一種基于正壓電效應(yīng)的風(fēng)力發(fā)電裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于正壓電效應(yīng)的風(fēng)力發(fā)電裝置，由迎風(fēng)件、壓電發(fā)電部件和后續(xù)處理電路模塊組成，本發(fā)明將風(fēng)能利用與壓電發(fā)電相結(jié)合實(shí)現(xiàn)了風(fēng)力發(fā)電，本發(fā)明具有結(jié)構(gòu)簡單、安裝制造維修方便、成本低、風(fēng)能利用率高、啟動(dòng)風(fēng)速低等優(yōu)點(diǎn)。
【專利說明】—種基于正壓電效應(yīng)的風(fēng)力發(fā)電裝置【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本發(fā)明涉及一種發(fā)電裝置，特別涉及一種基于正壓電效應(yīng)的風(fēng)力發(fā)電裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]風(fēng)能具有清潔、廉價(jià)、可再生、儲(chǔ)量大等優(yōu)點(diǎn)，利用風(fēng)能進(jìn)行發(fā)電具有巨大的應(yīng)用價(jià)值和很好的發(fā)展前景。目前，風(fēng)力發(fā)電的主要方式是利用風(fēng)力發(fā)電機(jī)組進(jìn)行發(fā)電，風(fēng)力發(fā)電機(jī)組主要由葉輪、增速器、發(fā)電機(jī)等組成，其發(fā)電功率可達(dá)到幾百千瓦，發(fā)電能力很強(qiáng)。但是，風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的結(jié)構(gòu)龐大復(fù)雜，安裝維修困難，成本高，機(jī)組內(nèi)含有齒輪、軸承、傳動(dòng)軸等運(yùn)動(dòng)件，對(duì)這些運(yùn)動(dòng)件要求很高,而且維護(hù)與維修不方便。
[0003]壓電發(fā)電利用壓電材料變形后產(chǎn)生電能而實(shí)現(xiàn)發(fā)電的，其具有結(jié)構(gòu)簡單、實(shí)現(xiàn)方便、成本低等優(yōu)點(diǎn)。壓電材料是一種節(jié)能型環(huán)保材料，綠色安全，不會(huì)產(chǎn)生有毒有害的殘留物質(zhì)，符合可持續(xù)發(fā)展的要求。目前，壓電發(fā)電已經(jīng)有了實(shí)質(zhì)性的進(jìn)展。壓電發(fā)電地板、壓電發(fā)電公路、海浪壓電發(fā)電等已經(jīng)試驗(yàn)成功。但目前的壓電發(fā)電裝置主要利用的能源來自人力，環(huán)境中的機(jī)械能中的一小部分，能源來源有限。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的是為了解決現(xiàn)有風(fēng)力發(fā)電裝置結(jié)構(gòu)復(fù)雜、安裝維修困難、成本高的問題而提供一種基于正壓電效應(yīng)的風(fēng)力發(fā)電裝置。
[0005]本發(fā)明由迎風(fēng)件 、壓電發(fā)電部件和后續(xù)處理電路模塊組成，其中連接桿的一端與迎風(fēng)件相連接，另一端連接固定在球鉸接頭上端；壓電發(fā)電部件由施力螺栓、壓板、缸體、底座板、球鉸接頭、球頭上蓋、傳力塊、壓電疊堆組成，所述壓電疊堆是由數(shù)個(gè)相同的壓電片以機(jī)械上串聯(lián)且電學(xué)上混聯(lián)的連接方式連接而成；缸體上開設(shè)有數(shù)個(gè)均勻分布于同一圓周上的通孔，缸體通過下端面與底座板相連接，壓電疊堆裝入缸體內(nèi)的通孔，壓電疊堆下端面與底座板上的凸臺(tái)接觸，壓電疊堆的上方裝有傳力塊，傳力塊上開設(shè)有盲孔；球鉸接頭、缸體和球頭上蓋組成球鉸鏈；壓板連接固定于球鉸接頭上，壓板上開設(shè)有均勻分布于同一圓周上且與施力螺栓相應(yīng)的螺紋通孔，施力螺栓旋入壓板上的螺紋通孔，施力螺栓螺桿的光滑圓柱部分插入傳力塊的盲孔中，且施力螺栓的底部與傳力塊的盲孔底部接觸；后續(xù)處理電路模塊包括整流電路、濾波電路和穩(wěn)壓電路，每個(gè)壓電疊堆對(duì)應(yīng)連接一個(gè)后續(xù)處理電路模塊并且壓電疊堆的輸出端作為后續(xù)處理電路模塊的輸入端；所有后續(xù)處理電路模塊的輸出端并聯(lián)連接而作為整個(gè)發(fā)電裝置的電能輸出端。
