一种能量采集器

1.本实用新型涉及新能源技术领域，尤其是一种能量采集器。


背景技术：

2.如今，化石燃料消耗引起的能源安全和环境问题已引起全球对可持续和可再生能源的关注，为了利用新能源，人们开始开发探索环境中蕴藏的丰富的热能、太阳能、风能、振动能等，而其中风能具有巨大的潜力，其广泛存在于各种环境中，因此若能够基于风能进行能量收集，能够提高能源的利用率，因此需要设计一种能量采集器。


技术实现要素：

3.为解决上述技术问题，本实用新型的目的在于：提供一种能量采集器。
4.本实用新型所采取的技术方案是：
5.一种能量采集器，包括：
6.钝体；
7.压电悬臂梁，包括悬臂部以及压电贴片；所述悬臂部与所述钝体固定，所述压电贴片固定于所述悬臂部；
8.采集模块，与所述压电贴片电性连接。
9.进一步，所述压电贴片固定于所述悬臂部的外表面。
10.进一步，所述压电贴片通过铝合金、环氧树脂或者聚丙烯中的其中一种与所述悬臂部固定。
11.进一步，所述压电贴片包括基体以及电极，所述电极与所述基体固定，所述电极与所述采集模块电性连接。
12.进一步，所述采集模块包括导线以及采集单元，所述采集单元通过所述导线与所述电极电性连接。
13.进一步，所述采集单元包括传感器、能量储存器、数模转换器以及led中的至少一种。
14.进一步，所述导线与所述电极通过夹具固定。
15.进一步，所述钝体的形状为t型或者h型。
16.进一步，所述钝体包括连接部以及至少一头部，所述头部与所述连接部固定，所述头部的宽度大于所述连接部的宽度，所述连接部与所述悬臂部固定。
17.进一步，所述悬臂部与所述钝体通过粘合剂固定或者所述悬臂部的至少一部分嵌入所述钝体固定。
18.本实用新型的有益效果是：通过设置钝体、压电悬臂梁以及采集模块，压电悬臂梁包括悬臂部以及压电贴片，悬臂部与钝体固定，压电贴片固定于悬臂部，采集模块，与压电贴片电性连接；当风能作用于钝体，钝体由于空气动力而颤振，颤振转移到悬臂部上，使得与悬臂部固定的压电贴片产生应变，从而产生电能，实现基于风能转换为电能，而产生的电
能传输至与压电贴片电性连接的采集模块，由采集模块进行采集或利用，有利于提高能源的利用率。
附图说明
19.图1为本实用新型具体实施例的示意图；
20.图2(a)为本实用新型具体实施例钝体从气流中吸取能量的振动方向与气动方向同相位的示意图，图2(b)为本实用新型具体实施例钝体从气流中吸取能量的振动方向与气动方向异相位的示意图；
21.图3为本实用新型具体实施例压电悬臂梁的形变示意图。
具体实施方式
22.为了使本技术领域的人员更好地理解本技术方案，下面将结合本技术实施例中的附图，对本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技术一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本技术中的实施例，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，都应当属于本技术保护的范围。
23.本技术的说明书和权利要求书及所述附图中的术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区别不同对象，而不是用于描述特定顺序。此外，术语“包括”和“具有”以及它们任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。在本文中提及“实施例”意味着，结合实施例描述的特定特征、结构或特性可以包含在本技术的至少一个实施例中。在说明书中的各个位置出现该短语并不一定均是指相同的实施例，也不是与其它实施例互斥的独立的或备选的实施例。本领域技术人员显式地和隐式地理解的是，本文所描述的实施例可以与其它实施例相结合。
24.下面结合说明书附图和具体实施例对本实用新型作进一步解释和说明。
25.本实用新型实施例中，x方向前后方向，y方向为左右方向(宽度方向)，z方向为上下方向。
