一种压电风能收集器及控制方法技术

本发明专利技术公开一种压电风能收集器及控制方法，涉及微型能量收集领域。该压电风能收集器包括：多个压电发电部，每个压电发电部平板的初始长度均不相同，从而每个压电发电部的风振频率也就不同，进而扩大压电发电部的特定风振频率，使压电发电部最大化接近风振频率，达到理想的与风共振效果，通过增大振幅，提高装置在偏离与风共振频率时收集电能的能力。该控制方法采集每个压电发电部平板上压电陶瓷片的数据，通过对比确定发电最大的压电陶瓷片，调节其余平板的长度；通过调节平板的长度，使平板长度改变后的压电发电部的特定风振频率最大化接近风振频率，达到理想的与风共振效果。

A Piezoelectric Wind Energy Collector and Its Control Method

The invention discloses a piezoelectric wind energy collector and a control method, which relates to the field of micro energy collection. The piezoelectric wind energy collector consists of several piezoelectric generators. The initial length of each plate is different, so the wind vibration frequency of each piezoelectric generator is different. Then the specific wind vibration frequency of the piezoelectric generator is enlarged, so that the piezoelectric generator maximizes the wind vibration frequency close to the ideal wind resonance frequency. As a result, by increasing the amplitude, the ability of the device to collect electricity when it deviates from the wind resonance frequency is improved. The control method collects the data of piezoelectric ceramics on each piezoelectric power unit plate, determines the largest piezoelectric ceramics by comparison, and adjusts the length of other plates. By adjusting the length of the plate, the specific wind vibration frequency of the piezoelectric power unit with the change of the length of the plate can be maximized close to the wind vibration frequency, so as to achieve the ideal. Resonant effect with wind.

