一种具有弹簧底座的双磁耦合式风力压电能量采集器及方法技术

本发明专利技术提供一种具有弹簧底座的双磁耦合式风力压电能量采集器及方法，包括底座和可旋设置于底座上的风车，风车上固设有转轮，转轮下方的底座上设置有压电能量采集器，转轮靠近压电能量采集器的一侧设置有第一永磁铁；压电能量采集器包括底板和支撑板，底板和支撑板之间设置有弹性部件，支撑板上设置有第二永磁铁和压电振子，压电振子端部设置有第三永磁铁，底板上设置有竖杆，竖杆上位于压电振子上侧和下侧的区域均沿高度方向分别设置有第四永磁铁和第五永磁铁；第一永磁铁和第二永磁铁同极靠近，第四永磁铁和第五永磁铁与第三永磁铁竖直向靠近侧极性相同；本申请通过引用排斥磁力，使压电振子具有多稳态特性，提高频率响应范围，而获得更大的响应幅值。而获得更大的响应幅值。而获得更大的响应幅值。

【技术实现步骤摘要】
一种具有弹簧底座的双磁耦合式风力压电能量采集器及方法


[0001]本专利技术属于压电发电
，具体涉及一种具有弹簧底座的双磁耦合式风力压电能量采集器及方法

技术介绍

[0002]随着传感器技术的发展，出现了许多超低功耗的传感器，这些极低功耗的传感器使得压电材料产生的电能能够满足其供电需求；目前大多数传感器使用的是电池，有时传感器工作环境特殊，需要安装在人类难以接触或者比较危险的地方，如火电厂需要进行气体污染物检测，空气质量检测传感器需要安装在距离地面50m处，还有偏远山区、峡谷、高空电缆以及气象站等用于空气质量检测的传感器。而传感器的电池电能储量有限，需要定期更换，这样就会造成不变甚至危险。而在自然界中，广泛存在太阳能，潮汐能和风能，其中太阳能发电以及发展非常成熟；风能作为一种绿色环保的可再生资源，越来越受到世界各国的重视，其蕴含量巨大，可比地球上可开发利用的水能总量大10倍。
[0003]现有的风力压电能量采集器主要是以压电悬臂梁为主的线性谐振式振荡器，具有结构简单、易于实现、能量转换效率高等优点，但也有工作频带窄，能量效率低等缺点；并且目前风力压电能量采集器的主要激励方式为接触式激励，压电振子长时间受到击打，缩短了压电振子的疲劳寿命。

