專利名稱：一種利用風能的壓電能量收集方法及裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種風能利用方法及裝置，特別是一種采用壓電的方式對風能進行收 集的方法及裝置。
背景技術(shù)：
近些年來隨著無線設(shè)備的廣泛應(yīng)用，其供電問題受到人們的廣泛關(guān)注。壓電能量 收集裝置作為一種新型的微型發(fā)電裝置，具有結(jié)構(gòu)簡單、發(fā)熱量小、無電磁干擾、易于加工 制作和實現(xiàn)結(jié)構(gòu)上的小型化、集成化等優(yōu)點，適用于各類傳感及監(jiān)測系統(tǒng)。市場上的壓電能 量收集裝置大部分為通過其周圍的機械能的傳遞來完成的。這種能量收集方式雖然效率較 高，但是必須有一個機械振動的振源才能發(fā)揮其作用。而在有些特殊情況下很難找到有效 的振源供給給無線通信設(shè)備，例如在荒島、無人山區(qū)等偏僻的地方，給發(fā)出求救信號以及及 時與外界聯(lián)系帶來了不便。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題在于，提供一種利用風能的壓電能量收集方法及裝 置。本發(fā)明將風能轉(zhuǎn)化為機械振動能量并產(chǎn)生電能，然后向傳感器或其他低功耗系統(tǒng)供電， 使不受振源的限制，使用方便。為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明的技術(shù)方案如下一種利用風能的壓電能量收集方 法，采用風能驅(qū)動旋轉(zhuǎn)載體，旋轉(zhuǎn)載體上的永久磁鐵產(chǎn)生對懸臂梁上的固定磁鐵的斥力，進 而帶動懸臂梁振動，在懸臂梁上的壓電材料形變后產(chǎn)生能量并收集。前述的利用風能的壓電能量收集方法中，采用風能驅(qū)動風扇，風扇帶動多個旋轉(zhuǎn) 載體轉(zhuǎn)動，每個旋轉(zhuǎn)載體上的均勻分布的永久磁鐵產(chǎn)生對懸臂梁上的固定磁鐵的斥力，進 而帶動懸臂梁振動，懸臂梁上的壓電材料產(chǎn)生周期性的形變，使壓電材料產(chǎn)生能量并收集。前述的利用風能的壓電能量收集方法中，所述的懸臂梁振動，是懸臂梁振動的共 振頻率，能通過調(diào)節(jié)在懸臂梁上設(shè)置的可移動質(zhì)量塊的質(zhì)量和在懸臂梁上的位置進行控 制。前述的利用風能的壓電能量收集方法中，所述的懸臂梁振動，是懸臂梁的激勵頻 率，能通過貼在旋轉(zhuǎn)載體上的永久磁鐵的個數(shù)進行控制。實現(xiàn)前述方法的利用風能的壓電能量收集裝置，包括固定座和設(shè)置在固定座上的 支架，支架上設(shè)有一端帶有風扇的轉(zhuǎn)軸，轉(zhuǎn)軸上套裝有帶有永久磁鐵的旋轉(zhuǎn)載體，旋轉(zhuǎn)載體 的一側(cè)或兩側(cè)設(shè)有一端帶有固定磁鐵的懸臂梁，懸臂梁另一端固定在固定座上，懸臂梁的 表面上設(shè)有壓電片。前述的利用風能的壓電能量收集裝置中，所述的壓電片，設(shè)置在靠近懸臂梁的固 定端部。前述的利用風能的壓電能量收集裝置中，所述的懸臂梁，還設(shè)有可移動質(zhì)量塊。前述的利用風能的壓電能量收集裝置中，所述的壓電片，是壓電陶瓷、壓電晶體或鈦酸鋇構(gòu)成的壓電片。前述的利用風能的壓電能量收集裝置中，所述的固定磁鐵和永久磁鐵，相對端極 性相同。前述的利用風能的壓電能量收集裝置中，所述的旋轉(zhuǎn)載體；為一個以上，每個旋轉(zhuǎn) 載體是正六邊柱體，正六邊柱體的六個面上均勻分布有設(shè)置在安裝塊上的1、2、3或6個永 久磁鐵。本發(fā)明的有益效果與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明將風能轉(zhuǎn)化為機械振動能量并產(chǎn)生 電能，然后向傳感器或其他低功耗系統(tǒng)供電，使不受振源的限制，使用方便。另外，可對懸臂 梁的共振頻率和激勵頻率進行調(diào)節(jié)，進一步方便使用；旋轉(zhuǎn)體兩側(cè)設(shè)置懸臂梁，能更加充分 利用風能產(chǎn)生能量；旋轉(zhuǎn)載體是正六邊柱體，方便調(diào)節(jié)均勻分布在旋轉(zhuǎn)載體上的永久磁鐵 個數(shù)，能較好的適應(yīng)風力的大小，也能對懸臂梁的激勵頻率進行控制。本發(fā)明的裝置還具有 實施結(jié)構(gòu)簡單的特點。本發(fā)明不但可用于一些無限通訊設(shè)備的預(yù)備電源，還可用于小型充 電電池的充電裝置。


