CN108199620B - 一种基于多层悬臂梁的风力压电发电装置 - Google Patents
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Abstract
一种基于多层悬臂梁的风力压电发电装置，属于风力发电技术领域，包括发电装置支架，以及由风车支架、风车、风车轴、主动杆、从动杆和滑块构成的曲柄滑块机构；滑块滑动设置在发电装置支架中，滑块与滑块之间设有支座轴，支座轴上设有压电发电装置，压电发电装置由三层压电组件构成，每层压电组件均由悬臂梁支座、悬臂梁、配重环、弹簧、压电片和U型配重块构成；每层悬臂梁沿悬臂梁支座为中心成环形分布，悬臂梁外端通过弹簧与配重环相连，每层悬臂梁与配重环的尺寸均不相同，同时配重环上安装有U型配重块，压电装置再通过曲柄滑块机构转换风能，本发明使得整个压电发电装置可以更好的适应环境中的振动频率，从而提高机械振动能量回收的有效性。
Description
技术领域
本发明属于风力发电技术领域，涉及一种风力压电发电装置，特别是涉及一种基于多层悬臂梁的风力压电发电装置。
背景技术
目前的风力发电装置存在造价高，效率低，同时由于自然风的间歇性，使得风力发电受地域和气候的限制较为明显。压电发电是利用压电陶瓷的正压电效应来实现机械能向电能的转换，压电发电装置通过压电材料将环境中振动的能量收集起来，并将其转换成可以替代电池为微电子产品供电的电能，压电发电装置具有结构简单、无需外部供电、寿命几乎无限、易于实现机构的微小化和集成化等优点。但压电发电装置的发电能力受环境振动的影响较大，对于振幅较大且振动频率与发电装置固有频率接近的振源才可以实现较好的发电性能，否则发电功率很差。
悬臂梁作为压电式能量回收装置的关键结构，其作用是为了产生机械振动，设于悬臂梁上的压电片能将悬臂梁的细微振动所产生形变的机械能转换成电能。目前，多层压电发电悬臂梁组件多只有一个固有频率，只有当环境中的振动频率接近其固有频率时，才能充分吸收环境中的能量，而当环境中的振动频率偏离其固有频率时，无法有效地吸收环境中的振动能量，能量利用效率低，适应环境能力差。
发明内容
本发明针对目前多层悬臂梁振动频率单一，不能有效地吸收环境中的振动能量，能量利用效率低，适应环境能力差等不足，提出一种基于多层悬臂梁的风力压电发电装置，通过采用多共振频率压电发电结构，可解决传统风力发电装置结构复杂以及造价昂贵等不足，可解决多层悬臂梁振动频率单一的问题，亦可更为有效地吸收环境中的振动能量，进一步提高能量利用的效率。
本发明的技术方案是：一种基于多层悬臂梁的风力压电发电装置，包括发电装置支架，以及由风车支架、风车、风车轴、主动杆、从动杆和滑块构成的曲柄滑块机构；其特征在于：所述滑块滑动设置在所述发电装置支架中，所述滑块与滑块之间设有支座轴，所述支座轴上设有压电发电装置，所述压电发电装置由三层压电组件构成，每层所述压电组件均由悬臂梁支座、悬臂梁、配重环、弹簧、压电片和U型配重块构成；所述悬臂梁等角度辐射设置在所述悬臂梁支座的外圆周上，所述配重环设置在所述悬臂梁的外端，所述悬臂梁通过弹簧与配重环相连接，所述U型配重块固定设置在所述配重环上，所述压电片固定设置在所述悬臂梁的中间位置，每一所述压电组件表面上的压电片以悬臂梁的横向中心线为轴线对称成对设置，每对压电片的极化方向相反设置，每个所述压电片的电极面通过导线连接于能量转换和储存电路，风能经所述曲柄滑块机构输入后通过滑块带动压电发电装置实现往复直线运动。
所述压电发电装置中各层的配重环尺寸从曲柄滑块机构端向另一端逐层递减。
所述压电发电装置中各层的悬臂梁等间距平行排列，每层悬臂梁的数量为10根，每根悬臂梁上压电片的数量为1片。
所述压电片通过导电胶层固定连接在悬臂梁表面上。
所述悬臂梁的外端通过弹簧与配重环相连，通过弹簧提高往复运动时配重对悬臂梁振幅的影响，每层配重环上插接设有用来调节各层悬臂梁固有频率的可拆卸U型配重块。
本发明的有益效果为：本发明提出的一种基于多层悬臂梁的风力压电发电装置，结构新颖，工作原理清晰，通过多组、多共振频率以及多层压电发电结构，解决了传统风力发电装置结构复杂以及造价昂贵的缺点，解决了多层悬臂梁振动频率单一的问题，更加有效地吸收了环境中的振动能量，进一步提高了能量利用的效率。
附图说明
图1 是本发明整体结构示意图。
图2 是本发明主视结构示意图。
图3 是本发明中每层压电组件的结构示意图。
