一種基于壓電材料的非特定方向風能收集裝置的制造方法
【專利摘要】本實用新型屬于基于微弱能量收集與儲存領域，涉及一種基于壓電材料的非特定方向風能收集裝置。包括：殼體、壓電懸臂梁陣列、能量轉換電路及能量儲能單元。所述殼體由亞克力板(或木板)切割、組裝而成，除用于連接、支撐、固定與保護外，還起到約束流體的作用；壓電懸臂梁陣列將風致振動產(chǎn)生的機械能轉化為無規(guī)則交流電能；能量轉換電路把壓電懸臂梁陣列輸出的交流電能經(jīng)整流、穩(wěn)壓等，使其輸出穩(wěn)定的直流電能；能量儲存單元用于儲存整個裝置產(chǎn)生的電能，同時，為微功耗負載供電。本實用新型具有結構簡單、無污染、易于實現(xiàn)等優(yōu)點，可為微功耗設備特別是野外數(shù)據(jù)監(jiān)測設備供電。
【專利說明】
一種基于壓電材料的非特定方向風能收集裝置
技術領域
[0001]本實用新型屬于基于微弱能量收集與儲存領域，涉及一種基于壓電材料的非特定方向風能收集裝置。
【背景技術】
[0002]隨著物聯(lián)網(wǎng)技術的不斷發(fā)展，微功耗設備的應用愈加廣泛，但各種微功耗設備的長期供電問題也愈發(fā)凸顯，尤其對于工作在野外的數(shù)據(jù)采集與監(jiān)測設備，由于所配電池不宜頻繁更換，需要合理設置其電源供給系統(tǒng)。
[0003]另外，隨著人們環(huán)境保護意識越來越強，開發(fā)并利用各種無污染的可再生新能源成為人們關注的焦點，風能作為環(huán)境中普遍存在的一種能源，它幾乎存在于自然界的每一個角落，是一種利用率較高的新能源。此外，太陽能發(fā)電技術如今已經(jīng)得到很大程度的應用，但是，在日照量不足的地區(qū)以及夜間，此項技術很難得到良好的收益效果，因此，可以推廣風能與太陽能聯(lián)合發(fā)電技術，使光伏發(fā)電技術與風力發(fā)電技術形成良性互補。
【實用新型內容】
[0004]本實用新型所要解決的技術問題在于提供一種基于壓電材料的非特定方向風能收集裝置，可以對任意方向的風能實現(xiàn)有效收集，具有結構簡單、易于實現(xiàn)，無污染等優(yōu)點。
[0005]本實用新型是這樣實現(xiàn)的，一種基于壓電材料的非特定方向風能收集裝置，包括:殼體、壓電懸臂梁陣列、能量轉換電路及能量儲存單元；
[0006]所述殼體為圓柱形，分為橫向隔板與縱向隔板，縱向隔板與橫向隔板各開有小槽，槽與槽之間相互嵌入，包括三張橫向隔板與四張縱向隔板垂直交錯排列，三張橫向隔板為圓環(huán)形平行設置，四張縱向隔板相交成90度后與橫向隔板連接，空間割成八個張角為90度的喇叭口單元；
[0007]所述壓電懸臂梁陣列，環(huán)繞分布在整個圓柱形空間的八個喇叭口單元中，每個喇叭口單元里的壓電懸臂梁陣列具有相同的排列方式；
[0008]能量轉換電路，與所述壓電懸臂梁陣列的輸出連接后，安裝在中間橫向隔板的圓環(huán)中心；
[0009]能量儲存單元，安裝在縱向隔板上，與能量轉換電路連接后用于儲存能量。
[0010]進一步地，所述壓電懸臂梁陣列包括:在所述喇叭口單元內，豎直方向上設置三層電極分別連接在兩側的縱向隔板內，上下兩層的電極上設置兩個壓電懸臂梁，中間層電極上設置一個壓電懸臂梁。
[0011]進一步地，中間層電極距離殼體中心線的距離比上下兩層的電極距離殼體中心線的距離大l-2cm。
