一种多方向俘能装置制造方法及图纸

本发明专利技术提供了一种多方向俘能装置，它包括支架、至少一组多自由度涡激振动发生机构、若干压电片组和能量收集电路，所述自由度涡激振动发生机构包括自下而上依次设置的钝体和至少两个悬臂梁，最上端的悬臂梁固定在所述支架上，各悬臂梁沿长度的投影方向上交叉不重叠的设置，所述压电片组包括均匀分布在各悬臂梁上的压电片，各压电片连接所述能量收集电路。该装置拓宽流体锁定区域，提高了对于环境流体的利用效率，降低了旋涡成形的临界风速，更有利于推广应用。

A Multidirectional Energy Capture Device

【技术实现步骤摘要】
一种多方向俘能装置
本专利技术涉及一种风能收集装置，具体的说，涉及了一种多方向俘能装置。
技术介绍
近年来，环境能量收集器受到了国内外研究者的广泛关注，它能够源源不断地将环境中各种形式的能量（太阳能、振动能、流体动能等）转化为电能，具有体积小、寿命长、能量密度高等显著优点，在无线传感网络、自供能系统等方面具有潜在的应用前景。风能作为一种清洁的可再生能源，在环境中广泛存在。相对于其他几种形式的环境能量收集技术，风能收集技术的研究起步较晚，在基础理论、结构设计加工等方面存在众多关键的科学与技术问题。与大型的风力发电机不同，微型风能收集器并非为了并网，其典型应用是为微小型的自供能系统供电。在研究初期，微型风能收集器结构的研究基本都集中在了转动式的大型风力发电机的小型化方向上，这种结构存在两个问题：一是结构复杂，微型结构的加工和安装较为困难；二是轴承的摩擦力和材料疲劳在微尺度下更加显著，可靠性和工作效率低。后来，研究者将风致振动结构和振动能量收集器结合，形成了基于风致振动效应的微型风能收集器。其中风致振动结构在风作用下发生振动，用于风能的收集，如涡激振动的圆柱、颤振的翼型结构和柔性膜等，然后由振动能量收集器将前者的振动能转化为电能。相对于转动结构，基于风致振动效应的微型风能收集器的结构相对简单且成本较低，成为了微型风能收集器的主要发展趋势。当前涉及风致振动发电的装置中，主要面临的问题是微风的风向随机性过大，存在锁定区域窄、利用效率低、满足风向过于单一的缺点。为了解决这一问题，人们一直在寻求一种理想的技术解决方案。为了解决以上存在的问题，人们一直在寻求一种理想的技术解决方案。
技术实现思路
本专利技术的目的是针对现有技术的不足，从而提供一种结构简单、安装方便、同轴度易控制、产品质量好的多方向俘能装置。为了实现上述目的，本专利技术所采用的技术方案是：一种多方向俘能装置，包括支架、至少一组多自由度涡激振动发生机构、若干压电片组和能量收集电路，所述自由度涡激振动发生机构包括自下而上依次设置的钝体和至少两个悬臂梁，最上端的悬臂梁固定在所述支架上，各悬臂梁沿长度的投影方向上交叉不重叠的设置，所述压电片组包括均匀分布在各悬臂梁上的压电片，各压电片连接所述能量收集电路。基上所述，所述悬臂梁为具有弹性和宽度的薄片结构。基上所述，各悬臂梁沿长度的投影方向上交叉所形成的角度等分。基上所述，它包括两个悬臂梁，两悬臂梁沿长度的投影方向上交叉所形成的角度为90°。基上所述，各悬臂梁之间通过连接件连接在一起。基上所述，所述钝体为多面体结构。基上所述，所述钝体为圆柱体、攻三角柱或三角柱。基上所述，所述压电片为PVDF压电片或PZT压电片。基上所述，各所述多自由度涡激振动发生机构成排或成列或阵列式的安装在所述支架上。基上所述，每个悬臂梁上设有至少一片压电片，所述的至少一片压电片沿悬臂梁的长度方向排布。本专利技术相对现有技术具有突出的实质性特点和显著的进步，具体的说，本专利技术在钝体与支架之间连接多个悬臂梁，各悬臂梁之间具有不同的安装角度，使得悬臂梁朝向不同的方向，微风吹来时，不同角度的悬臂梁中，总有至少一个悬臂梁可以与风向配合，满足钝体涡激振动的需求，悬臂梁本身又具备增强钝体振动的能力，进而提高了风能的利用效率。进一步的，钝体上方按不同的角度设置的多个悬臂梁降低了旋涡形成的临界风速，拓宽了锁定区域范围。进一步的，所述的多自由度涡激振动发生机构成排或成列或阵列式的安装在所述支架上，形成一个小的能量采集系统，满足小范围用电。附图说明图1是本专利技术中多方向俘能装置的结构示意图之一。图2是本专利技术中多方向俘能装置的结构示意图之二。图3是其它实施例中悬臂梁结构的俯视图。图4是压电片及外接电路的示意图。图5是上方悬臂梁的一阶模态模拟结果。图6是下方悬臂梁的一阶模态模拟结果。图中：1.支架；2.钝体；3.悬臂梁；4.压电片；5.连接件；6.能量收集电路。具体实施方式下面通过具体实施方式，对本专利技术的技术方案做进一步的详细描述。