一种利用低速气流流致振动收集电能的方法技术

本发明专利技术公开了一种利用低速气流流致振动收集电能的方法，低速气流通过集风流道进行整流和加速，绕流振动钝体产生旋涡脱落，激励振动钝体振动，将流体流动能转换为振动钝体振动机械能，利用电磁感应发电机将振动钝体振动机械能转换为电能；旋涡形成过程中会向下游移动，进一步激励柔性压电振动片产生形变，并随旋涡流过而摆动，振动钝体带动柔性压电振动片运动，直接将流体流动能转换为电能。利用低速气流流致振动收集电能的方法简单，所需启动风速低，能量转换效率高；采用电磁感应和压电效应两种方式收集电能，大幅提高发电能力。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及风能发电领域，尤其涉及一种低速气流绕流钝体引起流致振动进行电能收集的方法。
技术介绍
随着世界经济发展，能源问题成为世界关注热点。化石能源利用使环境污染日益严重。开发利用新能源与可再生能源，成为当前能源领域的发展重点。环境中的流动能是一种非常重要的资源，风能是一种普遍存在的可再生资源。风力发电是风能的一种主要利用形式，第一台自动运行的且用于发电的风力机的发电机功率仅为12千瓦。之后学者提出的“风力场”使各个国家开始大规模发展风电。但发展风力场的先决条件是当地风能资源丰富。世界很多国家，尤其是发达国家，已充分认识到风电在调整能源结构、缓解环境污染等方面的重要性，对风电开发给予了高度重视。风电装机容量上也在以每年近30%的速度加速发展，主要有恒速风电系统和变速恒频风电系统。目前，大型风电机组单机容量可达数十兆瓦，中小型风电机组为十千瓦到数百千瓦的。但世界上风力资源丰富的地区和区域毕竟有限，大多数地区的风能资源相对贫乏，风力较弱。但目前对于微风能的利用研究仍处于起始探索阶段，并且存在较多的问题。如能利用自然界的微风进行发电，则可极大提高风能的利用范围。将对微风能-振动能的利用与发电技术相结合，其供能范围将极大扩展而且更为灵活，微风发电机在电子、机电、航空和国防军事等领域具有极为广阔的应用前景；如用于应急照明，军用微型电源，为野外监测仪器设备、传感器及侦察器供电，替代蓄电池等，对推动我国可再生能源的利用技术和国民经济的发展具有重要意义。由于微风是低速气流，风力较小，其收集存在较大困难。传统涡轮风能发电装置由于存在转动部件，导致摩擦力消耗部分能量，难以应用于对微风能的收集，特别是对于微型动力装置的应用会有更大困难。随着装置尺寸小型化，滑动或滚动摩擦力均会显著增加。现有风能发电技术主要是利用旋转式电磁感应发电机，此类发电技术所需启动风速大，能量损耗大，效率低。流致振动发电技术已经提出不少形式，但多数集中在水流中，而且存在着技术(结构)不合理，发电量小，系统设计困难等缺陷，特别是针对低速气流的利用更为困难。利用流速较低的微风产生流致振动进行发电的技术还尚未见报道。
技术实现思路
针对现有技术中的不足之处，本专利技术的目的在于提供了一种简单，结构设计容易，能量转换效率高的利用低速气流流致振动收集电能的方法。