一種葉片式復合風動能量收集器的制造方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及能量收集轉(zhuǎn)換設備領域，具體涉及一種葉片式復合風動能量收集器。
【背景技術】
[0002]目前，無線傳感器網(wǎng)絡正廣泛應用于環(huán)境監(jiān)測、智能家居、交通運輸、醫(yī)療健康等領域，但是無線傳感節(jié)點的供電問題卻成為制約其發(fā)展的關鍵因素。傳統(tǒng)的電池供電方式存在著體積大，壽命短，更換難等問題，特別是在偏遠的無人區(qū)。收集環(huán)境中的能量給無線傳感節(jié)點供電是一種取代電池的有效方式。
[0003]風能作為一種無污染和可再生的清潔能源有著巨大的發(fā)展?jié)摿Γ貏e是對沿海島嶼，交通不便的邊遠山區(qū)，地廣人稀的草原牧場，以及遠離電網(wǎng)和近期內(nèi)電網(wǎng)還難以達到的農(nóng)村、邊疆，作為解決生產(chǎn)和生活能源的一種可靠途徑，有著十分重要的意義。即使在發(fā)達國家，風能作為一種高效清潔的新能源也日益受到重視。收集風能給在戶外工作的無線傳感網(wǎng)絡、無線傳感節(jié)點、嵌入式低功耗電子器件供電有著廣闊的前景，正受到越來越廣泛的研究，各種結(jié)構(gòu)的風動能量收集器層出不窮。其中最常見的結(jié)構(gòu)有風車結(jié)構(gòu)、共振腔結(jié)構(gòu)和懸臂梁結(jié)構(gòu)。目前，能夠取得高輸出的風動能量收集器往往體積大、結(jié)構(gòu)復雜?，F(xiàn)有的懸臂梁結(jié)構(gòu)風動能量采集器雖然結(jié)構(gòu)簡單，體積小，但其工作頻率高，振幅小，導致電壓輸出低，難以取得理想的功率輸出。
[0004]鑒于以上問題，有必要提出一種能夠在低風速的情況下，實現(xiàn)風能向電能高效轉(zhuǎn)化，具有高振幅、高輸出的特點的風動能量收集器，以解決上述問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005 ]有鑒于此，本發(fā)明提供一種高振幅、高輸出的葉片式復合風動能量收集器。
[0006]為達到上述目的，本發(fā)明采用的技術方案是:
[0007]—種葉片式復合風動能量收集器，其特征在于:包括壓電式能量采集模塊和摩擦式能量采集模塊；
[0008]所述壓電式能量采集模塊包括葉片和柔性壓電懸梁臂;所述葉片與柔性壓電懸梁臂的自由端連接，葉片可帶動柔性壓電懸梁臂在框架內(nèi)發(fā)生周期性振動；
[0009]所述摩擦式能量采集模塊包括粘貼于柔性壓電懸梁臂表面的運動摩擦層和粘貼于框架內(nèi)表面的固定摩擦層;所述運動摩擦層與固定摩擦層可在框架內(nèi)發(fā)生周期性相對接觸與分尚；
[0010]所述框架通過墊片與柔性壓電懸梁臂在其末端進行固定;所述框架與固定摩擦層之間還粘貼有電極層。
[0011 ]所述葉片與柔性壓電懸梁臂的自由端通過合頁平行連接。
[0012]所述運動摩擦層為金屬摩擦層，對稱粘貼于柔性壓電懸梁臂的上下表面。
[0013]所述固定摩擦層為聚二甲基硅氧烷摩擦層，具有多個金字塔微結(jié)構(gòu)摩擦單元。
[0014]所述葉片的形狀可為正方形、長方形、圓形、菱形。
[0015]所述框架為阻流體結(jié)構(gòu)。
[0016]所述框架的形狀為雙弧形或梭形。