26.参照图1，本实用新型实施例提供了一种能量采集器，包括钝体1、压电悬臂梁以及采集模块(未图示)。
27.参照图1，本实用新型实施例中，压电悬臂梁包括悬臂部2以及压电贴片3，悬臂部2与钝体1固定，压电贴片3固定于悬臂部2。
28.可选地，压电贴片3通过铝合金、环氧树脂或者聚丙烯中的其中一种与悬臂部2固定。具体地，压电贴片3的宽度和长度小于悬臂部2，压电贴片3固定于悬臂部2的外表面。可选地，压电贴片3包括基体31以及电极32(可包括正极和负极)，电极32与基体固定，电极32与采集模块电性连接。可选地，压电贴片3可以通过宏纤维复合材料(mfc)制造，例如由压电纤维和嵌在环氧树脂聚酰亚胺等聚合物基体中的指间电极构成，压电贴片3在大变形情况下具有良好的灵活性，在电子器件中具有良好的可靠性。
29.可选地，悬臂部2与钝体1通过粘合剂固定或者悬臂部2的至少一部分嵌入钝体1固定，本实用新型实施例中，以将悬臂部2的至少一部分嵌入钝体1固定为例，具体地，将悬臂部2自上而下嵌入钝体1，增强颤振的传递效果，其他实施例中可以其他方向嵌入。
30.如图1所示，可选地，钝体1可根据需求选轻质且耐久材料构造，例如pe材料；钝体1
的形状为t型或者h型，本实用新型实施例中以t型为例进行说明，t型钝体具有阻尼和弹性刚度较小的特性，所以发生颤振的启动风速较小，适合风速较小的环境中。具体地，钝体1包括连接部11以及至少一头部12，头部12与连接部11固定，头部12的(左右方向)宽度大于连接部11的宽度，悬臂部2嵌入固定连接部11。需要说明的是，当钝体1的形状为h型时，即在t型钝体的基础上，增加一个头部且固定于连接部11的后方。
31.需要说明的是，如图2(a)和图2(b)所示，发生颤振时满足相应的条件：一定的相对气流速度以及结构上的瞬时气动力(例如基于风产生的)与弹性位移之间有位相差，因而使振动的结构有可能从气流中吸取能量而扩大振幅。图2(a)和图2(b)为弯扭颤振中t型(形)钝体吸取能量的示意图，以1/8振动周期为间隔描绘出t字钝体一个横截面(例如头部上的表面)在一个振动周期内的位移(包括弯曲位移和扭转位移)，并示意地表示出气动力在弯曲位移上作的功，其中扭转位移的位相就是气动力的位相。具体地，图2(a)表示弯曲位移(即挠度)和气动力同位相的情况，气动力在一个周期内对t型钝体作的正功和负功相互抵消；图2(b)则表示气动力落后于弯曲位移π/2的情况，由于气动力总作正功，t型钝体不断从气流中吸取能量。
32.本实用新型实施例中，采集模块包括导线d以及采集单元(未图示)，采集单元通过导线d与压电贴片3的电极32电性连接；其中，导线d与电极32通过夹具(未图示)固定，导线d采用防腐蚀防水构成。需要说明的是，采集单元包括传感器、能量储存器、数模转换器以及led中的至少一种，传感器包括但不限于加速度传感器、温/湿度传感器、气压传感器、电流传感器、电压传感器等等；而能量储存器包括但不限于电池、电容等等，与电极32连接的导线d可以通过数模转换器进入能量储存器，从而为传感器以及led供电，提高能源利用率。
33.下面对本实用新型实施例的具体工作过程进行说明：
34.如图1、图3所示，假设钝体1的左方有风吹向钝体1，此时风能作用于钝体1，钝体1由于空气动力而颤振(颤振是一种风致振动响应之一，颤振响应是一种典型的气动弹性失稳,当固有频率与气动力之间存在正反馈时，就会出现这种情况,由于振动引起的物体的运动随着动力载荷的增加而增加，进而推动钝体1进一步运动,如果空气动力激励在一个周期内输入的能量大于系统中阻尼耗散的能量，则振动幅值会增大产生自激振荡),颤振传递到悬臂部2上，使得与悬臂部2的上侧在左右方向振动(例如向左)，使得悬臂部2自左向后扭转，压电贴片3产生应变从而产生电能，并通过电极32、导线d传输至采集单元，实现基于风能转换为电能，并进行采集和利用，有利于提高能源的利用率。
35.以上是对本实用新型的较佳实施进行了具体说明，但本实用新型并不限于实施方式，熟悉本领域的技术人员在不违背本实用新型精神的前提下还可做作出种种的等同变形或替换，这些等同的变形或替换均包含在本技术权利要求所限定的范围内。