專利名稱：一種垂吊式壓電風能采集器的制作方法
技術領域：
本發明屬于新能源和發電技術領域，具體涉及一種垂吊式壓電風能采集器，為無線傳感器節點提供能量供應。
背景技術：
風能廣泛存在于自然界中，風力發電已成為當今世界主流的能源之一。以往人們只注重的大規模風力發電系統的研究，近年來，隨著無線傳感網絡技術的日趨成熟及其在環境監測、大型建筑物及橋梁的健康監測、工業、軍事及公共安全等領域應用的普及，為其提供持續人能源供應的微小型風力發電機的研究受到國內外學者的廣泛關注，其原因在于化學電池的能量有限、其使用時間遠遠小于無線傳感監測系統的壽命，故需經常更 換，嚴重制約了無線傳感網絡監測系統在遠程及危險環境中的推廣應用。目前已提的微小型風力發電機基本都是基于電磁原理和壓電原理的，因壓電式發電機的發電過程中不會產生電磁干擾，更適用于無線網絡節點的應用需求。現有的壓電式風力發電機大都為旋轉式的，即首先利用風使葉片旋轉、再有葉片帶動轉軸激勵壓電振子發電，如中國專利200920111349. 7,200910081331. 1,200910082047. 6,201010519391. X 等。上述旋轉式壓電風力發電機的除了結構復雜、需要機械部件轉換運動外，風速較低時也難以驅動葉片旋轉發電、并且當發電機安裝固定后無法自動適應實時變化的風向。對于無線傳感網絡監測而言，傳感器節點位置是根據實際需要確定的，而不像大規模風力發電機組是以最大風速和最佳風向為目標的，因此用于無線傳感網絡節點供電的壓電風力發電機須具有較強的環境適應能力、以及較強的發電能力，以滿足實時供電的需求。
發明內容
針對無線傳感網絡節點的使用環境特點以及現有旋轉式壓電風力發電機所存在的不足，本發明提供一種垂吊式風能采集器。本發明采用的實施方案是主體通過螺釘安裝在掛架上，掛件通過螺釘安裝在掛架上、且置于所述的主體內；1_50個壓電換能器置于所述主體內，所述壓電換能器由一對缽型壓電振子通過鉚釘鉚接而成，所述缽型壓電振子由缽型殼體和環形壓電晶片粘接而成；所述第一個壓電換能器上端缽型殼體與掛件鉚接，兩個相連壓電換能器的缽型殼體通過空心鉚釘鉚接，所述的最后一個壓電換能器下端的缽型殼體與球銷的上端鉚接，所述球銷通過主體下端的通孔伸出；所述球銷上套有彈簧，所述彈簧壓接在最后一個壓電振子和主體的下端面之間；所述球銷下端的球頭上套有球銷套，風帆通過螺釘安裝在所述球銷套上，所述風帆由帆布與帆架鉚接而成；同一個壓電換能器上的兩個壓電晶片通過導線一連接，不同壓電換能器上的兩個壓電晶片通過導線二連接，壓電振子通過導線組與安裝在主體側壁的無線傳感器節點連接。本發明中，彈簧的作用是平衡壓電換能器及風帆等的重力，使壓電振子在靜態時不發生彎曲變形，并在風力較大時保護壓電振子因變形過大而損壞；“十字型”風帆的作用是采集任意方向的風能、且具有風的匯聚及風力放大功能；球銷及球銷套的作用是使風帆與主體作相對的水平面內轉動和垂直方向的擺動，從而適應無規律的風向變化；多個壓電換能器采用串聯方式連接，同步發電，輸出功率較大。當帆布受風力作用時，帆架及球銷套相對球銷的球頭中心轉動、及偏轉并使球銷套的上端與主體的下端面接觸，從而使球銷、彈簧及壓電振子受向下的拉力作用；風力消失或減小時，風帆在其自身重力及彈簧力的作用下反向運動，從而使壓電振子受壓，壓電振子受拉或受壓變形時即將機械能轉換成電能；由于風帆的縱向尺寸遠大于球銷套橫向尺寸，因此風帆可將風力放大；當風力過大并使壓電振子的變形量達到所能承受的最大值時，彈簧也達到最大的壓縮量，球銷所承受的拉力通過彈簧直接傳遞到主體上，從而避免壓電振子因變形過大而損壞。本發明的特點及優勢在于:①采用垂吊式結構且與無線傳感器節點集成，便于在任意環境下的安裝固定采用十字型風帆與球銷結構，可實現任意方向及微弱風力的 能量收集；③采用多壓電振子串聯并通過彈簧限位，發電能力強、可靠性高。缽型壓電振子的晶片在同一表面只有一種應力狀態，受拉或受壓，同一表面產生電荷一樣，發電能力強。
圖I是本發明一個較佳實施例中風能采集器靜態時的結構示 圖2是圖I的A-A剖示 圖3是本發明一個較佳實施例中壓電振子的結構示意 圖4是圖3的俯視 圖5是本發明一個較佳實施例中壓電換能器的安裝過程示意 圖6是本發明一個較佳實施例中風能采集器受風力作用時的結構示 圖7是圖4中B的局部放大圖。
