CN107956646A - 一种应用于高压电网中的压电风能采集装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种应用于高压电网中的压电风能采集装置，属于风能采集技术领域。基座设有主轴和门型连接件，轴承的外圈与转盘中心的通孔边缘过盈配合固定，内圈与主轴的上部过盈配合，垂直于转盘的盘面上表面均布三个瓦形叶片，L型托架的顶部垂直于转盘的盘面边缘下表面固定，三个L型托架呈120°均布，L型托架的直角内侧设有第一磁铁；主轴的中部设有圆环形连接体，圆柱形光杆的一端与圆环形连接体圆周径向固定，另一端通过限位块与L型托架的水平端固定，上部设有第二磁铁的滑块与圆柱形光杆间隙配合，弹簧一端与圆环形连接体连接，一端与滑块连接，与光杆同轴设置，柔性压电材料一端与圆环形连接体固定，另一端与滑块内侧固定。
Description
技术领域
本发明属于风能采集技术领域。
背景技术
在智能电网建设中，大量的无线传感器被用于电网检测中。目前利用电网电能为传感器供电难以实现，电网中的无线传感器依托于电子电池进行供电，存在需要人工更换电池、废弃电池量大、处理难等问题。采集环境能量实现传感器的自供电是此类问题的有效解决方案。风能作为一种清洁的、可再生的能源，广泛存在于自然界的每一处，有着巨大的潜在能量。利用风能的压电式能量采集器具有结构简单、体积小、输出能量密度大、易于集成和无电磁干扰等优点，因此基于压电的风能采集器能较好地将风能转换为电能，可解决高压电网中无线传感网络节点供能的问题，推动智能电网建设。
据检索，目前已有相关风能收集装置的技术出现，例如中国专利申请号201010516391.X 公开的“一种利用风能的压电能量收集方法及装置”，采用风能驱动叶片，叶片上的永久磁铁产生对悬臂梁上的固定磁铁的斥力，从而使悬臂梁振动，产生电能，该装置机械结构相对复杂，成本较高。又如中国专利申请号201610386604.3公开的“基于柔性聚合物压电材料的风能采集器”，叶片转动带动转盘，转盘转动会周期性地敲打柔性压电聚合物悬臂梁，压电薄膜在敲打和恢复变形的振动中产生电能，该装置的柔性压电材料的形变量达不到最大化，发电效率较低，且此类装置的适用范围小，仅仅适用于来风方向为叶片正前方的风能采集，推广应用价值较低。
鉴于上述状况，有必要研发一种结构简单、可靠高效、利于推广的新型压电风能采集装置，为电网中无线传感器进行供电。
发明内容
本发明的目的是提供一种应用于高压电网中的压电风能采集装置，它能够有效地实现对电网高空中风能的采集，可用于为高压电网中的无线传感器供电。
本发明达到其目的是通过以下技术方案来实现的：一种应用于高压电网中的压电风能采集装置，包括转盘、主轴和基座，门型连接件中部水平面设有基座和整流储能设备，基座中部设有竖直的主轴；主轴的中部设有圆环形连接体，圆柱形光杆的一端与圆环形连接体圆周径向固定，另一端设有限位块；上部设有第二磁铁的滑块与圆柱形光杆间隙配合，与光杆同轴设置的弹簧一端与圆环形连接体连接，一端与滑块连接；柔性压电材料一端与圆环形连接体固定，另一端与滑块固定；主轴的顶部设有转盘，转盘的中心设有通孔，轴承的外圈与转盘中心的通孔边缘过盈配合，内圈与主轴过盈配合；转盘的上表面均布三个瓦形叶片，垂直设置，L型托架的竖臂顶部与转盘的下表面边缘固定，横臂朝内设置，L型托架的直角内侧设有第一磁铁，三个L型托架呈120°均布。
所述主轴为阶梯轴。
所述第一磁铁与第二磁铁的相切面磁极相同。
所述门型连接件开有通孔，通过螺栓与铁塔顶部横担固定连接。
所述柔性压电材料形变所产生的电能，通过导线传输至门型连接件上方的整流储能设备。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1.装置的使用寿命长。对比现有的利用柔性压电材料进行风能采集技术，本发明仅仅作用于柔性压电材料的两端，未直接作用于压电材料的面部，有效延长了压电材料的使用寿命。
2.能量采集效率高。装置运行时，任意来风方向的风都能使转盘与叶片旋转，通过合理的设计光杆长度，在磁铁和弹簧的双重作用下，滑块在光杆上往复运动，与滑块连接的柔性压电材料连续地形变与恢复，相比现有固定安装压电材料或利用机械结构增大压电材料的弯曲，拥有更大的形变量及更大的形变频率。