[0006]所述的迎風(fēng)件是模仿樹冠結(jié)構(gòu)而制造的仿生樹冠。
[0007]所述的迎風(fēng)件的外形與結(jié)構(gòu)是軸對(duì)稱的。
[0008]本發(fā)明的工作過程及原理是:
[0009]本發(fā)明通過底座板連接固定于風(fēng)力場中，風(fēng)力依次經(jīng)過迎風(fēng)件、連接桿、球鉸接頭、壓板、施力螺栓和傳力塊傳遞給壓電疊堆，通過施力螺栓對(duì)壓電疊堆施加預(yù)壓力?’傳力塊與施力螺栓限制了壓板繞豎直軸的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，傳力塊使得壓電疊堆只受到軸向壓力；由于風(fēng)力場的參數(shù)時(shí)刻變化和迎風(fēng)件在風(fēng)力場中的耦合運(yùn)動(dòng)，作用在壓電疊堆上的軸向壓力的大小在不斷變化，壓電疊堆將不停地變形而連續(xù)輸出電能；通過后續(xù)處理電路模塊使壓電疊堆的最終輸出電壓基本處于穩(wěn)定值；后續(xù)處理電路模塊輸出端按照極性對(duì)應(yīng)相同并聯(lián)連接使得所有壓電疊堆產(chǎn)生的電能疊加起來而對(duì)外輸出。
[0010]本發(fā)明的有益效果:
[0011]1、本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡單、容易制造安裝與維修，成本低；
[0012]2、本發(fā)明中連接桿、球鉸接頭和壓板組成一個(gè)杠杠機(jī)構(gòu)，對(duì)風(fēng)力進(jìn)行了放大，增加了壓電疊堆的輸出電壓；
[0013]3、本發(fā)明中的迎風(fēng)件在風(fēng)力場中產(chǎn)生耦合運(yùn)動(dòng)，這是作用壓電疊堆上的軸向壓力大小不斷變化的重要因素，迎風(fēng)件使得裝置的風(fēng)能利用率高且啟動(dòng)風(fēng)速小；
[0014]4、本發(fā)明中的壓電疊堆電學(xué)上的混聯(lián)方式可以同時(shí)增大輸出電壓與電流的；壓電疊堆原理上只承受軸向壓力，使得壓電疊堆中的壓電片受力狀態(tài)相同，壓電疊堆中的每個(gè)壓電片輸出電壓與電流相同，壓電片串聯(lián)時(shí)的電荷疊加效果最好，壓電片并聯(lián)時(shí)電壓疊加效果最好；
[0015]5、本發(fā)明可以實(shí)現(xiàn)風(fēng)力發(fā)電，本發(fā)明可以用來對(duì)蓄電池進(jìn)行充電、并網(wǎng)、直接接負(fù)載等。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0016]圖1是本發(fā)明迎風(fēng)件的立體示意圖。
[0017]圖2是本發(fā)明壓電發(fā)電部件的立體示意圖。
[0018]圖3是本發(fā)明壓電發(fā)電部件的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0019]圖4是本發(fā)明的電路連接示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0020]請(qǐng)參閱圖1、圖2、圖3和圖4所示，本實(shí)施例是由迎風(fēng)件1、壓電發(fā)電部件和后續(xù)處理電路模塊11組成，其中迎風(fēng)件I是模仿松樹樹冠結(jié)構(gòu)人工制造而成的，外形為圓錐形，連接桿2為細(xì)長圓管，連接桿2的一端與迎風(fēng)件I相連接，另一端連接固定在球鉸接頭7上端；壓電發(fā)電部件由施力螺栓3、壓板4、缸體5、底座板6、球鉸接頭7、球頭上蓋8、傳力塊
