[发明专利]一种基于四相磁态变换与压电效应的小型风能收集器

说明书

本发明公开了一种基于四相磁态变换与压电效应的小型风能收集器，包括绕组、绕组套筒和若干个发电机构，所述发电机构包括风流管、风能激振器、压电磁性复合薄片和永磁铁组，所述风能激振器、压电磁性复合薄片和永磁铁组依次安装在风流管内，所述绕组安装在绕组套筒上，所述绕组套筒套装在若干个发电机构外，所述压电磁性复合薄片包括压电薄膜和粘贴在压电薄膜底面上的磁性薄膜，所述永磁铁组包括分别安装在风流管上壁和下壁内侧的永磁铁一和永磁铁二以及设置在压电磁性复合薄片正后方的永磁铁三和磁铁支架。本发明可以同时实现压电式及电磁感应式风能发电，提高了风能采集效率及风能发电能力；此外结构简单，体积小，适用于为低功耗电子器件供电。

技术领域

本发明属于环境微型能源采集及发电技术领域，具体是涉及一种基于四相磁态变换与压电效应的小型风能收集器。

背景技术

环境能量采集及发电技术作为微型化电子器件及设备的重要供电方案之一，已适用于多种能量源，如：太阳能、风能、热能、机械能和磁场能等。其中，风能是自然界中广泛存在的一种可再生的清洁能源，收集风能对偏僻环境电子设备的能量供给十分有效。

当前最常见的风能发电技术是大型风力发电机组发电，其基本原理都是利用风致风机转动带动绕组切割静磁场而产生电荷，并作为一种分布式能源向电网并网输入。然而，这种风力发电机体积极大，并不适用于微型电子设备。因此，针对微型电子设备，小型风能发电机的研制十分必要。

小型化风能发电机及其设备根据物理原理主要分为两类：一类是基于电磁感应原理；第二类是基于压电效应。第一类小型化风能发电机大部分依然采用风机与转子的组合，只是将它们的体积大幅度缩减。这种结构的缺陷在于机械传动部分损耗较大，导致整体发电效率不高，特别是在低风速情况下更难以驱动。第二类小型化风能发电机主要利用非流线型截面结构(如类飞机机翼、圆柱体、长方体、单臂薄型悬臂梁等)的风致振动效应，驱动柔性压电复合材料振动，从而利用压电效应发电。这类发电机装置虽然启动风速较低，但是压电材料内阻较大，输出功率依然不高。

发明内容

针对以上现有技术，本发明要解决的技术问题在于提供一种可收集风能为低功耗电子器件供电的基于四相磁态变换与压电效应的小型风能收集器，该风能收集器有效地结合了电磁感应与压电效应两类风能发电机的优势，实现了对风能的高效采集。

2、为实现上述目的，本发明提供了一种基于四相磁态变换与压电效应的小型风能收集器，包括绕组、绕组套筒和若干个发电机构，所述发电机构包括风流管、风能激振器、压电磁性复合薄片和永磁铁组，所述风能激振器、压电磁性复合薄片和永磁铁组依次安装在所述风流管内，所述绕组由多股线圈组成且固定安装在所述绕组套筒上，所述绕组套筒套装在若干个所述发电机构外；所述风流管为抽壳长方体，包括对称设置的上壁和下壁、左壁和右壁以及进风口和出风口；所述风能激振器包括激振柱和贯穿所述激振柱中心轴线的激振柱支架，所述风能激振器安装在所述风流管的进风口处且所述激振柱支架的两端分别固定安装在所述风流管的左壁和右壁上；所述压电磁性复合薄片包括压电薄膜和粘贴在所述压电薄膜底面上的磁性薄膜且所述压电薄膜的正负电极面与所述风流管的进风口平面垂直，所述压电磁性复合薄片以悬臂梁式设置在所述激振柱的正后方且一端固定安装在所述激振柱上；所述永磁铁组包括永磁铁一、永磁铁二、永磁铁三和磁铁支架，所述永磁铁一和所述永磁铁三对称地分别固定安装在所述风流管的上壁和下壁的内侧，所述永磁铁一与所述永磁铁三的磁性相反且磁极化方向与所述风流管的进风口平面垂直，所述永磁铁二固定安装在所述磁铁支架上且所述永磁铁二的磁极化方向与所述风流管的进风口平面平行，所述永磁铁二和磁铁支架设置在所述压电磁性复合薄片另一端的正后方且所述磁铁支架的两端分别固定安装在所述风流管的左壁和右壁上。

更优的，所述风流管的上壁和下壁上均设置有子出风口。

更优的，所述发电机构的数量为1～4个。

更优的，所述风流管的横截面为正方形或长方形。

更优的，所述激振柱的材质为铝材、塑料或有机玻璃。