具體實施例方式 如圖I、圖2、圖3、圖4所示，主體2通過螺釘安裝在掛架I上，掛件3通過螺釘安裝在掛架I上、且置于所述的主體2內；1-50個壓電換能器4置于所述主體2內，所述壓電換能器4由一對缽型壓電振子4-1通過鉚釘4-2鉚接而成，所述缽型壓電振子4-1由缽型殼體4-1-1和環形壓電晶片4-1-2粘接而成；所述第一個壓電換能器4的上端與掛件3鉚接，兩個相連壓電換能器4的缽型殼體4-1-1通過空心鉚釘5鉚接，所述的最后一個壓電換能器4下端的缽型殼體4-1-1與球銷6的上端鉚接，所述球銷6通過主體2下端的通孔2-1伸出；所述球銷6上套有彈簧7，所述彈簧7壓接在最后一個壓電振子4和主體2的下端面之間；所述球銷6下端的球頭上套有球銷套8，風帆9通過螺釘安裝在所述球銷套8上，所述風帆9由帆布9-2與帆架9-1鉚接而成；同一個壓電換能器4上的兩個壓電晶片4-1-2通過導線一 10連接，不同壓電換能器4上的兩個壓電晶片4-1-2通過導線二 11連接，壓電振子4-1通過導線組13與無線傳感器節點12連接，所述無線傳感器節點12通過螺釘安裝在主體2的側壁。本發明中，彈簧7的作用是平衡壓電換能器4及風帆9等的重力，使壓電振子4-1在靜態時不發生彎曲變形，并在風力較大時保護壓電振子4-1因變形過大而損壞；“十字型”風帆9的作用是采集任意方向的風能、且具有風的匯聚及風力放大功能；球銷6及球銷套7的作用是使風帆9與主體2作相對的水平面內轉動和垂直方向的擺動，從而適應無規律的風向變化；多個壓電換能器4采用串聯方式連接，同步發電，輸出功率較大。如圖5所示，本發明中各壓電換能器4的安裝過程是這樣的首先將壓電振子4-1與掛件3、或球銷6或空心鉚釘5鉚接，然后再通過鉚釘4-2將兩個相鄰的壓電振子4-1鉚接。如圖6、圖7所示，當帆布9-2受風力作用時，帆架9-1及球銷套8相對球銷6的球頭中心0點轉動、并使球銷套8的上端與主體2的下端面在C點接觸，從而使球銷6、彈簧7及壓電振子4-1受向下的拉力作用；風力消失或減小時，風帆9在其自身重力及彈簧7的作用下反向運動，從而使壓電振子4-1受壓，壓電振子4-1受拉或受壓變形時即將機械能轉換成電能；由于風帆9的縱向尺寸遠大于球銷套8橫向尺寸，即OD遠大于0C，因此風帆9可將風力放大；當風力過大并使壓電振子4-1的變形量達到所能承受的最大值時，彈簧7也達到最大的壓縮量，球銷6所承受的拉力通過彈簧7直接傳遞到主體2上，從而避免壓電振子·4-1因變形過大而損壞。
權利要求
1.一種垂吊式壓電風能采集器，其特征在于主體通過螺釘安裝在掛架上，掛件通過螺釘安裝在掛架上、且置于所述的主體內；1_50個壓電換能器置于所述主體內，所述壓電換能器由一對缽型壓電振子通過鉚釘鉚接而成，所述缽型壓電振子由缽型殼體和環形壓電晶片粘接而成；所述第一個壓電換能器上端缽型殼體與掛件鉚接，兩個相連壓電換能器的缽型殼體通過空心鉚釘鉚接，所述的最后一個壓電換能器下端的缽型殼體與球銷的上端鉚接，所述球銷通過主體下端的通孔伸出；所述球銷上套有彈簧，所述彈簧壓接在最后一個壓電振子和主體的下端面之間；所述球銷下端的球頭上套有球銷套，風帆通過螺釘安裝在所述球銷套上，所述風帆由帆布與帆架鉚接而成；同一個壓電換能器上的兩個壓電晶片通過導線一連接，不同壓電換能器上的兩個壓電晶片通過導線二連接，壓電振子通過導線組與安裝在主體側壁的無線傳感器節點連接。
全文摘要
本發明涉及一種垂吊式壓電風能采集器，用于為無線傳感器節點提供電力。主體通過螺釘安裝在掛架上，掛件通過螺釘安裝在掛架上、且置于主體內；1-50個壓電換能器置于所述主體內，壓電換能器由一對缽型壓電振子通過鉚釘鉚接而成，缽型壓電振子由缽型殼和環形壓電晶片粘接而成；第一個壓電換能器的上端與掛件鉚接，兩個相連壓電換能器的缽型殼體通過空心鉚釘鉚接，最后一個壓電換能器下端的缽型殼體與球銷鉚接，球銷通過主體下端的通孔伸出；球銷上套有彈簧，彈簧壓接在最后一個壓電振子和主體下端面之間，風帆通過螺釘安裝在所述球銷套上。優點是采用多個壓電振子串聯同步發電，可收集任意方向的微弱風能。
文檔編號F03D9/00GK102684553SQ20121018322
公開日2012年9月19日 申請日期2012年6月1日 優先權日2012年6月1日
發明者張克華, 曾平, 沈黃橋, 王淑云, 程光明, 闞君武 申請人:浙江師范大學