如图1和图2所示，一种多方向俘能装置，包括支架1、两组多自由度涡激振动发生机构、若干压电片组和能量收集电路，所述自由度涡激振动发生机构包括自下而上依次设置的圆柱形钝体2和两个悬臂梁3，两悬臂梁3之间以及悬臂梁3与钝体2之间通过连接件连接在一起。最上端的悬臂梁3固定在所述支架1上，各悬臂梁3沿长度的投影方向上交叉不重叠的设置，本实施例中，两悬臂梁3沿长度的投影方向上交叉所形成的角度为90°。悬臂梁既可以增强钝体的扰流，促进其后方旋涡的形成，又可以满足不同来流方向的钝体涡激振动。所述压电片组包括均匀分布在各悬臂梁上的压电片4，每个悬臂梁上设有至少一片压电片4，所述的至少一片压电片沿悬臂梁的长度方向排布。如图4所示，各压电片4连接所述能量收集电路6，能量收集电路为现有的公知技术，本实施例不对其进行详细展开。本实施例中，所述悬臂梁3为具有弹性和宽度的薄片结构，所述压电,4为PVDF压电片或PZT压电片。工作原理：当有微风或其它流体经过钝体2表面时，钝体2的后方形成旋涡，旋涡以一定的频率交替脱落引起空气旋流，当旋涡脱落频率与钝体2固有频率相同时便会产生共振。此时，钝体的振动带动悬臂梁同步摆动，悬臂梁在摆动过程中发生弯曲，弯曲所产生的力作用于压电片组并使其形变，压电片的表面形成正负电荷进而产生电流被能量收集电路6收集起来。如图5和图6所示，分别为上方悬臂梁和下方悬臂梁的一阶模态模拟结果，图中显示固有频率分别为5.64Hz、16.95Hz，当钝体振动频率分别达到相应的固有频率，结构便会产生共振，这一结果与实验所测数据相吻合。这是一种典型的机电转换过程，通过压电装置将风能转化为电能，相比于水电、火电、核电等传统发电方式具有无污染、可持续、发电能力强等优点。在此过程中，由于悬臂梁3采用了交叉方式安装，无论流体的流向如何，都会有一个悬臂梁3能够受力弯曲，形成有效振动，提高了该装置对于环境流体的利用效率，拓宽锁定区域。在其它实施例中，若风向相对稳定，可根据风向设定悬臂梁3之间的交叉角度，以最佳化的适应环境中的流体流向，促进旋涡形成，产生更高升力，有效降低圆柱涡致振动的临界流速。其他实施例中，悬臂梁有多于两个，各悬臂梁沿长度的投影方向上交叉所形成的角度等分，如图3所示，当有四个悬臂梁时，悬臂梁之间的夹角设置为45°。其他实施例中，所述钝体为多面体结构。如攻三角柱或三角柱。产业应用的过程中，各所述多自由度涡激振动发生机构成排或成列或阵列式的安装在所述支架上，拓宽锁频范围，减小了对风速的要求，通过振动压电的方式收集风能，减小了对生态的影响，实现了风能的高效，绿色收集；和储能装置配合使用可以实现对微机电系统，无线传感网络系统的无间断供电。有效解决了传统的螺旋桨式风力发电机技术占地面积大、前期投入成本高、风能转化效率低、受地理位置限制大、难以推广且对鸟禽类造成严重影响的一系列问题。最后应当说明的是:以上实施例仅用以说明本专利技术的技术方案而非对其限制；尽管参照较佳实施例对本专利技术进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本专利技术的具体实施方式进行修改或者对部分技术特征进行等同替换；而不脱离本专利技术技术方案的精神，其均应涵盖在本专利技术请求保护的技术方案范围当中。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种多方向俘能装置，其特征在于：包括支架、至少一组多自由度涡激振动发生机构、若干压电片组和能量收集电路，所述自由度涡激振动发生机构包括自下而上依次设置的钝体和至少两个悬臂梁，最上端的悬臂梁固定在所述支架上，各悬臂梁沿长度的投影方向上交叉不重叠的设置，所述压电片组包括均匀分布在各悬臂梁上的压电片，各压电片连接所述能量收集电路。

【技术特征摘要】
1.一种多方向俘能装置，其特征在于：包括支架、至少一组多自由度涡激振动发生机构、若干压电片组和能量收集电路，所述自由度涡激振动发生机构包括自下而上依次设置的钝体和至少两个悬臂梁，最上端的悬臂梁固定在所述支架上，各悬臂梁沿长度的投影方向上交叉不重叠的设置，所述压电片组包括均匀分布在各悬臂梁上的压电片，各压电片连接所述能量收集电路。2.根据权利要求1所述的多方向俘能装置，其特征在于：所述悬臂梁为具有弹性和宽度的薄片结构。3.根据权利要求1所述的多方向俘能装置，其特征在于：各悬臂梁沿长度的投影方向上交叉所形成的角度等分。4.根据权利要求1-3任一项所述的多方向俘能装置，其特征在于：它包括两个悬臂梁，两悬臂梁沿长度的投影方向上交叉所形成的角度为90°...

【专利技术属性】
技术研发人员：王军雷，李国平，苏震，耿林风，
申请(专利权)人：郑州大学，
类型：发明
国别省市：河南,41