[发明专利]一种间接激励的多振子压电风力发电机

说明书

本发明涉及一种间接激励的多振子压电风力发电机，属流体发电领域。壳体侧壁上设有通流孔，壳体的一端装有带通流孔和凸台的立板，凸台上装有压电振子组和弹性簧片，每组压电振子都至少包含两个端部装有被悬浮磁铁的压电振子；弹性簧片上装有悬浮磁铁，被悬浮磁铁与悬浮磁铁同性磁极相对安装；弹性簧片的非固定端装有质量块和扰流体，扰流体上镶嵌有两个动磁铁；壳体的上下侧壁装有两个定磁铁，动磁铁和定磁铁的同性磁极相对安装；压电振子安装前为平直结构、安装后为弯曲结构。优势特色：自激振动发电，流体速度和方向的适应性强、结构简单；压电片仅受压应力，可靠性高；多振子同步工作，发电能力强。

技术领域

本发明属于新能源和发电技术领域，具体涉及一种间接激励的多振子压电风力发电机，为无线传感器节点提供能量供应。

背景技术

风能广泛存在于自然界中，风力发电已成为当今世界主流的能源之一。以往人们只注重大规模风力发电系统研究，近年来随着无线传感网络技术的日趋成熟及其在环境、建筑、桥梁、军事及公共安全等监测领域应用的普及，为其提供持续的能源供应的微小型风力发电机的研究受到国内外学者的广泛关注，其原因在于：化学电池的能量有限、其使用时间远远小于无线传感监测系统的寿命，故需经常更换，严重制约了无线传感网络监测系统在远程及危险环境中的推广应用。现有的压电式风力发电机大都为旋转式的，即首先利用风使叶片旋转、再有叶片带动转轴激励压电振子发电，该类发电机除了结构复杂、需要机械部件转换运动外，风速较低时也难以驱动叶片旋转发电、并且工作时压电片承受交变的拉压应力，压电振子易因所受拉应力过大而损毁。

发明内容

针对传感器节点的供电需求及现有微小型风力发电机所存在的问题，本发明提出一种间接激励的多振子压电风力发电机，本发明采用的实施方案是：壳体的各侧壁上都设有通流孔，壳体的一端经螺钉安装有立板，立板上设有通流孔和凸台，凸台上通过螺钉和压块安装有压电振子组和弹性簧片，每组压电振子都至少包含压电振子一和压电振子二；限位簧片上设有连接片，限位簧片经连接片和螺钉安装在壳体的前后侧壁之间；压电振子一由基板一和压电晶片一粘接而成，基板一靠近弹性簧片安装；压电振子二由基板二和压电晶片二粘接而成，基板二靠近弹性簧片安装；弹性簧片与压电振子一之间、压电振子一与压电振子二之间都压接有垫片；压电振子一的非固定端经螺钉安装有被悬浮磁铁一，被悬浮磁铁一安装在压电振子一的基板一的一侧，压电振子二的非固定端经螺钉安装有被悬浮磁铁二，悬浮磁铁一和悬浮磁铁二经螺钉安装在弹性簧片上，被悬浮磁铁一与悬浮磁铁一的同性磁极相对安装，被悬浮磁铁二与悬浮磁铁二的同性磁极相对安装；弹性簧片的非固定端经螺钉安装有质量块和椭圆形的扰流体，扰流体为中空结构，扰流体上对称地镶嵌有两条动磁铁；壳体的上下侧壁上经螺钉对称地安装有两条定磁铁，动磁铁和定磁铁的同性磁极相对安装，动磁铁和定磁铁的几何中心位于同一个圆周上。

压电振子组安装前为平直结构、安装后为弯曲结构，非工作时压电片一、压电片二上的最大压应力为其许用压应力的一半，即压电振子一和压电振子二的变形量为其最大允许变形量的一半并由下式确定：其中：B＝1-α+αβ，A＝α⁴(1-β)²-4α³(1-β)+6cα²(1-β)-4α(1-β)+1，α＝h_m/H，β＝E_m/E_p，h_m为基板一或基板二的厚度，H为压电振子一或压电振子二总厚度，E_m和E_p分别为基板和压电材料的杨氏模量，k₃₁和分别为压电材料的机电耦合系数和许用压应力，L为压电振子一或压电振子二的长度。