【技术实现步骤摘要】
一种压电风能收集器及控制方法
本专利技术涉及微型能量收集
，特别是涉及一种压电风能收集器及控制方法。
技术介绍
由于“石油危机”出现了能源紧张的问题，人们认识到常规矿物能源供应的不稳定性和有限性，于是寻求清洁的可再生能源成为现代世界的一个重要课题。风能作为可再生的、无污染的自然能源，又重新引起了各国政府、科研机构、企业的重点关注。在自然环境存在的多种形式的能量中，由风能激发的振动能量存在较高的能量密度。而压电材料对于振动能量的收集又有许多优势，例如结构简单，不发热，无电磁干扰，清洁环保等。将振动能转换为电能，再通过收集电路直接给微电子器件供电或是储存在可充电电池中，是低功耗电子器件的一种理想电源。但是目前的微型风能收集器只有在特定风振频率下才能收集到较高功率的电能，若偏离特定风振频率，风能收集器收集能量的能力则大幅下降，因此现有风能收集器不能充分利用周围环境中存在的各种风振频率的振动。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种压电风能收集器及控制方法，解决了不能充分利用周围环境中存在的各种风振频率的振动的问题。为实现上述目的，本专利技术提供了如下方案：一种压电风能收集器，包括：底座支架、谐振腔、外壳、压电发电部和聚风口；所述底座支架固定在地表；所述底座支架用于支撑所述谐振腔，使所述谐振腔远离地表；所述谐振腔为圆筒状，所述谐振腔的腔壁与所述底座支架通过轴承连接；所述谐振腔用于摆放所述压电发电部；所述外壳为圆筒状，所述外壳罩在所述谐振腔外，且与所述底座支架活动连接；所述外壳用于保护所述谐振腔和所述压电发电部；所述谐振腔的腔壁设有压电发电孔，所述压电发电部沿所述谐振腔的径向在所述压电发电孔中滑动，所述压电发电部的一部分处于所述谐振腔内，所述压电发电部的另一部分处于所述谐振腔和所述外壳之间；所述压电发电部用于与风能共振发电；所述聚风口的数量为两个，所述谐振腔的两端分别固定连接一个所述聚风口；所述聚风口用于聚集风能。可选的，所述压电发电部的数量为多个，所述压电发电孔的数量为多个，所述压电发电孔的数量与所述压电发电部的数量相同，每个所述压电发电部均包括：一个平板、两个阻流体和两个压电陶瓷片；多个所述压电发电部均匀设置在所述谐振腔上；所述平板在所述压电发电孔中滑动；所述平板的一端处于所述谐振腔内，所述平板的另一端处于所述谐振腔和所述外壳之间；每个所述平板处于所述谐振腔内的长度不同；所述压电陶瓷片分别设于位于所述谐振腔内部的所述平板的上表面和下表面；所述阻流体在所述压电发电孔中滑动，且位于所述平板靠近所述聚风口的两侧；所述阻流体的一端处于所述谐振腔内，所述阻流体的另一端处于所述谐振腔和所述外壳之间；两个所述阻流体处于所述谐振腔内的长度与对应所述平板的长度相同。可选的，所述压电风能收集器还包括：控制器，所述控制器分别与所述阻流体以及所述平板电连接；所述控制器用于控制所述阻流体以及所述平板处于所述谐振腔内部分的长度。可选的，所述压电发电部还包括：多个位移传感器；所述位移传感器设置于所述平板处于所述谐振腔和所述外壳之间的一端上，以及所述阻流体处于所述谐振腔和所述外壳之间的一端上；所述位移传感器与所述控制器电连接；所述位移传感器用于检测所述平板和阻流体的位置信息，并将检测的位置信息发送给所述控制器。可选的，所述压电风能收集器还包括：电机，所述电机分别与所述控制器、所述阻流体以及所述平板连接；所述电机用于调整所述阻流体以及所述平板处于所述谐振腔内部分的长度。可选的，所述压电风能收集器还包括：调向板，所述调向板粘连于一个所述聚风口的外表面；所述调向板用于在风力作用下，带动所述谐振腔转动，使所述聚风口和所述谐振腔被动迎风。可选的，所述阻流体的形状为圆柱体或长方体或棱柱体。一种压电风能收集器控制方法，应用于上述的压电风能收集器；所述控制方法包括：控制电机将所有平板的位置调整至初始状态；采集所有压电陶瓷片产生的电压值；根据采集的电压值，通过对比确定产生电压值最大的第一压电陶瓷片；获取与所述第一压电陶瓷片对应平板上的第一位移传感器的数据；根据所述第一位移传感器的数据，控制所述电机调整所有所述平板的位置，使所有所述位移传感器的数据均与所述第一位移传感器的数据相同；经过设定时间后，控制所述电机将所有所述平板的位置调整至所述初始状态，完成一次压电风能收集过程。根据本专利技术提供的具体实施例，本专利技术公开了以下技术效果：本专利技术公开一种压电风能收集器及控制方法，该压电风能收集器包括多个压电发电部，每个压电发电部平板的初始长度均不相同，从而每个压电发电部的风振频率也就不同，进而扩大压电发电部的特定风振频率，使压电发电部最大化接近风振频率，达到理想的与风共振效果，通过增大振幅，提高装置在偏离与风共振频率时收集电能的能力。该控制方法采集每个压电发电部平板上压电陶瓷片的数据，通过对比确定发电最大的压电陶瓷片，调节其余平板的长度；通过调节平板的长度，使平板长度改变后的压电发电部的特定风振频率最大化接近风振频率，达到理想的与风共振效果。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为本专利技术实施例1所提供的压电风能收集器的结构图；图2为本专利技术实施例1所提供的压电风能收集器的侧视图；图3为本专利技术实施例1所提供的风向自动调节原理示意图；图4为本专利技术实施例1所提供的收集器谐振腔的A-A＇剖面图；图5为本专利技术实施例1所提供的压电风能收集器中单个压电发电部的结构原理图；图6为本专利技术实施例2所提供的压电风能收集器控制方法的流程图；图7为本专利技术实施例3所提供的压电发电部收集电能电路图；图8为本专利技术实施例3所提供的压电发电部的结构分布调节前图；图9为本专利技术实施例3所提供的压电发电部的结构分布调节后图。其中，1、外壳；2、聚风口；3、谐振腔；4、阻流体；5、平板；6、调向板；7、底座支架；8、压电陶瓷片；A-A＇为收集器谐振腔的剖切面；9、蓄电池；10、Ⅰ组压电发电部；11、Ⅱ组压电发电部；12、Ⅲ组压电发电部；13、Ⅳ组压电发电部；14、Ⅴ组压电发电部；15、Ⅵ组压电发电部；16、Ⅶ组压电发电部；17、Ⅷ组压电发电部。具体实施方式下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。为使本专利技术的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本专利技术作进一步详细的说明。实施例1本实施例提供一种压电风能收集器，图1为本专利技术实施例1所提供的压电风能收集器的结构图；图2为本专利技术实施例1所提供的压电风能收集器的侧视图，参见图1及图2，一种压电风能收集器，包括：底座支架7、谐振腔3、外壳1、压电发电部和聚风口2。底座支架7固定在地表。底座支架7包括：底座和支柱，支柱固定在底座中央，底座固定在地面上，支柱与谐振腔3通过轴承连接。底座支架7用于支撑谐振腔3，使谐振腔3本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种压电风能收集器，其特征在于，包括：底座支架、谐振腔、外壳、压电发电部和聚风口；所述底座支架固定在地表；所述底座支架用于支撑所述谐振腔，使所述谐振腔远离地表；所述谐振腔为圆筒状，所述谐振腔的腔壁与所述底座支架通过轴承连接；所述谐振腔用于摆放所述压电发电部；所述外壳为圆筒状，所述外壳罩在所述谐振腔外，且与所述底座支架活动连接；所述外壳用于保护所述谐振腔和所述压电发电部；所述谐振腔的腔壁设有压电发电孔，所述压电发电部沿所述谐振腔的径向在所述压电发电孔中滑动，所述压电发电部的一部分处于所述谐振腔内，所述压电发电部的另一部分处于所述谐振腔和所述外壳之间；所述压电发电部用于与风能共振发电；所述聚风口的数量为两个，所述谐振腔的两端分别固定连接一个所述聚风口；所述聚风口用于聚集风能。

