CN101510740A - 利用风能驱动压电材料发电的系统 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种利用风能驱动压电材料发电的系统，包括风力旋转装置和箱体，箱体中容纳有变速装置、具有若干个凸轮的凸轮轴、若干排表面分布有压电材料的弹片、直流稳压器、防反充二极管、蓄电池、控制器和逆变器。该系统利用可再生、清洁无污染的风能带动风力旋转装置，再由风力旋转装置带动凸轮轴转动，凸轮轴带动弹片振动，从而驱动弹片上能量密度大、发电效率高的压电材料发电。因此，该发电系统提高了能源利用率，节约了能源，保护了大气环境。

Description

利用风能驱动压电材料发电的系统
技术领域
本发明涉及一种发电装置，尤其涉及一种利用风能驱动压电材料发电的系统。
背景技术
压电效应是100多年前居里兄弟研究石英时发现的，其原理是，如果对压电材料施加压力，它便会产生电位差，称之为正压电效应；反之施加电压，则产生机械应力，称为逆压电效应。在现实生活中，压电材料具有机械能与电能之间转换和逆转换的功能。压电材料发电具有持久、清洁、免维护的特点，其具有超高的能量密度，其峰值能量密度可达100-10000Kw/Kg，而传统的电磁感应发电机存在能量密度低、耗能大、能量转化效率低、可靠性不高、难于维护等缺点。
另外，随着非可再生能源的日趋减少，开发利用新能源已成为当今社会发展的必然选择，而目前还没有将自然能与压电材料发电相结合发电以提高能源利用率，节约能源，保护大气环境的技术方案。
发明内容
本发明提供了一种利用风能驱动压电材料发电的系统，其将风能与压电材料发电相结合进行发电，达到了提高能源利用率、节约能源和保护大气环境的目的。
为达到上述目的，本发明提供了一种利用风能驱动压电材料发电的系统，包括风力旋转装置和箱体，所述箱体中容纳有变速装置、具有若干个凸轮的凸轮轴、若干排表面分布有压电材料的弹片、直流稳压器、防反充二极管、蓄电池、控制器和逆变器，所述箱体的顶部开有一圆孔，所述风力旋转装置的传动轴穿过所述圆孔与所述变速装置的第一齿轮连接，所述变速装置的第二齿轮与所述凸轮轴的顶部连接，所述凸轮轴的底部固定于所述箱体的底部，每个所述弹片卡接于所述箱体的侧壁上，且其两两关于所述凸轮轴呈对称分布，在所述凸轮轴旋转时，所述凸轮轴上的各个凸轮与其对应的弹片交替接触，每个所述弹片上的压电材料由若干个压电片组成，每个所述压电片通过各自的第一导线与其对应的弹片上的第二导线对应连接，防反充二极管通过第三导线与其对应的弹片上的第二导线连接；
所述防反充二极管，用于将所述弹片上的压电材料产生的直流电传输至所述直流稳压器，并防止所述蓄电池反向向所述压电材料放电；
所述直流稳压器，用于将所述直流电进行稳压处理，输出稳定的直流电；
所述蓄电池，用于存储所述直流稳压器输出的直流电，并向所述直流稳压器和所述控制器供电；
所述控制器，用于检测流经所述防反充二极管的电流以及所述蓄电池的电量，并根据流经所述防反冲二极管的电流的大小来判断所述弹片的工作状态，当所述蓄电池的电量达到预先设定的阈值且有电流流经所述防反充二极管时，启动所述逆变器；
所述逆变器，用于在所述控制器的控制下将所述蓄电池存储的直流电变换成交流电输出。
本发明的利用风能驱动压电材料发电的系统，所述箱体通过隔板分为上箱体和下箱体，所述凸轮轴的底部通过轴承固定于所述上箱体的底部，所述变速装置、凸轮轴和弹片位于所述上箱体内，所述直流稳压器、所述防反充二极管、所述蓄电池、所述控制器和所述逆变器安装于所述下箱体内。
本发明的利用风能驱动压电材料发电的系统，所述变速装置为增速器。
本发明的利用风能驱动压电材料发电的系统，所述上箱体的内壁设有隔音层。
本发明的利用风能驱动压电材料发电的系统，所述风力旋转装置为风力叶片、旋转机、涡扇之一。
本发明的利用风能驱动压电材料发电的系统，所述压电片由压电陶瓷、压电铁电性材料、压电聚合物、压电复合材料之一或其组合制成。