技术实现思路

[0004]针对现有技术中存在的问题，本专利技术提供一种具有弹簧底座的双磁耦合式风力压电能量采集器及方法，结构简单可靠，能够提高压电振子的频率响应范围，扩宽了工作频带。
[0005]本专利技术是通过以下技术方案来实现：
[0006]一种具有弹簧底座的双磁耦合式风力压电能量采集器，包括底座和可旋设置于底座上的风车，所述风车上固设有转轮，所述转轮下方的底座上设置有压电能量采集器，所述转轮靠近压电能量采集器的一侧设置有第一永磁铁；
[0007]所述压电能量采集器包括底板和支撑板，所述底板和支撑板之间设置有弹性部件，所述支撑板上设置有第二永磁铁和压电振子，压电振子端部设置有第三永磁铁，底板上设置有竖杆，竖杆上位于压电振子上侧和下侧的区域均沿高度方向分别设置有第四永磁铁和第五永磁铁；
[0008]所述第一永磁铁和第二永磁铁同极靠近，所述第四永磁铁和第五永磁铁与第三永磁铁竖直向靠近侧极性相同。
[0009]进一步的，所述风车为双头风车，其中部为转轴，转轴两端均设置有风扇。
[0010]进一步的，底座包括支撑台和设置于支撑台两端的支撑柱，所述支撑柱顶端均设置有轴承，所述转轴可旋设置于两个轴承内。
[0011]进一步的，所述转轮包括外圈和内圈，外圈和内圈通过多根支撑杆连接，所述内圈
固设于风车上，所述外圈远离内圈的侧壁均布有多个第一永磁铁。
[0012]进一步的，所述弹性部件为弹簧。
[0013]进一步的，所述第三永磁铁和第四永磁铁靠近侧的极性相同。
[0014]进一步的，所述压电振子包括相叠设置的压电陶瓷和基板。
[0015]进一步的，所述弹性部件的弹性系数小于第一永磁铁和第二永磁铁之间的磁力。
[0016]进一步的，所述支撑板、压电振子和第二永磁铁依次粘接。
[0017]一种具有弹簧底座的双磁耦合式风力压电能量采集方法，包括以下步骤：
[0018]S1：风车受风力作用在底座上旋转，并带动转轮旋转，转轮上的第一永磁铁靠近压电能量采集器；
[0019]S2：当第一永磁铁靠近压电能量采集器的第二永磁铁时产生排斥力，弹性部件受压力作用向下运动，第三永磁铁靠近第五永磁铁；
[0020]S3：第三永磁铁靠近第五永磁铁时，产生排斥力因而向上运动靠近第四永磁铁，并再次产生排斥力，压电振子随磁力作用上下摆动而发生大振荡，产生电能。
[0021]与现有技术相比，本专利技术具有以下有益的技术效果：
[0022]本专利技术提供一种具有弹簧底座的双磁耦合式风力压电能量采集器及方法，包括底座和可旋设置于底座上的风车，风车上固设有转轮，转轮下方的底座上设置有压电能量采集器，转轮靠近压电能量采集器的一侧设置有第一永磁铁；压电能量采集器包括底板和支撑板，底板和支撑板之间设置有弹性部件，支撑板上设置有第二永磁铁和压电振子，压电振子端部设置有第三永磁铁，底板上设置有竖杆，竖杆上位于压电振子上侧和下侧的区域均沿高度方向分别设置有第四永磁铁和第五永磁铁；第一永磁铁和第二永磁铁同极靠近，第四永磁铁和第五永磁铁与第三永磁铁竖直向靠近侧极性相同；本申请当第三永磁铁经过第四永磁铁和第五永磁铁时，压电振子发生大振荡，同时通过引用排斥磁力，使压电振子具有多稳态特性，这种特性拓宽了系统的频率响应范围，使系统获得更大的响应幅值，压电能量采集器的弹簧的非线性恢复力使压电振子受到磁力弯曲变形后快速复位，防止振幅过大时磁铁限制了压电振子的位移，扩宽了工作频带，在有效工作的同时提高了可靠性。
附图说明
[0023]图1为本专利技术一种具有弹簧底座的双磁耦合式风力压电能量采集器的结构示意图；
[0024]图2为本专利技术双头风车的结构示意图；
[0025]图3为本专利技术转轮的结构示意图；
[0026]图4为本专利技术压电能量采集器的结构示意图；
[0027]图5为本专利技术底座的结构示意图；
[0028]图6为本专利技术压电振子的结构示意图。
[0029]图中：1、风车；2、转轮；3、压电能量采集器；4、底座；11、转轴；12、风扇；21、第一永磁铁；22、外圈；23、内圈；24、支撑杆；31、第二永磁铁；32、支撑板；33、弹簧；34、底板；35、第三永磁铁；36、压电振子；51、轴承；52、支撑柱；54、支撑台；55、第四永磁铁；56、五永磁铁；361、压电陶瓷；362、基板。
具体实施方式
[0030]下面结合具体的实施例对本专利技术做进一步的详细说明，所述是对本专利技术的解释而不是限定。
[0031]为了使本
的人员更好地理解本专利技术方案，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的实施例，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，都应当属于本专利技术保护的范围。
[0032]需要说明的是，本专利技术的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本专利技术的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
[0033]本专利技术提供一种具有弹簧底座的双磁耦合式风力压电能量采集器，如图1所示，包括底座4和可旋设置于底座4上的风车1，所述风本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种具有弹簧底座的双磁耦合式风力压电能量采集器，其特征在于，包括底座(4)和可旋设置于底座(4)上的风车(1)，所述风车(1)上固设有转轮(2)，所述转轮(2)下方的底座(4)上设置有压电能量采集器(3)，所述转轮(2)靠近压电能量采集器(3)的一侧设置有第一永磁铁(21)；所述压电能量采集器(3)包括底板(34)和支撑板(32)，所述底板(34)和支撑板(32)之间设置有弹性部件，所述支撑板(32)上设置有第二永磁铁(31)和压电振子(36)，压电振子(36)端部设置有第三永磁铁(35)，底板(34)上设置有竖杆(53)，竖杆(53)上位于压电振子(36)上侧和下侧的区域均沿高度方向分别设置有第四永磁铁(55)和第五永磁铁(56)；所述第一永磁铁(21)和第二永磁铁(31)同极靠近，所述第四永磁铁(55)和第五永磁铁(56)与第三永磁铁(35)竖直向靠近侧极性相同。2.根据权利要求1所述一种具有弹簧底座的双磁耦合式风力压电能量采集器，其特征在于，所述风车(1)为双头风车，其中部为转轴(11)，转轴(11)两端均设置有风扇(12)。3.根据权利要求2所述一种具有弹簧底座的双磁耦合式风力压电能量采集器，其特征在于，底座(4)包括支撑台(54)和设置于支撑台(54)两端的支撑柱(52)，所述支撑柱(52)顶端均设置有轴承(51)，所述转轴(11)可旋设置于两个轴承(51)内。4.根据权利要求1所述一种具有弹簧底座的双磁耦合式风力压电能量采集器，其特征在于，所述转轮(2)包括外圈(22)和内圈(23)，外圈(22)和内圈(23)通过多根支撑杆(24)连接，所述内圈(23)固设于风车(1)上，所述外圈...

【专利技术属性】
技术研发人员：张昌松，刘欣帅，王向阳，朱超，许博洋，
申请(专利权)人：陕西科技大学，
类型：发明
国别省市：