为了解决上述技术问题，本专利技术采用了如下技术方案 ，在该方法中采用了一种收集电能的装置，该收集电能的装置包括振动钝体、柔性压电振动片、弹簧、动力传输皮带、电磁感应发电机和定滑轮；所述振动钝体为空心柱体，其轴线水平设置，振动钝体的上侧和下侧分别固定一弹簧，振动钝体通过弹簧悬空设置；所述振动钝体的左侧为迎风面，振动钝体的右侧为背风面；所述柔性压电振动片由压电材料制成，柔性压电振动片的一端固定在振动钝体的背风面上，另一端水平伸出为自由端；所述定滑轮固定在振动钝体一端的上方，电磁感应发电机固定在振动钝体一端的下方；所述动力传输皮带套在定滑轮和电磁感应发电机的驱动轴上，动力传输皮带的一侧与振动钝体的一端固定连接； 该方法包括如下步骤: 电磁感应电能收集:低速气流通过集风流道进行整流和加速，绕流振动钝体产生旋涡脱落，激励振动钝体振动，振动钝体通过传输皮带带动定滑轮和电磁感应发电机的驱动轴转动，进而驱动电磁感应发电机发电； 压电效应电能收集:在柔性压电振动片连接振动钝体的一端布置输电导线，导线布置在振动钝体的内部；气流绕流振动钝体产生旋涡脱落，旋涡形成过程中会向下游移动，进一步激励柔性压电振动片产生形变，并随旋涡流过而摆动，柔性压电振动片产生的电能通过导线输出。作为本专利技术的一种优选方案，所述柔性压电振动片沿气流流向的长度和振动钝体的特征尺寸相等。 本专利技术的有益效果是:利用低速气流流致振动收集电能的方法简单，所需启动风速低，能量转换效率高；采用电磁感应和压电效应两种方式收集电能，大幅提高发电能力。附图说明图1为收集电能的装置的结构示意图。附图中:I一振动钝体；2—柔性压电振动片；3—支撑弹簧；4一迎风面；5一背风面；6—动力传输皮带；7—电磁感应发电机；8—定滑轮。具体实施例方式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地描述。，在该方法中采用了一种收集电能的>J-U ρ α装直。该收集电能的装置如图1所示，包括振动钝体1、柔性压电振动片2、弹簧3、动力传输皮带6、电磁感应发电机7和定滑轮8。振动钝体I为空心柱体，其轴线水平设置，振动钝体I的上侧和下侧分别固定一弹簧3，振动钝体I通过弹簧3悬空设置。振动钝体I的左侧为迎风面4，振动钝体I的右侧为背风面5。柔性压电振动片2由压电材料制成，柔性压电振动片2的一端固定在振动钝体I的背风面5上，另一端水平伸出为自由端，柔性压电振动片2沿气流流向的长度和振动钝体I的特征尺寸(振动钝体在垂直流向方向上的投影长度，本实施例中为振动钝体的直径)相等。定滑轮8固定在振动钝体I 一端的上方，电磁感应发电机7固定在振动钝体I一端的下方。动力传输皮带6套在定滑轮8和电磁感应发电机7的驱动轴上,动力传输皮带6的一侧与振动钝体I的一端固定连接。该利用低速气流流致振动收集电能的方法包括如下步骤: 电磁感应电能收集:振动钝体安装于流道中流速最大的位置，低速气流通过集风流道进行整流和加速，向振动钝体I的迎风面4运动，横向绕流振动钝体1，将在振动钝体I的上下两侧出现剪切层分离，由于剪切层的不稳定性波动，剪切层分离后会进一步卷起并形成旋涡。气流在绕流振动钝体I时形成的旋涡具有周期性交替脱落的特点，使振动钝体I表面形成周期性脉动升力，升力方向垂直于气流方向和振动钝体I的轴向。由于振动钝体I的运动方向被限制在与升力相同的方向上，所以在升力作用下，振动钝体I将沿升力方向运动。并且，在旋涡交替脱落过程中，升力在两个相反的方向交替变化(垂直于气流方向和振动钝体I轴向的正负两个方向)。因此，振动钝体I运动将表现为随旋涡脱落的周期性振动，将低速气流流动转换为结构振动。振动钝体I受到周期性交替变化的作用力而发生振动，振动钝体I通过传输皮带6带动定滑轮8和电磁感应发电机7的驱动轴转动，进而驱动电磁感应发电机7发电，将振动钝体I振动的机械能转换为电能。压电效应电能收集在柔性压电振动片2连接振动钝体I的一端布置输电导线，导线布置在振动钝体I的内部，防止其扰动流场。气流横向绕流振动钝体I时，将在振动钝体I的上下两侧形成的交替脱落的旋涡，柔性压电振动片2正好位于上下两侧脱落的旋涡之间。