[发明专利]一种风力往复式压电-电磁复合发电装置

说明书

本发明公布了一种风力往复式压电‑电磁复合发电装置，涉及清洁能源领域。本发明由S型风轮、套筒、底座、波纹管、压电薄膜、永磁铁、线圈、伸缩弹簧、导杆以及转子组成。所述导杆带有圆柱凸轮，当S型风轮受到外界风激励时，将带动转子同步转动。转子经过圆柱凸轮凸部时，伸缩弹簧被压缩，导杆向下运动；转子经过圆柱凸轮凹部时，伸缩弹簧伸长，导杆向上运动。导杆在转子作用下在套筒中做往复运动。导杆尾端与包裹有压电薄膜的波纹管相连，导杆做往复运动时会使压电薄膜发生周期性形变，压电薄膜由正压电效应产生电压；导杆下端面固定的永磁铁与底座中的线圈做切割磁感线运动，在线圈中产生感应电流。

技术领域

本发明涉及清洁能源领域，具体是一种风力往复式压电-电磁复合发电装置。

背景技术

近年来，随着无线传感器网络的广泛应用，无线传感器网络中传感器节点的能源问题日益凸显。由于传感器节点数量多、分布范围广、分布环境复杂，传统电池以无法满足传感器节点的长期工作要求。所以如何长久地为无线传感系统供电成为当下研究的热门方向。

自然界中存在着多种可再生能源，如：风能、太阳能、地热能、潮汐能、生物质能等，如果能将自然界中存在的能量转化为电能，有望解决设备供能问题。风能是一种储量大、分布广、容易俘获的能源，利用风能发电解决无线传感系统供能问题，将会是一种理想的解决方案。

常见俘能方式有:电磁式、静电式、压电式三种。电磁式俘能器的基本原理为法拉第电磁感应，利用磁场将机械能转化为电能，具有能量密度高、使用寿命长等优点；静电式俘能器是由变容二级体振动引起电容变化来获得静电能量的，但需要外接电源来约束电容电压且制作精度要求高，这制约了静电式的发展和应用；压电式俘能器是依据压电效应将振动能转换为电能，具有结构简单、电压密度高、功率密度高、不受环境影响等优点。压电-电磁复合发电是结合了压电式和电磁式的特征形成的新的俘能方式，能最大程度地利用振动能。

发明内容

在自然界中，风往往是多方向的、无规律的，为了更好的利用自然界中的风能，本发明提供了具有宽风速范围且能全方向接受来风的一种风力往复式压电-电磁复合发电装置。

一种风力往复式压电-电磁复合发电装置，由S型风轮、套筒、底座、波纹管、压电薄膜、永磁铁、线圈、伸缩弹簧、导杆、转子构成，装置的发电部分包括压电发电部分和电磁发电部分。

进一步的，S型风轮位于整个装置顶端，套筒连接在S型风轮下端，底座固定，套筒安装在底座上。

进一步的，套筒连接底座端安装有限位环，内径略大于导杆传动杆直径；套筒内壁有两个关于轴线对称的矩形滑轨。

进一步的，转子固定连接在S型风轮下端没入套筒中，转子下表面与圆柱凸轮上端面保持接触。

进一步的，导杆由圆柱凸轮和传动杆组成，圆柱凸轮上端面有两对在圆周上交替排布的凸部和凹部；传动杆固定在圆柱凸轮下端面，且直径小于圆柱凸轮。传动杆下端面固定有永磁铁，永磁铁置于线圈中；圆柱凸轮外壁有两个关于轴线对称的矩形凹槽，与套筒内壁的矩形导轨相配合。

进一步的，拉伸弹簧外径小于圆柱凸轮的直径，内径大于传动杆的直径；上下两端分别连接在圆柱凸轮的下端面和套筒限位环的上端面。

进一步的，波纹管两端分别连接在传动杆下端面和底座上，压电薄膜贴附在波纹管内表面，波纹管和压电薄膜能在传动杆的作用下沿轴线方向拉伸或压缩。

进一步的，线圈安放在底座内壁，线圈有多匝且紧密环绕。

进一步的，当自然界时，S型风轮带动转子转动，转子将沿圆柱凸轮上端面轨迹运动，导杆将在套筒和伸缩弹簧的限制下在套筒内做往复直线运动。