一种基于球体涡激振动的全方向风能俘获装置.pdf

(19)国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN115085583A(43)申请公布日2022.09.20(21)申请号202210590270.7(22)申请日2022.05.26(71)申请人华中科技大学地址430074湖北省武汉市洪山区珞喻路1037号(72)发明人何毅翔代胡亮张岚斌周坤孟祥凯王怀玉陆子(74)专利代理机构华中科技大学专利中心42201专利代理师王颖翀(51)Int.Cl.H02N2/18(2006.01)F03G7/08(2006.01)权利要求书1页说明书5页附图4页(54)发明名称一种基于球体涡激振动的全方向风能俘获装置(57)摘要本发明公开了一种基于球体涡激振动的全方向风能俘获装置，采用的球形的振荡装置结构相比于常规截面形状的钝体结构，具有更大的振动幅值，当气流作用于俘获装置时，振荡装置将产生自激振动，使弹簧发生变形，从而带动压电梁发生周期性弯曲变形，压电梁受到的应力交替增加和减小，由于压电效应，压电梁将产生电势差，从而将振动能转换为电能输出；本发明提供的风能俘获装置对自然环境中不同方向的风均能产生流致振动响应，可以对各方向的流体能量进行收集，提升了能量俘获效率，提高了风能的利用率；结构简单、装配方便、体积小，具有很强的环境适应性，可以部分取代电池的利用。CN115085583ACN115085583A权利要求书1/1页1.一种基于球体涡激振动的全方向风能俘获装置，其特征在于，包括：固定支架、球形振荡装置、压电梁及支座；所述球形振荡装置分别通过上、下弹簧与所述固定支架的上端、压电梁连接；所述压电梁一侧设有滑动槽，与设置于所述支座上的固定件组成直线导轨机构，另一侧与所述支座固定连接；所述支座的下端所述固定支架的下端固定连接。2.一种基于球体涡激振动的全方向风能俘获装置，其特征在于，包括：固定支架、球形振荡装置、压电梁及支座；所述球形振荡装置分别通过上、下弹簧与所述固定支架的上端、压电梁连接；所述压电梁两侧均设有滑动槽，分别与设置于所述支座上的固定件组成直线导轨机构；所述支座的下端所述固定支架的下端固定连接。3.如权利要求1或2所述的装置，其特征在于，所述压电梁包括梁及粘贴在所述梁表面的压电片。4.如权利要求1或2所述的装置，其特征在于，所述球形振荡装置的材料为泡沫塑料。5.如权利要求1或2所述的装置，其特征在于，所述固定支架的上、下端之间通过至少一根支撑轴连接。6.如权利要求1或2所述的装置，其特征在于，所述固定支架的上、下端之间通过多根均匀分布的支撑轴连接。7.如权利要求6所述的装置，其特征在于，所述支撑轴的材料为钨钢。8.如权利要求1或2所述的装置，其特征在于，所述固定支架的上端通过中间件与上弹簧连接。9.如权利要求1或2所述的装置，其特征在于，所述固定支架的上、下端及所述支座的材料为尼龙。2CN115085583A说明书1/5页一种基于球体涡激振动的全方向风能俘获装置技术领域[0001]本发明属于风能发电领域，更具体地，涉及一种基于球体涡激振动的全方向风能俘获装置。背景技术[0002]随着无线传感网络(WirelessSensorNetwork，WSN)和微机电系统(MicroelectromechanicalSystems，MEMS)的快速发展，目前，对于无线传感器的供能方面仍采用较为传统的化学电池供能，这种供能方式难以在一些特殊情况下进行，例如森林、山地、海洋等自然环境中，且对环境污染严重，成本较高。如何在自然条件下满足无线传感器的应用需求是实现无线传感器发展的重要一环。风能作为自然界中广泛存在的清洁能源，对风能的有效应用一直是国内外研究的重点课题。利用横向流致振动压电能量采集技术代替传统的化学电池进行供能，对于微机电系统和无线传感系统的自供电设计方面，有很高的利用价值。基于风致振动的风能俘获装置利用结构的涡激振动、颤振、驰振、尾流驰振收集风能。与电磁式和静电式相比，压电式具有结构简、单系统集成度高、功率密度高、成本较低以及微型化等优点。[0003]在实际的工程应用环境当中，风向和风速具有随机性和不稳定性，因此多向风能俘获的研究是风能俘获装置研究领域的重中之重，对风能资源开发具有重要意义。公开号为CN104779766B的中国发明专利公开了一种用于构建风能俘获装置的振动结构及风能俘获装置，通过U型结构的振动部在不同来流速度和方向的风作用下会产生不同的振动响应，有效的增大了风能俘获装置的俘能风向及风速范围。这种装置虽然在一定程度上实现了多向风能俘获，但其只在特定的风向和风速作用下具有最佳的输出功率，且结构复杂。公开号为CN112751506A的中国发明专利公开了一种全向风能俘获装置，通过方柱形、圆柱形、“X”字形的柱体的振荡装置类似悬臂梁振动响应，带动压电陶瓷圆管振动，压电陶