[发明专利]一种利用低速气流流致振动收集电能的方法

说明书

技术领域

本发明涉及风能发电领域，尤其涉及一种低速气流绕流钝体引起流致振动进行电能收集的方法。

背景技术

随着世界经济发展，能源问题成为世界关注热点。化石能源利用使环境污染日益严重。开发利用新能源与可再生能源，成为当前能源领域的发展重点。环境中的流动能是一种非常重要的资源，风能是一种普遍存在的可再生资源。风力发电是风能的一种主要利用形式，第一台自动运行的且用于发电的风力机的发电机功率仅为12千瓦。之后学者提出的“风力场”使各个国家开始大规模发展风电。但发展风力场的先决条件是当地风能资源丰富。世界很多国家，尤其是发达国家，已充分认识到风电在调整能源结构、缓解环境污染等方面的重要性，对风电开发给予了高度重视。风电装机容量上也在以每年近30%的速度加速发展，主要有恒速风电系统和变速恒频风电系统。目前，大型风电机组单机容量可达数十兆瓦，中小型风电机组为十千瓦到数百千瓦的。但世界上风力资源丰富的地区和区域毕竟有限，大多数地区的风能资源相对贫乏，风力较弱。但目前对于微风能的利用研究仍处于起始探索阶段，并且存在较多的问题。如能利用自然界的微风进行发电，则可极大提高风能的利用范围。将对微风能-振动能的利用与发电技术相结合，其供能范围将极大扩展而且更为灵活，微风发电机在电子、机电、航空和国防军事等领域具有极为广阔的应用前景；如用于应急照明，军用微型电源，为野外监测仪器设备、传感器及侦察器供电，替代蓄电池等，对推动我国可再生能源的利用技术和国民经济的发展具有重要意义。

由于微风是低速气流，风力较小，其收集存在较大困难。传统涡轮风能发电装置由于存在转动部件，导致摩擦力消耗部分能量，难以应用于对微风能的收集，特别是对于微型动力装置的应用会有更大困难。随着装置尺寸小型化，滑动或滚动摩擦力均会显著增加。

现有风能发电技术主要是利用旋转式电磁感应发电机，此类发电技术所需启动风速大，能量损耗大，效率低。流致振动发电技术已经提出不少形式，但多数集中在水流中，而且存在着技术（结构）不合理，发电量小，系统设计困难等缺陷，特别是针对低速气流的利用更为困难。利用流速较低的微风产生流致振动进行发电的技术还尚未见报道。

发明内容

针对现有技术中的不足之处，本发明的目的在于提供了一种简单，结构设计容易，能量转换效率高的利用低速气流流致振动收集电能的方法。

为了解决上述技术问题，本发明采用了如下技术方案：

一种利用低速气流流致振动收集电能的方法，在该方法中采用了一种收集电能的装置，该收集电能的装置包括振动钝体、柔性压电振动片、弹簧、动力传输皮带、电磁感应发电机和定滑轮；所述振动钝体为空心柱体，其轴线水平设置，振动钝体的上侧和下侧分别固定一弹簧，振动钝体通过弹簧悬空设置；所述振动钝体的左侧为迎风面，振动钝体的右侧为背风面；所述柔性压电振动片由压电材料制成，柔性压电振动片的一端固定在振动钝体的背风面上，另一端水平伸出为自由端；所述定滑轮固定在振动钝体一端的上方，电磁感应发电机固定在振动钝体一端的下方；所述动力传输皮带套在定滑轮和电磁感应发电机的驱动轴上，动力传输皮带的一侧与振动钝体的一端固定连接；

该方法包括如下步骤：

电磁感应电能收集：低速气流通过集风流道进行整流和加速，绕流振动钝体产生旋涡脱落，激励振动钝体振动，振动钝体通过传输皮带带动定滑轮和电磁感应发电机的驱动轴转动，进而驱动电磁感应发电机发电；

压电效应电能收集：在柔性压电振动片连接振动钝体的一端布置输电导线，导线布置在振动钝体的内部；气流绕流振动钝体产生旋涡脱落，旋涡形成过程中会向下游移动，进一步激励柔性压电振动片产生形变，并随旋涡流过而摆动，柔性压电振动片产生的电能通过导线输出。

作为本发明的一种优选方案，所述柔性压电振动片沿气流流向的长度和振动钝体的特征尺寸相等。

本发明的有益效果是：利用低速气流流致振动收集电能的方法简单，所需启动风速低，能量转换效率高；采用电磁感应和压电效应两种方式收集电能，大幅提高发电能力。

附图说明

图1为收集电能的装置的结构示意图。

附图中： 1—振动钝体； 2—柔性压电振动片； 3—支撑弹簧； 4—迎风面； 5—背风面； 6—动力传输皮带； 7—电磁感应发电机； 8—定滑轮。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细地描述。

一种利用低速气流流致振动收集电能的方法，在该方法中采用了一种收集电能的装置。