CN112901419B - 一种集成颤振效应的压电风能收集装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种集成颤振效应的压电风能收集装置，包括：壳套，其周壁设有风孔，转动组件，包括转轴、以及设于壳套内的第一圆盘和第二圆盘，转轴与壳套转动连接，第一圆盘顶面设有第一永磁体，第二圆盘的侧面设有第二永磁体；第一颤振组件，包括螺旋弹簧、颤振圆盘以及设于颤振圆盘底部的第三永磁体，第三永磁体与第一永磁体互斥；第二颤振组件，包括颤振板和设于颤振板的侧面第四永磁体，第四永磁体与第二永磁体互斥；第三颤振组件，设于壳套内且位于风孔处；压电组件，用以借助正压电效应将机械能转化为电能。通过本发明中的压电风能收集装置，通过多组颤振组件颤振，使得压电组件的压电陶瓷片发生形变增强，增强对风能的利用率。

Description

一种集成颤振效应的压电风能收集装置
技术领域
本发明涉及风能收集技术领域，尤其涉及一种集成颤振效应的压电风能收集装置。
背景技术
近年来，随着社会经济的高速发展，对能源的需求日益剧增，环境污染和能源短缺成为困扰世界各国的一个共同难题，并由此而造成的环境恶化和能源危机逐渐开始影响经济发展和人们生活。迫于此压力，各国科技工作者开始了寻找和开发新型能源的探索，比如太阳能、风能、波浪能、振动能等。其中，压电发电装置作为一种新型的微型发电装置，理论上其供电寿命仅取决于组成发电装置的各元器件的寿命，清洁环保，是一种典型的“绿色”能源技术。
现有的压电悬臂梁收集风能装置风能收集率低，同时压电设备一般为接触碰撞传递能量，能量损失大，使用寿命短，占用空间大，不利于使用。
发明内容
有鉴于此，有必要提供一种集成颤振效应的压电风能收集装置，用以解决上述背景技术中所提及的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
根据本发明的一个方面，提供一种集成颤振效应的压电风能收集装置，包括：
壳套，呈圆柱状，所述壳套的周壁设有风孔，其顶部和底部的中央位置均设有轴承；
转动组件，包括转轴、以及设于所述壳套内的第一圆盘和第二圆盘，所述转轴通过所述轴承与所述壳套转动连接，所述第一圆盘和所述第二圆盘均与所述转轴同轴设置且固定连接，所述第一圆盘的顶面分别设有呈圆形矩阵布置的四个所述第一永磁体，所述第二圆盘的侧面分别设有呈圆形矩阵布置的四个所述第二永磁体；
第一颤振组件，安装于所述壳套内，所述颤振组件包括螺旋弹簧、颤振圆盘以及设于所述颤振圆盘底部的第三永磁体，所述颤振圆盘贯穿所述转轴与所述壳套同轴设置，且通过所述螺旋弹簧与所述壳套内的底壁弹性连接，所述第三永磁体与所述第一永磁体互斥，以使得所述颤振圆盘颤振；
第二颤振组件，包括颤振板和设于所述颤振板的侧面第四永磁体，所述颤振板固定安装于所述颤振圆盘的顶部，所述第四永磁体与所述第二永磁体互斥，以使得所述颤振板颤振；
第三颤振组件，设于所述壳套内且位于所述风孔处，所述压电组件包括压电悬臂梁和颤振效应板，所述压电悬臂梁的一端与所述颤振板固定连接，另一端与所述颤振效应板固定连接；
压电组件，包括分别贴附于所述压电悬臂梁顶面和底面的上压电陶瓷片和下压电陶瓷片，用以借助正压电效应将机械能转化为电能。
根据一些实施例，压电风能收集装置还设有风机，所述风机用于接收并吸收风力，并将风能转化为机械能，以驱动所述转轴转动。
根据一些实施例，所述第一永磁体、所述第二永磁体、所述第三永磁体以及所述第四磁体所安装的数量相同，且均呈扇环状。
根据一些实施例，所述压电悬臂梁为弹性金属薄片。
根据一些实施例，所述颤振圆盘设有轴孔，所述轴孔与所述转轴过渡配合连接。
根据一些实施例，所述螺旋弹簧的数量为四个，所述四个螺旋弹簧呈圆形矩阵设于所述颤振圆盘底部。
根据一些实施例，压电风能收集装置还包括支撑架，安装于所述壳套外的底部相对立的两端。
