CN102900621A

CN102900621A - 压电电磁并列式风力发电装置

Info

Publication number: CN102900621A
Application number: CN2012103789763A
Authority: CN
Inventors: 刘灿昌; 陈同同; 刘灿德; 许英姿; 钱亚男; 李阳; 杜玉飞
Original assignee: Shandong University of Technology
Current assignee: Shandong University of Technology
Priority date: 2012-10-09
Filing date: 2012-10-09
Publication date: 2013-01-30

Abstract

本发明属于风力发电领域，公开了一种压电电磁并列式风力发电装置，其特征在于：风向仪用于检测风向，并自动调整装置方向，使风能收集器对准风向；风能收集器安装在风口，呈双曲面，用于收集风能；集约通道与风能收集器相连，使风力更加均匀、集中；脉动开关用于检测风速，根据风速大小来控制通风量，产生与压电载体固有频率相接近或相等的周期性变化的风载荷；电磁发电机与脉动开关相连；压电发电模块包括压电载体和压电片组成；整流电路采用桥式整流电路，将压电发电模块产生的交流电转换成直流电，同时，通过电流叠加技术对多个压电片产生的电流进行叠加，使其产生更大的电流，输送给用电或储能设备。

Description

压电电磁并列式风力发电装置

技术领域

本发明涉及风力发电领域，特别是一种压电电磁并列式风力发电装置。

背景技术

风能作为一种清洁的可再生能源，其蕴量巨大。我国的风力资源极为丰富，绝大多数地区的平均风速都在3米/秒以上，特别是东北、西北、西南高原和沿海岛屿，平均风速更大；有的地方，一年三分之一以上的时间都是大风天。在这些地区，发展风力发电是很有前途的。

新能源的利用，最重要的一点就是能源的转化效率。我们在利用风力发电时，需要尽可能提高风电的转化效率。目前的电磁式风力发电技术已趋于成熟，其转化效率在短时间内很难有大幅度的提升。随着压电陶瓷技术的发展，越来越多的人开始研究能量回收系统。有人发明了压电式的风力发电装置，如中国专利200920111349.7和201120014730.9，是利用压电材料的压电效应来发电的，压电式风力发电装置产生的电流较小，可以应用到微电子领域。

考虑到在电磁式风力发电过程中，风吹过发电装置后还有很大一部分余能，导致风能的利用率较低。于是我们提出利用电磁式风力发电余能进行压电式风力发电的构想，发明了一种新的风力发电装置。

发明内容

本发明的目的在于解决上述问题，提供一种风电转化效率较高的压电电磁并列式风力发电装置。是通过以下技术方案实现的：

一种压电电磁并列式风力发电装置，包括风向仪、风能收集器、集约通道、脉动开关、压电发电机、电磁发电机、整流电路和用电或储能设备，其特征在于：所述风向仪用于检测风向，并自动调整装置方向，使风能收集器对准风向；所述风能收集器呈双曲面，用于收集风能；所述集约通道与风能收集器相连，可以使风力更加均匀、集中；所述脉动开关用于检测风速，根据风速大小来控制通风量，同时可以产生与压电载体固有频率相接近或相等的周期性变化的脉动风载荷；所述电磁发电机与脉动开关共轴相连，由励磁效应产生电能；所述压电发电机由压电载体和压电片组成，风吹向发电装置，通过脉动开关，引起压电载体的风致共振，风致共振引起压电片载体大幅度稳定的弯曲振动，使压电片产生形变，从而产生电压和电流；所述整流电路采用桥式整流电路，将压电发电机产生的交流电转换成直流电，同时，通过电流叠加技术对多个压电片产生的电流进行叠加，使其产生更大的电流，输送给用电或储能设备。

本发明比较现有技术的优点：

1、本发明将电磁式和压电式风力发电装置相结合，可以充分利用风能，提高风能转化率；

2、本发明设计有离心式脉动开关，通过控制通风量，能自动反馈调节转速，维持与压电载体一阶固有频率相近或相等的转动频率，产生与压电载体固有频率相接近或相等的周期性变化的脉动风载荷，且能防止因风速过大而造成的破坏；

3、本发明可以为各个领域供电，应用范围广，既可以为大功率用电设备供电，又可以为微电子电路供电；

4、本发明采用双曲面收集风能,一方面可以减少在收集过程中的能量损耗，另一方面可以使装置在微风环境下发电，集约通道使风力均匀、集中。

附图说明

图1是本发明所述的一种压电电磁并列式风力发电装置的结构示意图。

图2是本发明所述的脉动开关的正面示意图。

图3是本发明所述的脉动开关的左侧示意图。

具体实施方式

下面结合实施例附图对本发明做进一步说明。

如图1所示，1—风向仪；2—风能收集器；3—集约通道；4—脉动开关；5—压电发电机；6—整流电路；7—用电或储能设备；8—压电片；9—压电载体；10—电磁发电机。