在旋涡形成并向下游移动的过程中，柔性压电振动片2在流体力作用下产生变形。同时，振动钝体I振动时将带动柔性压电振动片2 —起运动，加大柔性压电振动片2的变形量。柔性压电振动片2利用压电效应将流体动能直接转换为电能。进一步利用柔性压电振动片2 —端的输电导线将电能输出。当气流速度不足以使振动钝体I产生振动时，气流在绕流振动钝体I的过程中仍然会出现剪切层分离，并产生旋涡脱落。脱落的旋涡将使柔性压电振动片2产生形变。因此，在气流速度低于使振动钝体I振动的速度时，仍可利用柔性压电振动片2进行电能收集。最后说明的是，以上实施例仅用以说明本专利技术的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本专利技术进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种利用低速气流流致振动收集电能的方法，其特征在于，在该方法中采用了一种收集电能的装置，该收集电能的装置包括振动钝体（1）、柔性压电振动片（2）、弹簧（3）、动力传输皮带（6）、电磁感应发电机（7）和定滑轮（8）；所述振动钝体（1）为空心柱体，其轴线水平设置，振动钝体（1）的上侧和下侧分别固定一弹簧（3），振动钝体（1）通过弹簧（3）悬空设置；所述振动钝体（1）的左侧为迎风面（4），振动钝体（1）的右侧为背风面（5）；所述柔性压电振动片（2）由压电材料制成，柔性压电振动片（2）的一端固定在振动钝体（1）的背风面（5）上，另一端水平伸出为自由端；所述定滑轮（8）固定在振动钝体（1）一端的上方，电磁感应发电机（7）固定在振动钝体（1）一端的下方；所述动力传输皮带（6）套在定滑轮（8）和电磁感应发电机（7）的驱动轴上，动力传输皮带（6）的一侧与振动钝体（1）的一端固定连接；该方法包括如下步骤：电磁感应电能收集：低速气流通过集风流道进行整流和加速，绕流振动钝体（1）产生旋涡脱落，激励振动钝体（1）振动，振动钝体（1）通过传输皮带（6）带动定滑轮（8）和电磁感应发电机（7）的驱动轴转动，进而驱动电磁感应发电机（7）发电；压电效应电能收集：在柔性压电振动片（2）连接振动钝体（1）的一端布置输电导线，导线布置在振动钝体（1）的内部；气流绕流振动钝体（1）产生旋涡脱落，旋涡形成过程中会向下游移动，进一步激励柔性压电振动片（2）产生形变，并随旋涡流过而摆动，柔性压电振动片（2）产生的电能通过导线输出。...

【技术特征摘要】
1.一种利用低速气流流致振动收集电能的方法，其特征在于，在该方法中采用了一种收集电能的装置，该收集电能的装置包括振动钝体(I)、柔性压电振动片(2)、弹簧(3)、动力传输皮带(6)、电磁感应发电机(7)和定滑轮(8);所述振动钝体(I)为空心柱体，其轴线水平设置，振动钝体(I)的上侧和下侧分别固定一弹簧(3)，振动钝体(I)通过弹簧(3)悬空设置；所述振动钝体(I)的左侧为迎风面(4)，振动钝体(I)的右侧为背风面(5);所述柔性压电振动片(2)由压电材料制成，柔性压电振动片(2)的一端固定在振动钝体(I)的背风面(5 )上，另一端水平伸出为自由端；所述定滑轮(8 )固定在振动钝体(I) 一端的上方，电磁感应发电机(7 )固定在振动钝体(I) 一端的下方；所述动力传输皮带(6 )套在定滑轮(8 )和电磁感应发电机(7)的驱动轴上,动...

【专利技术属性】
技术研发人员：丁林，张力，杨仲卿，陈艳容，闫云飞，
申请(专利权)人：重庆大学，
类型：发明
国别省市：