附图说明
图1为本发明的初始状态结构示意图。
图2为本发明的压缩状态结构示意图。
图3为本发明的局部放大视图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。
本发明达到其目的是通过以下技术方案来实现的：一种应用于高压电网中的压电风能采集装置，包括转盘2、主轴5和基座14，基座14上设有整流储能设备13，基座14中心设有直立的主轴5，基座14下方设有门型连接件15，转盘2的中心设有通孔，轴承的外圈与转盘2中心的通孔边缘过盈配合固定，内圈与主轴5的上部过盈配合，垂直于转盘2的盘面上表面均布三个瓦形叶片1，L型托架3的顶部垂直于转盘2的盘面边缘下表面固定，三个L型托架3呈120°均布，L型托架3的直角内侧设有第一磁铁4；主轴5的中部设有圆环形连接体6，圆柱形光杆7的一端与圆环形连接体6圆周径向固定，另一端设有限位块8，上部设有第二磁铁10的滑块9与圆柱形光杆7间隙配合，与光杆7同轴设置的弹簧11一端与圆环形连接体6连接，一端与滑块9连接，柔性压电材料12一端与圆环形连接体6固定，另一端与滑块9固定。
所述主轴5为阶梯轴。
所述第一磁铁4与第二磁铁10的相切面磁极相同。
所述门型连接件15开有通孔，通过螺栓与铁塔顶部的横担固定连接。
所述柔性压电材料12形变所产生的电能，通过导线传输至门型连接件15上方的整流储能设备13。
本发明的工作过程和工作原理：
利用门型连接件15与螺栓将该装置固定安装在高压电网的铁塔顶部横担上，使主轴5与地面保持竖直。在任意来风方向下，转盘2与叶片1旋转，带动转盘2盘面下表面的L型托架3转动至接近光杆7时，L型托架3上固定的第一磁铁4与滑块9上固定的第二磁铁10随着相对距离的缩短，磁铁间排斥力增强，转盘2与叶片1继续旋转，L型托架3继续接近光杆7端部，排斥力继续增大，滑块9在排斥力作用下克服弹簧11弹力与摩擦阻力朝向主轴5 的方向在光杆7上作轴向滑动，与滑块9连接的柔性压电材料12两端部距离减小，发生形变；当L型托架3转动过光杆7端部，L型托架3上固定的第一磁铁4与滑块上固定的第二磁铁 10随着相对距离的增大，磁铁间排斥力减小，滑块9在弹簧11弹力作用下克服摩擦阻力向限位块8轴向滑动，与滑块9连接的柔性压电材料12两端部距离增大，形变恢复。叶片1持续旋转，柔性压电材料12的形变量持续地进行高频变化，基于压电效应从而产生电能。柔性压电材料12形变所产生的电能，通过导线传输至门型连接件15上方的整流储能设备13。该装置拥有结构简单、发电效率高，使用寿命长等优点，可以为高压电网中无线传感器供电难问题提供解决方案。
Claims (4)
1.一种应用于高压电网中的压电风能采集装置，包括转盘(2)、主轴(5)和基座(14)，其特征在于：门型连接件(15)中部水平面设有基座(14)和整流储能设备(13)，基座(14)中部设有竖直的主轴(5)；主轴(5)的中部设有圆环形连接体(6)，圆柱形光杆(7)的一端与圆环形连接体(6)圆周径向固定，另一端设有限位块(8)，上部设有第二磁铁(10)的滑块(9)与圆柱形光杆(7)间隙配合，与光杆(7)同轴设置的弹簧(11)一端与圆环形连接体(6)连接，一端与滑块(9)连接，柔性压电材料(12)一端与圆环形连接体(6)固定，另一端与滑块(9)固定；主轴(5)的顶部设有转盘(2)，转盘(2)的中心设有通孔，轴承的外圈与转盘(2)中心的通孔边缘过盈配合，内圈与主轴(5)过盈配合；转盘(2)的上表面均布三个瓦形叶片(1)，垂直设置，L型托架(3)的竖臂顶部与转盘(2)的下表面边缘固定，横臂朝内设置，L型托架(3)的直角内侧设有第一磁铁(4)，三个L型托架(3)呈120°均布。
2.根据权利要求1所述一种应用于高压电网中的压电风能采集装置，其特征在于：所述主轴(5)为阶梯轴。
3.根据权利要求1所述一种应用于高压电网中的压电风能采集装置，其特征在于：所述第一磁铁(4)与第二磁铁(10)的相切面磁极相同。
4.根据权利要求1所述一种应用于高压电网中的压电风能采集装置，其特征在于：门型连接件(15)开有通孔，通过螺栓与铁塔顶部横担固定连接。
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