与现有技术相比，本发明的有益效果如下：
本申请中的压电风能收集装置在使用时，通过安装的风机来收集风能，通过风机将风能转化为机械能，带动转轴在轴承的配合下转动，转轴转动带动第一圆盘和第二圆盘转动，第一永磁体和第二永磁体随之转动。当第一圆盘上的第一永磁体对应颤振圆盘上的第三永磁体时，由于第一永磁体和第三永磁体互斥，使得第一颤振组件的颤振圆盘受迫振动，颤振圆盘的受迫振动带动颤振板受迫振动，导致第二颤振组件上颤振板受迫振动，与颤振板连接的第三颤振组件受迫振动，导致安装于第三颤振组件上的压电组件受迫振动。另外第二圆盘上的第二永磁体对应颤振板上的第四永磁体时，第二颤振组件上颤振板受迫振动，对第三颤振组件上的压电组件起到增强振动的效果。进一步地，壳套的壁面开有风孔，风可以直接通过风孔进入壳体内部，导致第三颤振组件上的颤振效应板发生颤振，压电悬臂梁同步颤振，压电组件贴附于压电悬臂梁上的上压电陶瓷片和下压电陶瓷片相应所发生的形变进一步增强，用以借助正压电效应将机械能转化为电能，进而实现对风能的收集起到增强的效果。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明提供的一种集成颤振效应的压电风能收集装置的整体结构示意图；
图2是本发明提供的一种集成颤振效应的压电风能收集装置的部分结构示意图；
图3是本发明提供的一种集成颤振效应的压电风能收集装置的颤振圆盘结构示意图；
图4是本发明提供的一种集成颤振效应的压电风能收集装置的第二圆盘的立体结构示意图；
图5是本发明提供的一种集成颤振效应的压电风能收集装置的风扇结构示意图；
图6是本发明提供的一种集成颤振效应的压电风能收集装置的压电悬臂梁俯视的结构示意图；
图7是本发明提供的一种集成颤振效应的压电风能收集装置的压电悬臂梁正视的结构示意图。
图中：壳套100；风孔110；轴承120；支撑架130；转动组件200；转轴210；第一圆盘220；第一永磁体221；第二圆盘230；第二永磁体231；第一颤振组件300；颤振圆盘310；第三永磁体311；螺旋弹簧320；第二颤振组件400；颤振板410；第四永磁体411；第三颤振组件500；压电悬臂梁510；颤振效应板520；压电组件600；上压电陶瓷片610；下压电陶瓷片620；风机700；扇叶710；扇叶支架720；中心轴孔730。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
请参阅图1至图7所示，本发明提供一种集成颤振效应的压电风能收集装置，通过本发明中的压电风能收集装置，通过多组颤振组件颤振，使得压电组件600的压电陶瓷片发生形变增强，增强对风能的利用率，以使得压电组件600通过正压电效应将机械能转化为电能，而积蓄更多的电能，其具体方案如下。
该压电风能收集装置包括壳套100、转动组件200、第一颤振组件300、第二颤振组件400、第三颤振组件500以及压电组件600，其中壳套100呈圆柱状，壳套100的周壁设有风孔110，壳套100顶部和底部的中央位置均设有轴承120。
转动组件200，包括转轴210、以及设于壳套100内的第一圆盘220和第二圆盘230，转轴210通过轴承120与壳套100转动连接，第一圆盘220和第二圆盘230均与转轴210同轴设置且固定连接，第一圆盘220的顶面分别设有呈圆形矩阵布置的四个第一永磁体221，第二圆盘230的侧面分别设有呈圆形矩阵布置的四个第二永磁体231；
其中，转轴210的顶部还设有风机700，通过风机700收集风能，且风机700设为如图1所示的独特的结构，可收集各个方向的风能，风能收集效率高，风机700转动带动转轴210在轴承120的配合下转动，转轴210转动带动第一圆盘220和第二圆盘230转动。