本发明所述的一种压电电磁并列式风力发电装置，包括风向仪1、风能收集器2、集约通道3、脉动开关4、压电发电机5、整流电路6、用电或储能设备7和电磁发电机10。所述风向仪1用于检测风向，并自动调整装置方向，使风能收集器2对准风向；所述风能收集器2呈双曲面，用于收集风能；所述集约通道3与风能收集器2相连，可以使风力更加均匀、集中；所述脉动开关4用于检测风速，根据风速大小来控制通风量，同时可以产生与压电载体9固有频率相接近或相等的周期性变化的脉动风载荷；所述电磁发电机10与脉动开关4共轴相连，由励磁效应产生电能；所述压电发电机5由压电载体9和压电片8组成，风吹向发电装置，通过脉动开关4，引起压电载体9的风致共振，风致共振引起压电片载体9大幅度稳定的弯曲振动，使压电片8产生形变，从而产生电压和电流；所述整流电路6采用桥式整流电路，将压电发电机产生的交流电转换成直流电，同时，通过电流叠加技术对多个压电片产生的电流进行叠加，使其产生更大的电流，输送给用电或储能设备7。

如图2、3所示，1—支撑架；2—旋转架；3—轴承滑块；4—竖轴；5—叶片；6—电磁发电机；7—连杆；8—控制门。

所述脉动开关由支撑架1、旋转架2、轴承滑块3、竖轴4、叶片5、连杆7和控制门8组成。叶片5、旋转架2在竖轴4上，竖轴4通过支撑架1固定，轴承滑块3可以在竖轴4上滑动，连杆7与轴承滑块3相连，控制门8与连杆7相连，通过连杆7的控制可以沿轨道上下滑动，从而控制通风量。风吹动叶片转动，然后带动叶片5、竖轴4和旋转架2一起转动。风速不定时，旋转架2的转速也随之变动，于是轴承滑块3便沿竖轴4上下滑动。轴承滑块3的移动会使连杆7起作用，带动控制门8上下移动，从而控制通风量。当风速变小时，旋转架2转速变慢，轴承滑块3向下滑动，由连杆7的作用使得控制门8上移，通风量增大，旋转架转速增大；当风速变大时，旋转架2转速变快，轴承滑块3向上移动，由连杆7的作用使得控制门8下移，通风量减小，防止压电载体振幅过大破坏压电材料。

压电材料的压电效应的原理是，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）。

本发明在正是利用了电磁感应原理和压电材料的正压电效应原理。风带动电磁发电机转动后，会产生与压电载体固有频率相接近或相等的周期性变化的脉动风载荷，使压电载体产生共振，从而使压电结构变形而产生电位差。

自然风吹向发电装置，风向仪检测风向并使风能收集器迎风面对准风向，风能收集器对风能进行收集，风进入风能集约通道，集约通道使风力更加均匀、集中，风吹动脉动开关上的叶片转动，脉动开关根据风速大小控制通风量，带动电磁发电机转动，产生电能，同时产生与压电载体固有频率相接近或相等的周期性变化的脉动风载荷，脉动风载荷吹向压电发电机，引起压电载体的风致共振，风致共振使压电片产生周期性的弯曲变形，产生电能。通过外接电路，对所产生的电流进行整流、放大，传入用电或储能设备。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换以及改进，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种压电电磁并列式风力发电装置，包括风向仪、风能收集器、集约通道、脉动开关、压电发电机、电磁发电机、整流电路和用电或储能设备，其特征在于：所述风向仪用于检测风向，并自动调整装置方向，使风能收集器对准风向；所述风能收集器呈双曲面，用于收集风能；所述集约通道与风能收集器相连，可以使风力更加均匀、集中；所述脉动开关用于检测风速，根据风速大小来控制通风量，同时可以产生与压电载体固有频率相接近或相等的周期性变化的脉动风载荷；所述电磁发电机与脉动开关共轴相连，由励磁效应产生电能；所述压电发电机由压电载体和压电片组成，风吹向发电装置，通过脉动开关，引起压电载体的风致共振，风致共振引起压电片载体大幅度稳定的弯曲振动，使压电片产生形变，从而产生电压和电流；所述整流电路采用桥式整流电路，将压电发电机产生的交流电转换成直流电，同时，通过电流叠加技术对多个压电片产生的电流进行叠加，输送给用电或储能设备。

2.根据权利要求1所述的一种压电电磁并列式风力发电装置，其特征在于：所述脉动开关由支撑架、旋转架、轴承滑块、竖轴、叶片、连杆和控制门组成，叶片、旋转架在竖轴上，竖轴通过支撑架固定，轴承滑块可以在竖轴上滑动，连杆与轴承滑块相连，控制门与连杆相连，通过连杆的控制可以沿轨道上下滑动，从而控制通风量。