9、壓電疊堆10組成，所述壓電疊堆10是由數(shù)個(gè)相同的壓電片以機(jī)械上串聯(lián)且電學(xué)上混聯(lián)的連接方式連接而成；缸體5上開設(shè)有八個(gè)均勻分布于同一圓周上的通孔，缸體5通過下端面與底座板6相連接，壓電疊堆10裝入缸體5內(nèi)的通孔，壓電疊堆10下端面與底座板6上的凸臺(tái)接觸，壓電疊堆10的上方裝有傳力塊9，傳力塊9上開設(shè)有盲孔12 ;球鉸接頭7、缸體5和球頭上蓋8組成球鉸鏈；壓板4連接固定于球鉸接頭7上，壓板4上開設(shè)有均勻分布于同一圓周上且與施力螺栓3相應(yīng)的螺紋通孔，施力螺栓3旋入壓板4上的螺紋通孔，施力螺栓3螺桿的光滑圓柱部分插入傳力塊9的盲孔12中，且施力螺栓3的底部與傳力塊9的盲孔12底部接觸；后續(xù)處理電路模塊11包括整流電路、濾波電路和穩(wěn)壓電路，每個(gè)壓電疊堆10對(duì)應(yīng)連接一個(gè)后續(xù)處理電路模塊11并且壓電疊堆10的輸出端作為后續(xù)處理電路模塊11的輸入端；所有后續(xù)處理電路模塊11的輸出端并聯(lián)連接而作為整個(gè)發(fā)電裝置的電能輸出端。[0021]本實(shí)施例的工作過程及原理是:
[0022]本實(shí)施例通過底座板6連接固定于風(fēng)力場中，風(fēng)力依次經(jīng)過迎風(fēng)件1、連接桿2、球鉸接頭7、壓板4、施力螺栓3和傳力塊9傳遞給壓電疊堆10，通過施力螺栓3對(duì)壓電疊堆10施加預(yù)壓力；傳力塊9與施力螺栓3限制了壓板4繞豎直軸的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，傳力塊9使得壓電疊堆10只受到軸向壓力；由于風(fēng)力場的參數(shù)時(shí)刻變化和迎風(fēng)件I在風(fēng)力場中的耦合運(yùn)動(dòng)，作用在壓電疊堆10上的軸向壓力的大小在不斷變化，壓電疊堆10將不停地變形而連續(xù)輸出電能；通過后續(xù)處理電路模塊11使壓電疊堆10的最終輸出電壓基本處于穩(wěn)定值；后續(xù)處理電路模塊11輸出端按照極性對(duì)應(yīng)相同并聯(lián)連接使得所有壓電疊堆10產(chǎn)生的電能疊加起來而對(duì)外輸出。
【權(quán)利要求】
1.一種基于正壓電效應(yīng)的風(fēng)力發(fā)電裝置，其特征在于:是由迎風(fēng)件(I)、壓電發(fā)電部件和后續(xù)處理電路模塊(11)組成，其中迎風(fēng)件(I)是模仿樹冠結(jié)構(gòu)而制造的仿生樹冠，連接桿(2)的一端與迎風(fēng)件(I)相連接，另一端連接固定在球鉸接頭(7)上端；壓電發(fā)電部件由施力螺栓(3)、壓板(4)、缸體(5)、底座板(6)、球鉸接頭(7)、球頭上蓋(8)、傳力塊(9)、壓電疊堆(10)組成，所述壓電疊堆(10)是由數(shù)個(gè)相同的壓電片以機(jī)械上串聯(lián)且電學(xué)上混聯(lián)的連接方式連接而成；缸體(5)上開設(shè)有數(shù)個(gè)均勻分布于同一圓周上的通孔，缸體(5)通過下端面與底座板(6)相連接，壓電疊堆(10)裝入缸體(5)內(nèi)的通孔，壓電疊堆(10)下端面與底座板(6)上的凸臺(tái)接觸，壓電疊堆(10)的上方裝有傳力塊(9)，傳力塊(9)上開設(shè)有盲孔(12);球鉸接頭(7)、缸體(5)和球頭上蓋(8)組成球鉸鏈；壓板(4)連接固定于球鉸接頭(7)上，壓板(4)上開設(shè)有均勻分布于同一圓周上且與施力螺栓(3)相應(yīng)的螺紋通孔，施力螺栓(3)旋入壓板(4)上的螺紋通孔，施力螺栓(3)螺桿的光滑圓柱部分插入傳力塊(9)的盲孔(12)中，且施力螺栓(3)的底部與傳力塊(9)的盲孔(12)底部接觸；后續(xù)處理電路模塊(11)包括整流電路、濾波電路和穩(wěn)壓電路，每個(gè)壓電疊堆(10 )對(duì)應(yīng)連接一個(gè)后續(xù)處理電路模塊(11)并且壓電疊堆(10)的輸出端作為后續(xù)處理電路模塊(11)的輸入端；所有后續(xù)處理電路模塊(11)的輸出端并聯(lián)連接而作為整個(gè)發(fā)電裝置的電能輸出端。
2.根據(jù)權(quán)利I所述的一種基于正壓電效應(yīng)的風(fēng)力發(fā)電裝置，其特征在于:所述的迎風(fēng)件(I)是仿生樹冠。
3.根據(jù)權(quán)利2所述的一種基于正壓電效應(yīng)的風(fēng)力發(fā)電裝置，其特征在于:迎風(fēng)件(I)的外形與結(jié)構(gòu)是軸對(duì)稱的。
【文檔編號(hào)】F03D9/00GK103758701SQ201410022516
【公開日】2014年4月30日 申請(qǐng)日期:2014年1月17日 優(yōu)先權(quán)日:2014年1月17日
【發(fā)明者】張富, 于躍, 張孟琦, 曲金星 申請(qǐng)人:吉林大學(xué)