[0012]進一步地，所述壓電懸臂梁包括壓電雙晶片及扇形柔性梁，所述壓電雙晶片底端夾緊固定在電極中，頂端通過薄鋁片和小螺絲與扇形柔性梁連接。
[0013]進一步地，在每個所述喇機口單元內，三層電極之間相距2.5?4cm。
[0014]進一步地，電極由兩片長條形單面覆銅片經(jīng)螺絲夾緊而成。
[0015]進一步地，所述扇形柔性梁選用0.1mm厚度的PET薄膜，為張角60度的扇形。
[0016]進一步地，所述壓電懸臂梁的正負極由細銅導線引出，接入能量轉換電路。
[0017]本實用新型與現(xiàn)有技術相比，有益效果在于:本實用新型通過設置的殼體以及壓電懸臂梁陣列可以對任意方向風能收集，具有結構簡單、易于實現(xiàn)、無污染等優(yōu)點。
【附圖說明】
[0018]圖1是本實用新型實施例提供的設備整體主視結構示意圖(由于圓柱的對稱性，左視圖也為此圖)；
[0019]圖2為本實用新型實例的設備俯視結構示意圖；
[0020 ]其中，1-橫向隔板;2-縱向隔板;3-縱向隔板電極固定孔;4-橫向隔板固定槽;5-電極;6-壓電雙晶片;7-扇形柔性梁;8-能量轉換電路;9-能量儲存單元。
【具體實施方式】
[0021]為了使本實用新型的目的、技術方案及優(yōu)點更加清楚明白，以下結合附圖及實施例，對本實用新型進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本實用新型，并不用于限定本實用新型。
[0022]參見圖1結合圖2，基于壓電材料的非特定方向風能收集裝置，包括:殼體、壓電懸臂梁陣列、能量轉換電路及能量儲存單元；
[0023]殼體為圓柱形，由厚度為3.0mm的亞克力板(或木板)切割、組裝而成，分為橫向隔板I與縱向隔板2，縱向隔板I與橫向隔板2各開有小槽，槽與槽之間相互嵌入，如圖2所示的橫向隔板固定槽4橫向隔板與縱向隔板固定，將包括三張橫向隔板與四張縱向隔板垂直交錯排列，三張橫向隔板I為圓環(huán)形平行設置，四張縱向隔板2相交成90度后與橫向隔板連接，空間割成八個張角為90度的喇叭口單元21;在一個實施例中，橫向隔板為外直徑30cm、內直徑13cm、厚度3.0mm的圓環(huán)片狀結構，縱向隔板為長8.5cm、高26cm、厚3.0mm的矩形片狀結構，三張橫向隔板與四張縱向隔垂直交錯排列，將整個圓柱形空間分割成八個高11cm、張角為90度的喇叭口單元。
[0024]壓電懸臂梁陣列，環(huán)繞分布在整個圓柱形空間的八個喇叭口單元21中，每個喇叭口單元21里的壓電懸臂梁陣列具有相同的排列方式；以其中的一個單元來看，壓電懸臂梁陣列由5個壓電懸臂梁22組成，分上、中、下三層，上層和下層每層并行排列兩個壓電懸臂梁22，中間層僅放置一個壓電懸臂梁22，但其距圓柱中心線的距離比上下層壓懸臂梁距圓柱中心線的距離稍遠lcm，五個壓電懸臂梁22的懸臂梁頂端構成一個正四棱錐結構。
[0025]壓電懸臂梁26由壓電雙晶片6及扇形柔性梁7組成。電極5由兩片厚1.2mm、寬8.0mm的長條形單面覆銅片經(jīng)螺絲夾緊而成，電極的兩端固定在縱向隔板電極固定孔3中，起夾持壓電雙晶片、安裝固定以及引出電流的作用；扇形柔性梁選用0.1mm厚度的PET薄膜，為張角60度的扇形，通過鋁片和螺絲夾持使其與壓電雙晶片前端緊密連接。
[0026]壓電懸臂梁22正負極由細銅導線引出，接入能量轉換電路8。能量轉換電路8，與壓電懸臂梁22陣列的輸出連接后，安裝在中間橫向隔板的圓環(huán)中心。