第一颤振组件300安装于壳套100内，第一颤振组件300包括螺旋弹簧320、颤振圆盘310以及设于颤振圆盘310底部的第三永磁体311，颤振圆盘310贯穿转轴210与壳套100同轴设置，且通过螺旋弹簧320与壳套100内的底壁弹性连接，第三永磁体311与第一永磁体221互斥，颤振圆盘310在螺旋弹簧320的支撑下，以使得颤振圆盘310弹性颤振。
第二颤振组件400包括颤振板410和设于颤振板410的侧面第四永磁体411，颤振板410固定安装于颤振圆盘310的顶部，第四永磁体411与第二永磁体231互斥，以使得颤振板410颤振。
第三颤振组件500设于壳套100内且位于风孔110处，第三颤振组件500包括压电悬臂梁510和颤振效应板520，压电悬臂梁510的一端与颤振板410固定连接，另一端与颤振效应板520固定连接。通过风进入壳体，让安装在压电悬臂梁510末端的颤振效应板520振动，带动压电悬臂梁510振动。
压电组件600包括分别贴附于压电悬臂梁510顶面和底面的上压电陶瓷片610和下压电陶瓷片620，通过贴在压电悬臂梁510上的上压电陶瓷片610和下压电陶瓷片620的形变，用以借助正压电效应将机械能转化为电能。
从而，当第一颤振组件300受迫振动时，与第一颤振组件300连接的第二颤振组件400随之受迫振动，进而第三颤振组件500也随之受迫振动，从而带动压电组件600的上压电陶瓷片610和下压电陶瓷片620发生形变。
在上述方案中，本申请中的压电风能收集装置在使用时，通过安装的风机700来收集风能，通过风机700将风能转化为机械能，带动转轴210在轴承120的配合下转动，转轴210转动带动第一圆盘220和第二圆盘230转动，第一永磁体221和第二永磁体231随之转动。当第一圆盘220上的第一永磁体221对应颤振圆盘310上的第三永磁体311时，由于第一永磁体221和第三永磁体311互斥，使得第一颤振组件300的颤振圆盘310受迫振动，颤振圆盘310的受迫振动带动颤振板410受迫振动，导致第二颤振组件400上颤振板410受迫振动，与颤振板410连接的第三颤振组件500受迫振动，导致安装于第三颤振组件500上的压电组件600受迫振动。另外第二圆盘230上的第二永磁体231对应颤振板410上的第四永磁体411时，第二颤振组件400上颤振板410受迫振动，对第三颤振组件500上的压电组件600起到增强振动的效果。进一步地，壳套100的壁面开有风孔110，风可以直接通过风孔110进入壳体内部，导致第三颤振组件500上的颤振效应板520发生颤振，压电悬臂梁510同步颤振，压电组件600贴附于压电悬臂梁510上的上压电陶瓷片610和下压电陶瓷片620相应所发生的形变进一步增强，用以借助正压电效应将机械能转化为电能，进而对风能的收集起到增强作用。
为了使得第一永磁体221和第三永磁体311、第二永磁体231和第四磁体之间互斥的效果更理想，第一永磁体221、第三永磁体311、第二永磁体231以及第四磁体可以是呈圆柱状，也可以是呈方柱状，还可以是呈扇环状。在本实施例中，第一永磁体221、第三永磁体311、第二永磁体231以及第四磁体所安装的数量相同，且数量均为四个，另外第一永磁体221、第三永磁体311、第二永磁体231以及第四磁体且均呈扇环状。
该压电风能收集装置还设有风机700，其中风机700包括扇叶710、扇叶支架720以及中心轴孔730。扇叶710与扇叶支架720连接，中心轴孔730设于多组扇叶支架720的延伸交汇处，与转轴210转动连接，以使得通过风机700将风能转化为机械能，以驱动转轴210转动。
为了使得压电悬臂梁510的振动幅度更大，而使得设于压电悬臂梁510上的上压电陶瓷片610和下压电陶瓷片620相应所发生的形变更强，压电悬臂梁510可以是纤维片，也可以是弹性金属薄片。在本实施例中，压电悬臂梁510为弹性金属薄片。以使得设于壳套100内且位于风孔110处的第三颤振组件500所颤振的效果更佳。