图中：发电装置支架1、支座轴2、滑块3、风车4、主动杆5、从动杆6、风车支架7、风车轴8、U型配重块9、压电片10、悬臂梁支座11、配重环12、弹簧13、悬臂梁14。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步说明：
如图1-3所示，一种基于多层悬臂梁的风力压电发电装置，包括发电装置支架1，以及由风车支架7、风车4、风车轴8、主动杆5、从动杆6和滑块3构成的曲柄滑块机构；滑块3滑动设置在发电装置支架1中，滑块3与滑块3之间设有支座轴2，支座轴2上设有压电发电装置，压电发电装置由三层压电组件构成，每层压电组件均由悬臂梁支座11、悬臂梁14、配重环12、弹簧13、压电片10和U型配重块9构成；悬臂梁14等角度辐射设置在悬臂梁支座11的外圆周上，配重环12设置在悬臂梁14的外端，悬臂梁14通过弹簧13与配重环12相连接，U型配重块9固定设置在配重环12上，压电片10固定设置在悬臂梁14的中间位置，每一压电组件表面上的压电片10以悬臂梁14的横向中心线为轴线对称成对设置，每对压电片10的极化方向相反设置，每个压电片10的电极面通过导线连接于能量转换和储存电路，风能经曲柄滑块机构输入后通过滑块3带动压电发电装置实现往复直线运动。
如图1-3所示，一种基于多层悬臂梁的风力压电发电装置，压电发电装置中各层的配重环12尺寸从曲柄滑块机构端向另一端逐层递减；压电发电装置中各层的悬臂梁14等间距平行排列，每层悬臂梁14的数量为10根，每根悬臂梁14上压电片10的数量为1片；压电片10通过导电胶层固定连接在悬臂梁14表面上；悬臂梁14的外端通过弹簧13与配重环12相连，通过弹簧13提高往复运动时配重对悬臂梁振幅的影响，每层配重环12上插接设有用来调节各层悬臂梁固有频率的可拆卸U型配重块9。
如图1-3所示，一种基于多层悬臂梁的风力压电发电装置，当风车转动时，带动曲柄滑块机构运动，曲柄滑块机构包括风车、风车轴、风车支架、主动杆和从动杆，风能通过曲柄滑块机构输入后，通过压电装置支架上的滑块来实现压电装置的往复运动，每个压电片的电极面通过导线连接于能量转换和储存电路来收集能量。本发明结构新颖，工作原理清晰，通过多组、多共振频率以及多层压电发电结构，解决了传统风力发电装置结构复杂以及造价昂贵的缺点，解决了多层悬臂梁振动频率单一的问题，更加有效地吸收了环境中的振动能量，进一步提高了能量利用的效率。
Claims (3)
1.一种基于多层悬臂梁的风力压电发电装置，包括发电装置支架(1)，以及由风车支架(7)、风车(4)、风车轴(8)、主动杆(5)、从动杆(6)和滑块(3)构成的曲柄滑块机构；其特征在于：所述滑块(3)滑动设置在所述发电装置支架(1)中，所述滑块(3)与滑块(3)之间设有支座轴(2)，所述支座轴(2)上设有压电发电装置，所述压电发电装置由三层压电组件构成，每层所述压电组件均由悬臂梁支座(11)、悬臂梁(14)、配重环(12)、弹簧(13)、压电片(10)和U型配重块(9)构成；所述悬臂梁(14)等角度辐射设置在所述悬臂梁支座(11)的外圆周上，所述配重环(12)设置在所述悬臂梁(14)的外端，各层的配重环(12)尺寸从曲柄滑块机构端向另一端逐层递减，所述悬臂梁(14)通过弹簧(13)与配重环(12)相连接，压电发电装置中各层的悬臂梁(14)等间距平行排列，所述悬臂梁(14)的外端通过弹簧(13)与配重环(12)相连，通过弹簧(13)提高往复运动时配重对悬臂梁振幅的影响，每层配重环(12)上插接设有用来调节各层悬臂梁固有频率的可拆卸U型配重块(9)，所述压电片(10)固定设置在所述悬臂梁(14)的中间位置，每一所述压电组件表面上的压电片(10)以悬臂梁(14)的横向中心线为轴线对称成对设置，每对压电片(10)的极化方向相反设置，每个所述压电片(10)的电极面通过导线连接于能量转换和储存电路，风能经所述曲柄滑块机构输入后通过滑块(3)带动压电发电装置实现往复直线运动。
2.根据权利要求1所述的一种基于多层悬臂梁的风力压电发电装置，其特征在于：所述每层悬臂梁(14)的数量为10根，每根悬臂梁(14)上压电片(10)的数量为1片。
3.根据权利要求1所述的一种基于多层悬臂梁的风力压电发电装置，其特征在于：所述压电片(10)通过导电胶层固定连接在悬臂梁(14)表面上。
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