[0027]能量轉換電路9將風致振動產(chǎn)生的機械能轉化為無規(guī)則交流電能，分為整流、并聯(lián)緩沖、開關控制、穩(wěn)壓四個環(huán)節(jié)。整流環(huán)節(jié)為三倍壓整流電路;并聯(lián)緩沖環(huán)節(jié)是將一個單元的五個壓電懸臂梁輸出的脈動直流通過并聯(lián)給超級電容充電；開關控制環(huán)節(jié)主要由PNP型三極管、肖特基二極管和N溝道MOSFET構成;穩(wěn)壓環(huán)節(jié)由低功耗穩(wěn)壓芯片MAX666完成，使用其固定輸出模式輸出5V電壓。
[0028]能量儲存單元安裝在縱向隔板上，與能量轉換電路連接后用于儲存能量。同時，為微功耗負載供電。
[0029]基于壓電片的非特定方向風能收集裝置的工作原理如下:風的振動使壓電懸臂梁陣列發(fā)生顫振，壓電雙晶片在扇形柔性梁的帶動下發(fā)生振動，在其電極兩端產(chǎn)生交流電能，通過能量轉換電路將能量存儲于鋰電池中。
[0030]以上所述僅為本實用新型的較佳實施例而已，并不用以限制本實用新型，凡在本實用新型的精神和原則之內所作的任何修改、等同替換和改進等，均應包含在本實用新型的保護范圍之內。
【主權項】
1.一種基于壓電材料的非特定方向風能收集裝置，其特征在于，包括:殼體、壓電懸臂梁陣列、能量轉換電路及能量儲存單元； 所述殼體為圓柱形，分為橫向隔板與縱向隔板，縱向隔板與橫向隔板各開有小槽，槽與槽之間相互嵌入，包括三張橫向隔板與四張縱向隔板垂直交錯排列，三張橫向隔板為圓環(huán)形平行設置，四張縱向隔板相交成90度后與橫向隔板連接，空間割成八個張角為90度的喇口八口單元； 所述壓電懸臂梁陣列，環(huán)繞分布在整個圓柱形空間的八個喇叭口單元中，每個喇叭口單元里的壓電懸臂梁陣列具有相同的排列方式； 能量轉換電路，與所述壓電懸臂梁陣列的輸出連接后，安裝在中間橫向隔板的圓環(huán)中心； 能量儲存單元，安裝在縱向隔板上，與能量轉換電路連接后用于儲存能量。2.如權利要求1所述的基于壓電材料的非特定方向風能收集裝置，其特征在于，所述壓電懸臂梁陣列包括:在所述喇叭口單元內，豎直方向上設置三層電極分別連接在兩側的縱向隔板內，上下兩層的電極上設置兩個壓電懸臂梁，中間層電極上設置一個壓電懸臂梁。3.如權利要求2所述的基于壓電材料的非特定方向風能收集裝置，其特征在于，中間層電極距離殼體中心線的距離比上下兩層的電極距離殼體中心線的距離大l-2cm。4.如權利要求2所述的基于壓電材料的非特定方向風能收集裝置，其特征在于，所述壓電懸臂梁包括壓電雙晶片及扇形柔性梁，所述壓電雙晶片底端夾緊固定在電極中，頂端通過薄鋁片和小螺絲與扇形柔性梁連接。5.如權利要求2所述的基于壓電材料的非特定方向風能收集裝置，其特征在于，在每個所述喇叭口單元內，三層喇叭口單元之間相距2.5?4cm。6.如權利要求2所述的基于壓電材料的非特定方向風能收集裝置，其特征在于，電極由兩片長條形單面覆銅片經(jīng)螺絲夾緊而成。7.如權利要求4所述的基于壓電材料的非特定方向風能收集裝置，其特征在于，所述扇形柔性梁選用0.1mm厚度的PET薄膜，為張角60度的扇形。8.如權利要求2或4所述的基于壓電材料的非特定方向風能收集裝置，其特征在于，所述壓電懸臂梁的正負極由細銅導線引出，接入能量轉換電路。
【文檔編號】F03D9/11GK205533013SQ201620334644
【公開日】2016年8月31日
【申請日】2016年4月20日
【發(fā)明人】周曉華, 茍鑫, 陳玉達, 劉麗佳
【申請人】吉林大學