【技术特征摘要】
1.一种压电风能收集器，其特征在于，包括：底座支架、谐振腔、外壳、压电发电部和聚风口；所述底座支架固定在地表；所述底座支架用于支撑所述谐振腔，使所述谐振腔远离地表；所述谐振腔为圆筒状，所述谐振腔的腔壁与所述底座支架通过轴承连接；所述谐振腔用于摆放所述压电发电部；所述外壳为圆筒状，所述外壳罩在所述谐振腔外，且与所述底座支架活动连接；所述外壳用于保护所述谐振腔和所述压电发电部；所述谐振腔的腔壁设有压电发电孔，所述压电发电部沿所述谐振腔的径向在所述压电发电孔中滑动，所述压电发电部的一部分处于所述谐振腔内，所述压电发电部的另一部分处于所述谐振腔和所述外壳之间；所述压电发电部用于与风能共振发电；所述聚风口的数量为两个，所述谐振腔的两端分别固定连接一个所述聚风口；所述聚风口用于聚集风能。2.根据权利要求1所述的压电风能收集器，其特征在于，所述压电发电部的数量为多个，所述压电发电孔的数量为多个，所述压电发电孔的数量与所述压电发电部的数量相同，每个所述压电发电部均包括：一个平板、两个阻流体和两个压电陶瓷片；多个所述压电发电部均匀设置在所述谐振腔上；所述平板在所述压电发电孔中滑动；所述平板的一端处于所述谐振腔内，所述平板的另一端处于所述谐振腔和所述外壳之间；每个所述平板处于所述谐振腔内的长度不同；所述压电陶瓷片分别设于位于所述谐振腔内部的所述平板的上表面和下表面；所述阻流体在所述压电发电孔中滑动，且位于所述平板靠近所述聚风口的两侧；所述阻流体的一端处于所述谐振腔内，所述阻流体的另一端处于所述谐振腔和所述外壳之间；两个所述阻流体处于所述谐振腔内的长度与对应所述平板的长度相同。3.根据权利要求2所述的压电风能收集器，其特征在于，所述压电风能收集器还包括：控制器，所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：张泉，沈鑫，蒲华燕，彭艳，肖庆，罗均，谢少荣，
申请(专利权)人：上海大学，
类型：发明
国别省市：上海,31