该压电风能收集装置需要各个部件之间配合作用，而使得对风能的收集起到增强的效果。其中，在本实施例中，颤振圆盘310设有轴孔，轴孔与转轴210过渡配合连接，以避免颤振圆盘310在颤振的过程与转轴210抵接而磨损，降低该压电风能收集装置的工作效率，甚至降低该压电风能收集装置的使用寿命。
壳套100与颤振圆盘310之间弹性连接的螺旋弹簧320的数量可以是两个，也可以是三个、还可以是四个。在本实施例中，设有四个螺旋弹簧320呈圆形矩阵设于颤振圆盘310底部，以使得颤振圆盘310在斥力的作用下，颤振圆盘310于壳套100内稳固的弹性颤振。
另外，该压电风能收集装置还包括支撑架130，支撑架130的结构可以是三脚架，也可以是四脚架，且支撑架130固定安装于壳套100外底部相对立的两端，以使得该压电风能收集装置稳固的安装于承载处。
本实施例的附图中相同或相似的标号对应相同或相似的部件；在本发明的描述中，需要理解的是，若有术语“上”、“下”、“左”、“右”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此附图中描述位置关系的用语仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。

Claims (7)

1.一种集成颤振效应的压电风能收集装置，其特征在于，包括：
壳套，呈圆柱状，所述壳套的周壁设有风孔，其顶部和底部的中央位置均设有轴承；
转动组件，包括转轴、以及设于所述壳套内的第一圆盘和第二圆盘，所述转轴通过所述轴承与所述壳套转动连接，所述第一圆盘和所述第二圆盘均与所述转轴同轴设置且固定连接，所述第一圆盘的顶面分别设有呈圆形矩阵布置的四个第一永磁体，所述第二圆盘的侧面分别设有呈圆形矩阵布置的四个第二永磁体；
第一颤振组件，安装于所述壳套内，所述颤振组件包括螺旋弹簧、颤振圆盘以及设于所述颤振圆盘底部的第三永磁体，所述颤振圆盘贯穿所述转轴与所述壳套同轴设置，且通过所述螺旋弹簧与所述壳套内的底壁弹性连接，所述第三永磁体与所述第一永磁体互斥，以使得所述颤振圆盘颤振；
第二颤振组件，包括颤振板和设于所述颤振板的侧面第四永磁体，所述颤振板固定安装于所述颤振圆盘的顶部，所述第四永磁体与所述第二永磁体互斥，以使得所述颤振板颤振；
第三颤振组件，设于所述壳套内且位于所述风孔处，所述第三颤振组件包括压电悬臂梁和颤振效应板，所述压电悬臂梁的一端与所述颤振板固定连接，另一端与所述颤振效应板固定连接；
压电组件，包括分别贴附于所述压电悬臂梁顶面和底面的上压电陶瓷片和下压电陶瓷片，用以借助正压电效应将机械能转化为电能。
2.根据权利要求1所述的一种集成颤振效应的压电风能收集装置，其特征在于，
还设有风机，所述风机用于接收并吸收风力，并将风能转化为机械能，以驱动所述转轴转动。
3.根据权利要求1所述的一种集成颤振效应的压电风能收集装置，其特征在于，
所述第一永磁体、所述第二永磁体、所述第三永磁体以及所述第四永磁体所安装的数量相同，且均呈扇环状。
4.根据权利要求1所述的一种集成颤振效应的压电风能收集装置，其特征在于，
所述压电悬臂梁为弹性金属薄片。
5.根据权利要求1所述的一种集成颤振效应的压电风能收集装置，其特征在于，
所述颤振圆盘设有轴孔，所述轴孔与所述转轴过渡配合连接。
6.根据权利要求1所述的一种集成颤振效应的压电风能收集装置，其特征在于，
所述螺旋弹簧的数量为四个，所述四个螺旋弹簧呈圆形矩阵设于所述颤振圆盘底部。
7.根据权利要求1所述的一种集成颤振效应的压电风能收集装置，其特征在于，
还包括支撑架，安装于所述壳套外的底部相对立的两端。
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