[发明专利]盒式风力发电装置及发电装置组

说明书

本发明提供一种盒式风力发电装置及发电装置组。盒式风力发电装置，包括盒体、第一能量采集单元及第一连接件。盒体包括柔性壳和刚性壳，柔性壳和刚性壳围成至少一个密封腔，第一能量采集单元包括压电膜和设于压电膜的两侧的电极，第一能量采集单元覆于柔性壳的内壁上并且位于密封腔内，第一连接件的一端固定于柔性壳上从而使第一连接件连接于盒体上并且至少一部分第一连接件位于密封腔的外侧。

技术领域

本发明涉及风力发电技术领域，尤其是一种盒式风力发电装置及发电装置组。

背景技术

智慧城市、大型基础设施健康监测、环境监测等领域对无线传感器网络技术具有十分迫切的需求，而无线传感器节点是构建无线传感器网络的基本单元。现有的无线传感器节点大多采用传统的化学电池来供电，这些化学电池携带的能量有限，在工作过程中需要更换或充电，对于节点众多的无线传感器网络而言，电池的更换或充电不仅需要消耗大量的时间、资金和人力，甚至在有的情况下是难以完成的，例如对于设置于危险环境中的无线传感器节点。风能是自然界广泛存在的一种绿色可再生能源，将风能转换为电能的微小型风力发电装置具有工作寿命长、无污染等优点，可用于替代化学电池来为无线传感器节点供电。

微小型风能发电装置主要有两种结构，第一种是与大型风能发电装置类似的涡轮式风力发电装置，另一种是基于风致振动现象的风力发电装置。其中，第一种的结构比较复杂，而且随着尺度的较小，其启动风速较高。第二种结构更为简单，更易于微型化。但是无论是涡轮式风力发电装置，还是基于风致振动现象的风力发电装置，都只有在风速大于切入风速(启动风速)并在特定范围内变化时才有较高的电学输出。

再者，根据机电转换原理的不同，可以将发电装置分别为微小型风能发电装置压电式发电装置、静电式发电装置、电磁感应式发电装置、摩擦式发电装置。相较于其他的发电装置，其中的压电式发电装置不需要外部电压输入，制造过程容易，功率密度相对较高，更容易微型化。但是，应用于大型基础设施健康监测、环境监测等领域的无线传感节点需要在野外长期工作，为其供电的微小型风力发电装置也需要长期工作于野外环境。基于风致振动的压电式风力发电装置利用压电复合梁/膜将振动能转换为电能，目前报道的压电式风力发电装置的压电复合梁/膜是直接暴露于外部环境的，日晒雨淋会导致压电材料的压电性大幅衰减，环境中的水分(包含酸碱液体)会对引出电极等产生腐蚀，空气中的灰尘易于附着于薄膜并改变薄膜的动力学性能，因此，现有的压电式风力发电装置的稳定性和可靠性难以满足在野外长期稳定工作的要求。

发明内容

本发明的目的是提供一种结构简单并且适用于野外长期工作的压电式风力发电装置。

为了解决上述技术问题，本发明提供的盒式风力发电装置，包括盒体、第一能量采集单元及第一连接件。盒体包括柔性壳和刚性壳，柔性壳和刚性壳围成至少一个密封腔，第一能量采集单元包括压电膜和设于压电膜的两侧的电极，第一能量采集单元覆于柔性壳的内壁上并且位于密封腔内，第一连接件的一端固定于柔性壳上从而使第一连接件连接于盒体上并且至少一部分第一连接件位于密封腔的外侧。

本发明中提供的盒式风力发电装置通过将位于密封腔的外侧的第一连接件的部分安装在某一物体上之后，柔性壳和刚性壳各作为组成盒体的一部分，刚性壳在风的作用下的运动势必会带动柔性壳的变形，而且第一连接件和柔性壳连接，因此刚性壳通过柔性壳和第一连接件间接连接，第一连接件和刚性壳不直接连接，所以在风的作用下，柔性壳随着盒体的风致振动发生变形，从而引起压电膜内的应力发生变化，进一步导致两侧的电极间的电压发生变化，该电压通过后续的管理电路就可以为负载供电。并且，当盒体振动的时候，刚性壳不会发生变形，盒体的振动完全是由柔性壳的变形引起的。再者，本申请中采用了全封闭的盒体，将能量采集单元设于盒体内部的密封腔内，以避免雨水、灰尘对能量采集单元造成影响，满足在野外长期稳定工作的要求。除此以外，本申请中的发电装置体积小、结构紧凑。

本申请中的柔性壳和刚性壳围成至少一个密封腔不仅包括柔性壳和刚性壳这两者直接围成至少一个密封腔，还包括柔性壳、刚性壳、第一连接件的第一端三者围成少一个密封腔的情况。