圖1是本發(fā)明的裝置實施例的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是圖1中A的放大示意圖；圖3是旋轉(zhuǎn)載體的結(jié)構(gòu)示意圖；圖4是多個懸臂梁在旋轉(zhuǎn)載體一側(cè)的結(jié)構(gòu)示意圖；圖5是多個懸臂梁在旋轉(zhuǎn)載體兩側(cè)的結(jié)構(gòu)示意圖。附圖中的標記為1-風扇，2-支架，3-固定座，4-壓電片，5-懸臂梁，6-可移動質(zhì) 量塊，7-轉(zhuǎn)軸，8-永久磁鐵，9-旋轉(zhuǎn)載體，10-安裝塊，11-固定磁鐵。下面結(jié)合具體實施方式
對本發(fā)明作進一步的說明，本發(fā)明的實施方式不限于下述 實施例，在不脫離本發(fā)明宗旨的前提下做出的各種變化均屬于本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。
具體實施例方式實施例。一種利用風能的壓電能量收集方法，采用風能驅(qū)動風扇，風扇帶動一個或 多個旋轉(zhuǎn)載體轉(zhuǎn)動，每個旋轉(zhuǎn)載體上的均勻分布的永久磁鐵產(chǎn)生對懸臂梁上的永久磁鐵的 斥力，進而帶動懸臂梁振動，懸臂梁上的壓電材料產(chǎn)生周期性的形變，使壓電材料產(chǎn)生能量 并收集；所述的懸臂梁振動，是懸臂梁振動的共振頻率，能通過調(diào)節(jié)在懸臂梁上設(shè)置的可移 動質(zhì)量塊的質(zhì)量和在懸臂梁上的位置進行控制。所述的懸臂梁振動，是懸臂梁的激勵頻率， 能通過貼在旋轉(zhuǎn)載體上的永久磁鐵的個數(shù)進行控制。實現(xiàn)上述方法的利用風能的壓電能量收集裝置，包括固定座3和設(shè)置在固定座3 上的支架2，支架2上設(shè)有一端帶有風扇1的轉(zhuǎn)軸7，轉(zhuǎn)軸7上套裝有帶有永久磁鐵8的旋 轉(zhuǎn)載體9，旋轉(zhuǎn)載體9的一側(cè)或兩側(cè)設(shè)有一端帶有固定磁鐵11的懸臂梁5，懸臂梁5另一端 固定在固定座1上，懸臂梁5的表面上設(shè)有壓電片4 ；所述的壓電片4設(shè)置在靠近懸臂梁5 的固定端部；所述的懸臂梁5上還設(shè)有可移動質(zhì)量塊6，可移動質(zhì)量塊6在固定磁鐵11的 背面；所述的壓電片4，是壓電陶瓷、壓電晶體或鈦酸鋇構(gòu)成的壓電片；所述的固定磁鐵11 和永久磁鐵8相對端極性相同；所述的旋轉(zhuǎn)載體9為一個以上，每個旋轉(zhuǎn)載體9是正六邊柱體，正六邊柱體的六個面上均勻分布有設(shè)置在安裝塊10上的1、2、3或6個永久磁鐵8，通過 永久磁鐵8的個數(shù)控制懸臂梁5的激勵頻率。 本發(fā)明的原理如下首先通過風能來驅(qū)動風扇獲得旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)軸的動力，然后通過帶 風扇的轉(zhuǎn)軸帶動安裝在轉(zhuǎn)軸上的旋轉(zhuǎn)載體，旋轉(zhuǎn)載體帶動安裝在本身的永久磁鐵一起轉(zhuǎn) 動，永久磁鐵在轉(zhuǎn)動過程當中周期性的擊打安裝在旁邊懸臂梁上的固定磁鐵，從而導(dǎo)致懸 臂梁的周期性振動，最終引起貼在懸臂梁上的壓電片的發(fā)電。對懸臂梁的激勵頻率可由貼 在旋轉(zhuǎn)載體上的永久磁鐵的個數(shù)來控制，而懸臂梁本身的振動頻率可由可移動質(zhì)量塊的大 小和位置來控制。
權(quán)利要求