本发明的发电系统利用可再生、清洁无污染的风能带动风力旋转装置，再由风力旋转装置带动凸轮轴转动，凸轮轴带动弹片振动，从而驱动弹片上能量密度大、发电效率高的压电材料发电。因此，该发电系统提高了能源利用率，节约了能源，保护了大气环境。
附图说明
图1为本发明的利用风能驱动压电材料发电的系统的结构剖视图；
图2为图1的A-A剖视图；
图3为图1的B处放大图；
图4本发明的利用风能驱动压电材料发电的系统的凸轮轴的结构图；
图5为本发明的利用风能驱动压电材料发电的系统的另一种凸轮轴的结构图；
图6为本发明的利用风能驱动压电材料发电的系统的另一种凸轮轴的结构图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的利用风能驱动压电材料发电的系统的具体实施方式进行详细描述：
参考图1和图2，本发明的利用风能驱动压电材料发电的系统，包括风力旋转装置1、一变速装置2、具有十一个凸轮31的凸轮轴3、十一排每排有六个表面分布有压电材料的弹片4和一箱体5。其中，箱体5通过隔板17分为上箱体51和下箱体52两个箱体，变速装置2、凸轮轴3和弹片4均位于上箱体51内部，上箱体51的顶部开有一圆孔，风力旋转装置1的传动轴13穿过该圆孔与变速装置2的第一齿轮14连接；变速装置2安装于上箱体51内顶部，变速装置2的第二齿轮15与凸轮轴3的上部连接，凸轮轴3的下部与安装于上箱体51底部的轴承6连接，每个弹片4卡接于上箱体51的侧壁上，且其两两关于凸轮轴3呈对称分布，在凸轮轴3旋转时，凸轮轴3上的各个凸轮31与其对应的弹片4交替接触。
参考图1，上述利用风能驱动压电材料发电的系统，还包括直流稳压器8、防反充二极管7、蓄电池9、控制器10和逆变器11，且均安置于下箱体52内。其中，防反充二极管7，用于将弹片4上的压电材料产生的直流电传输至直流稳压器，并防止蓄电池9反向向压电材料放电；直流稳压器8，用于将直流电进行稳压处理，输出稳定的直流电；蓄电池9，用于存储直流稳压器8输出的直流电，并向直流稳压器8和控制器10供电；控制器10，用于检测流经防反充二极管7的电流以及蓄电池9的电量，并根据流经防反冲二极管7的电流的大小来判断弹片4的工作状态，当蓄电池9的电量达到预先设定的阈值且有电流流经防反充二极管7时，启动逆变器11；逆变器11，用于在控制器10的控制下将蓄电池9存储的直流电变换成交流电输出。此外，为减小凸轮轴3与弹片4接触时对外界造成的噪声干扰，在上箱体51的内壁上设有隔音层12。
参考图1和图3，每个弹片4上的压电材料由若干个压电片41组成，每个压电片41通过各自的第一导线42与其对应的弹片4上的第二导线43对应连接，各个防反充二极管7通过各自的第三导线16与其对应的弹片4上的第二导线43连接。在本实施例中，每列弹片4对应一个防反充二极管，因此六列弹片4应有六个防反充二极管7，图1中只标出其中的两个，其他未示出。
本领域技术人员可以理解，本发明的利用风能驱动压电材料发电的系统，其中，弹片的排数，每排中弹片的个数可以根据具体情况进行调整。同样，风力旋转装置可根据实际使用环境进行选择如风力叶片或旋转机或涡扇等；变速装置可以为增速器；压电片可由压电陶瓷、压电铁电性材料、压电聚合物、压电复合材料之一或其组合制成；本发明的利用风能驱动压电材料发电的系统的凸轮轴可以按照如图1、图2和图4中的凸轮轴3所示方案实施，也可以替换成如图5中的凸轮轴3a或图6中的凸轮轴3b等。
在有风时，风力带动风力旋转装置1旋转将风能转变成动能，该动能通过传动轴13传递给变速装置2，变速装置2将该动能进行速度变换后输出以满足压电片41发电所需的振动频率要求，并将其传递给凸轮轴3，凸轮轴3开始旋转，迫使凸轮轴3上的各个凸轮31交替与其对应的弹片4接触，从而带动弹片4振动，进而带动弹片4上的压电片41振动并使其产生机械形变而发电，压电片41发出的直流电依次通过第一导线42、第二导线43和第三导线16送至防反充二极管7，防反充二极管7将直流电送至直流稳压器8进行稳压处理，直流稳压器8处理后输出稳定的直流电，蓄电池9将这些稳定的直流电存储，与此同时，控制器10检测流经防反充二极管7的电流以及蓄电池9的电量，当蓄电池9的电量达到预先设定的阈值且有电流流经防反充二极管7时，启动逆变器11，否则，继续检测。逆变器11在控制器10的控制下将蓄电池9存储的直流电变换成交流电输出以供给负载或并入交流电网。
