性基板，其中：压电悬臂梁一端设置于刚性基板中心处，压电悬臂梁另一端与组合振动柱中心相连，压电悬臂梁厚度方向垂直于组合振动柱轴向，压电悬臂梁两侧分别设有约束压电悬臂梁振动幅度的边界梁，压电悬臂梁两侧表面设有压电片。
所述的组合振动柱包括：第一圆柱、第二圆柱和半圆柱体，其中：半圆柱体矩形表面与压电悬臂梁相连，第一圆柱和第二圆柱分别对称设置于半圆柱体的圆柱面，第一圆柱和第二圆柱分别平行于半圆柱体轴向。
所述的边界梁包括：刚性横杆和连接板，其中：连接板一端固定于刚性基板，连接板的另一端设有钢轴，钢轴轴向与组合振动柱轴向平行，刚性横杆的杆体穿设于钢轴。
所述的连接板的与刚性横杆相对处表面设有压电片。
所述的刚性横杆的与组合振动柱相对的一端设有永磁铁。
所述的压电悬臂梁两侧设有与刚性横杆处永磁铁相对应且相斥的永磁铁。
所述的刚性横杆的与组合振动柱相对的一端到钢轴的长度与刚性横杆的与刚性基板相对的一端到钢轴的长度之比大于10。
附图说明
图1为本发明立体结构示意图；
图2为本发明俯视结构图；
图3为边界梁装配示意图；
图4为图2中C处结构示意图
图5为图2中A处结构示意图；
图6为图2中B处结构示意图；
图中：1压电悬臂梁、2组合振动柱、3第一边界梁、4第二边界梁、5压电片、6永磁铁、7刚性基板、21第一圆柱、22第二圆柱、23半圆柱体、31楔板、32刚性横杆、33连接板、34钢轴。
具体实施方式
如图1～2所示，本实施例包括：呈矩形板状的压电悬臂梁1、组合振动柱2和刚性基板7，其中：压电悬臂梁1一端设置于刚性基板7中心处，压电悬臂梁1另一端与组合振动柱2中心处相连，压电悬臂梁1厚度方向垂直于组合振动柱2轴向，压电悬臂梁1两侧分别设有约束压电悬臂梁1振动幅度的第一边界梁3和第二边界梁4，压电悬臂梁1两侧表面设有压电片5。
如图3所示，所示的第一边界梁3包括：刚性横杆32和连接板33，其中：连接板33一端固定于刚性基板7，连接板33的另一端设有钢轴34，钢轴34轴向与组合振动柱2轴向平行，刚性横杆32的杆体穿设于钢轴34。刚性横杆32末端即自由端设有永磁铁6，该永磁铁6通过楔板23固定于刚性横杆32自由端。压电悬臂梁1两侧面的与刚性横杆32自由端相对处也设有永磁铁6。压电悬臂梁1处和刚性横杆32处的永磁铁6相对应且极性相同。
如图4所示，所述的刚性横杆32的首端与连接板33之间设有压电片5，压电片5贴设于连接板33表面。钢轴34将刚性横杆32分别两段，刚性横杆32末端到钢轴34的距离与刚性横杆32首端到钢轴34的距离之比大于十。第一边界梁3和第二边界梁4结构相同。
如图5所示，所述的压电悬臂梁1的两侧表面分别贴设有压电片5，两侧的压电片5对称设置。
如图6所示，所述的组合振动柱2包括：第一圆柱21、第二圆柱22和半圆柱体23，其中：半圆柱体23矩形表面与压电悬臂梁1相连，第一圆柱21和第二圆柱22分别对称设置于半圆柱体23的圆柱面，第一圆柱21和第二圆柱22分别平行于半圆柱体23轴向。
整个装置放置于风场中，压电悬臂梁1平行于风流方向，组合振动柱2的柱面迎向风向。风流经过第一圆柱21和第二圆柱22时，产生涡街，进而在半圆柱体23两侧产生压力差，使得压电悬臂梁1产生振动，进而使得设置于压电悬臂梁1两侧的压电片5产生电压。压电悬臂梁1沿两侧振动时，同时压迫第一边界梁3和第二边界梁4，使得第一边界梁3和第二边界梁4上的压电片5在刚性横杆32的压迫下产生较高电压。
与现有技术相比，本装置结构新颖、设计合理，利用磁铁同性相斥的特点，通过边界梁实现对压电悬臂梁振动幅值的位移约束，保证风速较大时不发生压电片的断裂破坏，该振幅约束方式没有能量损失，同时边界梁上利用杠杆原理将磁铁斥力放大数十倍后作用在压电片上，可以实现较高的电压输出，从而采集到更多能量，提高了能量采集效率。此外，压电悬臂梁末端采用的半圆柱体具有较小的风阻，能量损耗较小，能够在低风速时实现压电悬臂梁的大振幅振动，进而实现较高电压输出。
上述具体实施可由本领域技术人员在不背离本发明原理和宗旨的前提下以不同的方式对其进行局部调整，本发明的保护范围以权利要求书为准且不由上述具体实施所限，在其范围内的各个实现方案均受本发明之约束。
Claims (7)
1.一种磁力边界约束增强的宽速域压电式风能采集器，其特征在于，包括：呈矩形板状的压电悬臂梁、组合振动柱和刚性基板，其中：压电悬臂梁一端设置于刚性基板中心处，压电悬臂梁另一端与组合振动柱中心相连，压电悬臂梁厚度方向垂直于组合振动柱轴向，压电悬臂梁两侧分别设有约束压电悬臂梁振动幅度的边界梁，压电悬臂梁两侧表面设有压电片。
2.根据权利要求1所述的磁力边界约束增强的宽速域压电式风能采集器，其特征是，所述的组合振动柱包括：第一圆柱、第二圆柱和半圆柱体，其中：半圆柱体矩形表面与压电悬臂梁相连，第一圆柱和第二圆柱分别对称设置于半圆柱体的圆柱面，第一圆柱和第二圆柱分别平行于半圆柱体轴向。
3.根据权利要求2所述的磁力边界约束增强的宽速域压电式风能采集器，其特征是，所述的边界梁包括：刚性横杆和连接板，其中：连接板一端固定于刚性基板，连接板的另一端设有钢轴，钢轴轴向与组合振动柱轴向平行，刚性横杆的杆体穿设于钢轴。
4.根据权利要求3所述的磁力边界约束增强的宽速域压电式风能采集器，其特征是，所述的连接板的与刚性横杆相对处表面设有压电片。
5.根据权利要求4所述的磁力边界约束增强的宽速域压电式风能采集器，其特征是，所述的刚性横杆的与组合振动柱相对的一端设有永磁铁。
6.根据权利要求5所述的磁力边界约束增强的宽速域压电式风能采集器，其特征是，所述的压电悬臂梁两侧设有与刚性横杆处永磁铁相对应且相斥的永磁铁。
7.根据权利要求6所述的磁力边界约束增强的宽速域压电式风能采集器，其特征是，所述的刚性横杆的与组合振动柱相对的一端到钢轴的长度与刚性横杆的与刚性基板相对的一端到钢轴的长度之比大于10。
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