[发明专利]一种风向自适应的风能采集装置

说明书

本发明公开了一种压电风能采集装置，属于风能收集领域，特别涉及采用压电的方式对风能进行采集的装置。包括异形转盘、转轴和基台。第二轴承的内圈与转轴的下部过盈配合，外圈与基台面板中间孔配合固定，第一轴承的内圈与转轴的中部过盈配合，外圈与异形转盘的中心孔的边缘固定，转轴的顶部设有风向标，柔性压电材料的一端与转轴径向固接，风向标与柔性压电材料成90°夹角，垂直于异形转盘的下表面均布三个瓦形叶片。柔性压电材料在风和瓦形叶片的双重作用下，发生大幅度形变，基于压电效应产生电能。本发明具有结构简单、可靠高效且能自适应风向的优点，可用于为无线传感器供电。

技术领域

本发明属于风能采集领域，特别涉及一种利用压电的方式对风能进行采集的装置。

背景技术

随着无线传感、微电子技术的发展，先进的传感技术为社会及生活带来了便利，然而无线传感器的供电问题一直是一个挑战，当前利用电池供电的方式存在需要经常更换电池的不足，还会造成相应的环境污染。风能作为一种清洁的、可再生的能源，广泛存在于自然界的每一处，有着巨大的潜在能量。利用风能的压电式能量采集器具有结构简单、体积小、输出能量密度大、易于集成和无电磁干扰等优点，因此基于压电的风能采集器能较好地将风能转换为电能，可解决无线传感网络节点供能的问题。

据检索，目前已有相关风能收集装置的技术出现，例如中国专利申请号201010516391.X公开的“一种利用风能的压电能量收集方法及装置”，采用风能驱动叶片，叶片上的永久磁铁产生对悬臂梁上的固定磁铁的斥力，从而使悬臂梁振动，产生电能，该装置机械结构相对复杂，使用磁铁等材料消耗较大，成本较高。又如中国专利申请号201610386604.3公开的“基于柔性聚合物压电材料的风能采集器”，叶片转动带动转盘，转盘转动会周期性地敲打柔性压电聚合物悬臂梁，压电薄膜在敲打和恢复变形的振动中产生电能，该装置的柔性压电材料的形变量达不到最大化，发电效率较低，且装置的适用范围小，仅仅适用于来风方向为叶片正前方的风能采集。

鉴于上述状况，有必要研发一种结构简单、可靠高效的新型自适应风向的压电风能采集装置。

发明内容

本发明的目的是提供一种风向自适应的风能采集装置，它能够有效地实现风能的采集，可用于为无线传感器供电。

本发明达到其目的是通过以下技术方案来实现的：一种风向自适应的风能采集装置，包括异形转盘、转轴和基台，第二轴承的内圈与转轴的下部过盈配合，外圈与基台面板中心孔配合固定，第一轴承的内圈与转轴的中部过盈配合，外圈与异形转盘的中心孔的边缘过盈配合固定，转轴的顶部设有风向标，柔性压电材料的一端与转轴径向固接，风向标与柔性压电材料成90°夹角，垂直于异形转盘的盘面下表面均布三个瓦形叶片。

所述转轴为阶梯轴。

所述瓦形叶片的一端与异形转盘的下表面垂直固定，同向均布。

所述柔性压电材料可以有多片，从上到下依次与转轴中部径向固接，且置于异形转盘的盘面下方，其长度要使其在异形转盘转动时能与瓦形叶片产生干涉。

所述瓦形叶片的一端与异形转盘的下表面垂直固定，同向均布。

所述风向标与转轴的上端固接，风向标与柔性压电材料成90°夹角，同时风向标能够自适应风向，带动转轴转动，从而使柔性压电材料有最大的迎风面。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1.结构简单新颖、耗材少，装置易于安装与维护且应用场景广泛。该装置结构简单，便于安装与维护，可为高压电网、森林防火、农田等应用场合的传感器供电。