本发明的发电系统利用可再生、清洁无污染的风能带动风力旋转装置，再由风力旋转装置带动凸轮轴转动，凸轮轴带动弹片振动，从而驱动弹片上能量密度大、发电效率高的压电材料发电。因此，该发电系统提高了能源利用率，节约了能源，保护了大气环境。
以上的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通工程技术人员对本发明的技术方案作出的各种变形和改进，均应落入本发明的权利要求书确定的保护范围内。

Claims (6)

1、一种利用风能驱动压电材料发电的系统，其特征在于，包括风力旋转装置(1)和箱体(5)，所述箱体(5)中容纳有变速装置(2)、具有若干个凸轮(31)的凸轮轴(3)、若干排表面分布有压电材料的弹片(4)、直流稳压器(8)、防反充二极管(7)、蓄电池(9)、控制器(10)和逆变器(11)，所述箱体(5)的顶部开有一圆孔，所述风力旋转装置(1)的传动轴(13)穿过所述圆孔与所述变速装置(2)的第一齿轮(14)连接，所述变速装置(2)的第二齿轮(15)与所述凸轮轴(3)的顶部连接，所述凸轮轴(3)的底部安装于所述箱体(5)的底部，每个所述弹片(4)卡接于所述箱体(5)的侧壁上，且其两两关于所述凸轮轴(3)呈对称分布，在所述凸轮轴(3)旋转时，所述凸轮轴(3)上的各个凸轮(31)与其对应的弹片(4)交替接触，每个所述弹片(4)上的压电材料由若干个压电片(41)组成，每个所述压电片(41)通过各自的第一导线(42)与其对应的弹片(4)上的第二导线(43)对应连接，防反充二极管(7)通过第三导线(16)与其对应的弹片(4)上的第二导线(43)连接；
所述防反充二极管(7)，用于将所述弹片(4)上的压电材料产生的直流电传输至所述直流稳压器(8)，并防止所述蓄电池(9)反向向所述压电材料放电；
所述直流稳压器(8)，用于将所述直流电进行稳压处理，输出稳定的直流电；
所述蓄电池(9)，用于存储所述直流稳压器(8)输出的直流电，并向所述直流稳压器(8)和所述控制器(10)供电；
所述控制器(10)，用于检测流经所述防反充二极管(7)的电流以及所述蓄电池(9)的电量，并根据流经所述防反冲二极管(7)的电流的大小来判断所述弹片(4)的工作状态，当所述蓄电池(9)的电量达到预先设定的阈值且有电流流经所述防反充二极管(7)时，启动所述逆变器(11)；
所述逆变器(11)，用于在所述控制器(10)的控制下将所述蓄电池(9)存储的直流电变换成交流电输出。
2、根据权利要求1所述的利用风能驱动压电材料发电的系统，其特征在于，所述箱体(5)通过隔板(17)分为上箱体(51)和下箱体(52)，所述凸轮轴(3)的底部通过轴承(6)固定于所述上箱体(51)的底部，所述变速装置(2)、凸轮轴(3)和弹片(4)位于所述上箱体(51)内，所述直流稳压器(8)、所述防反充二极管(7)、所述蓄电池(9)、所述控制器(10)和所述逆变器(11)安装于所述下箱体(52)内。
3、根据权利要求1或2所述的利用风能驱动压电材料发电的系统，其特征在于，所述变速装置(2)为增速器。
4、根据权利要求3所述的利用风能驱动压电材料发电的系统，其特征在于，所述上箱体(51)的内壁设有隔音层(12)。
5、根据权利要求4所述的利用风能驱动压电材料发电的系统，其特征在于，所述风力旋转装置(1)为风力叶片、旋转机、涡扇之一。
6、根据权利要求1所述的利用风能驱动压电材料发电的系统，其特征在于，所述压电片由压电陶瓷、压电铁电性材料、压电聚合物、压电复合材料之一或其组合制成。
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