一種利用風能的壓電能量收集方法，其特征在于采用風能驅(qū)動旋轉(zhuǎn)載體，旋轉(zhuǎn)載體上的永久磁鐵產(chǎn)生對懸臂梁上的固定磁鐵的斥力，進而帶動懸臂梁振動，在懸臂梁上的壓電材料形變后產(chǎn)生能量并收集。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用風能的壓電能量收集方法，其特征在于采用風能驅(qū)動 風扇，風扇帶動多個旋轉(zhuǎn)載體轉(zhuǎn)動，每個旋轉(zhuǎn)載體上的均勻分布的永久磁鐵產(chǎn)生對懸臂梁 上的固定磁鐵的斥力，進而帶動懸臂梁振動，懸臂梁上的壓電材料產(chǎn)生周期性的形變，使壓 電材料產(chǎn)生能量并收集。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的利用風能的壓電能量收集方法，其特征在于所述的懸臂梁 振動，是懸臂梁振動的共振頻率，能通過調(diào)節(jié)在懸臂梁上設(shè)置的可移動質(zhì)量塊的質(zhì)量和在 懸臂梁上的位置進行控制。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的利用風能的壓電能量收集方法，其特征在于所述的懸臂梁 振動，是懸臂梁的激勵頻率，能通過貼在旋轉(zhuǎn)載體上的永久磁鐵的個數(shù)進行控制。
5.實現(xiàn)權(quán)利要求1 4任一權(quán)利要求所述的利用風能的壓電能量收集裝置，其特征在 于包括固定座(3)和設(shè)置在固定座(3)上的支架(2)，支架(2)上設(shè)有一端帶有風扇(1) 的轉(zhuǎn)軸(7)，轉(zhuǎn)軸(7)上套裝有帶有永久磁鐵(8)的旋轉(zhuǎn)載體(9)，旋轉(zhuǎn)載體(9)的一側(cè)或 兩側(cè)設(shè)有一端帶有固定磁鐵(11)的懸臂梁(5)，懸臂梁(5)另一端固定在固定座(1)上，懸 臂梁(5)的表面上設(shè)有壓電片(4)。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的利用風能的壓電能量收集裝置，其特征在于所述的壓電片(4)，設(shè)置在靠近懸臂梁(5)的固定端部。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的利用風能的壓電能量收集裝置，其特征在于所述的懸臂梁(5)，還設(shè)有可移動質(zhì)量塊(6)。
8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的利用風能的壓電能量收集裝置，其特征在于所述的壓電片 (4)，是壓電陶瓷、壓電晶體或鈦酸鋇構(gòu)成的壓電片。
9.根據(jù)權(quán)利要求5所述的利用風能的壓電能量收集裝置，其特征在于所述的固定磁 鐵(11)和永久磁鐵(8)，相對端極性相同。
10.根據(jù)權(quán)利要求5所述的利用風能的壓電能量收集裝置，其特征在于所述的旋轉(zhuǎn)載 體(9)；為一個以上，每個旋轉(zhuǎn)載體(9)是正六邊柱體，正六邊柱體的六個面上均勻分布有 設(shè)置在安裝塊(10)上的1、2、3或6個永久磁鐵(8)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種利用風能的壓電能量收集方法及裝置，它采用風能驅(qū)動旋轉(zhuǎn)載體，旋轉(zhuǎn)載體上的永久磁鐵產(chǎn)生對懸臂梁上的固定磁鐵的斥力，進而帶動懸臂梁振動，在懸臂梁上的壓電材料形變后產(chǎn)生能量并收集。本發(fā)明將風能轉(zhuǎn)化為機械振動能量并產(chǎn)生電能，然后向傳感器或其他低功耗系統(tǒng)供電，使不受振源的限制，使用方便。本發(fā)明的裝置還具有實施結(jié)構(gòu)簡單的特點。本發(fā)明不但可用于一些無限通訊設(shè)備的預(yù)備電源，還可用于小型充電電池的充電裝置。
文檔編號F03D9/00GK101951188SQ20101051939
公開日2011年1月19日 申請日期2010年10月26日 優(yōu)先權(quán)日2010年10月26日
發(fā)明者任明, 成泰洪, 李勇, 李振哲, 玄東吉, 申允德 申請人:溫州大學