[0017]與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明針對懸臂梁結(jié)構(gòu)風動能量收集器低振幅、低輸出的問題，設計了一種葉片式復合風動能量收集器。該收集器能夠在低風速下，實現(xiàn)風能向電能的高效轉(zhuǎn)化。摩擦和壓電兩種能量收集方式同時工作提高了該收集器的能量輸出密度。懸臂梁末端的葉片設計能夠更好的響應風流體的擾動，提高了壓電懸臂梁的振幅和壓電電壓輸出。同時，雙弧形(梭形)阻流的結(jié)構(gòu)設計能夠增大摩擦材料間的接觸面積，提高摩擦電壓輸出。
【附圖說明】
[0018]為了更清楚地說明本發(fā)明實施例或現(xiàn)有技術中的技術方案，下面將對實施例或現(xiàn)有技術描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實施例，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。
[0019]圖1為本發(fā)明提供的葉片式復合風動能量收集器結(jié)構(gòu)示意圖；
[0020]圖2為本發(fā)明提供的葉片式復合風動能量收集器工作原理圖；
[0021]圖3為本發(fā)明提供的葉片式復合風動能量收集器中摩擦式能量采集模塊電荷轉(zhuǎn)移圖；
[0022]圖4為本發(fā)明提供的葉片式復合風動能量收集器的輸出特性測試圖表。
[0023]附圖中涉及的附圖標記和組成部分說明:
[0024]1、框架;2、墊片；3、柔性壓電懸梁臂;4、電極層;5、固定摩擦層;6、運動摩擦層;7、葉片;8、游禍。
【具體實施方式】
[0025]現(xiàn)有技術中風動能量收集器能夠取得高輸出的往往體積大、結(jié)構(gòu)復雜?，F(xiàn)有的懸臂梁結(jié)構(gòu)風動能量采集器雖然結(jié)構(gòu)簡單，體積小，但其工作頻率高，振幅小，導致電壓輸出低，難以取得理想的功率輸出。
[0026]針對現(xiàn)有技術的不足，本發(fā)明提供了能夠在低風速的情況下，實現(xiàn)風能向電能高效轉(zhuǎn)化，具有高振幅、高輸出的特點的風動能量收集器。一種葉片式復合風動能量收集器，具有兩種電壓輸出方式相互配合，壓電式和摩擦式，包括壓電式能量采集模塊和摩擦式能量采集模塊。
[0027]壓電式能量采集模塊中包括葉片和柔性壓電懸梁臂，葉片與柔性壓電懸梁臂的自由端連接，葉片可帶動柔性壓電懸梁臂在框架內(nèi)發(fā)生周期性振動。
[0028]摩擦式能量采集模塊包括粘貼于柔性壓電懸梁臂表面的運動摩擦層和粘貼于框架內(nèi)表面的固定摩擦層，運動摩擦層與固定摩擦層可在框架內(nèi)發(fā)生周期性相對接觸與分離。
[0029]框架通過墊片與柔性壓電懸梁臂在其末端進行固定，框架與固定摩擦層之間還粘貼有電極層。
[0030]其中，葉片與柔性壓電懸梁臂的自由端通過合頁平行連接。
[0031]作為優(yōu)選的，運動摩擦層為金屬摩擦層，對稱粘貼于柔性壓電懸梁臂的上下表面，固定摩擦層為聚二甲基硅氧烷摩擦層，具有多個金字塔微結(jié)構(gòu)摩擦單元。
[0032]葉片的形狀可為正方形、長方形、圓形、菱形，形狀可多樣，并不限定于該四種形狀之一的任意一種。框架為阻流體結(jié)構(gòu)，可為雙弧形或者梭形，形狀也可多樣，并不限定該兩種形狀之一的任意一種。
[0033]下面將通過【具體實施方式】對本發(fā)明的技術方案進行清楚、完整地描述。顯然，所描述的實施例僅僅是本發(fā)明一部分實施例，而不是全部的實施例?；诒景l(fā)明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有作出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發(fā)明保護的范圍。
[0034]參見圖1所示:葉片式復合風動能量收集器，包括壓電式能量采集模塊和摩擦式能量采集模塊