CN110685862B - 一种山间悬壁式风能和雨水发电装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种山间悬壁式风能和雨水发电装置，属于小型发电设备领域。该发电装置包括带出水孔的蓄水槽、左右支撑板、固定板、PVDF压电片发电装置、线圈切割磁感线发电装置。蓄水槽收集悬壁流出的水，雨水通过出水孔落在PVDF压电片上使其振动并产生电能。当从出水孔流出的水流速度较大时，水作用在PVDF压电片上产生较大的力矩带动风车转子转动，线圈切割风车转子内部磁铁形成的磁场进行发电，同时PVDF压电片由于水的冲击而振动也产生电能。山谷间存在较多的风能，在风速较小，风作用PVDF压电片进行发电；风速较大时，风作用PVDF压电片同时带动风车转子，PVDF压电片振动和线圈切割磁感线发电。

Description

一种山间悬壁式风能和雨水发电装置
技术领域
本发明涉及小型发电设备技术领域。
背景技术
随着能源资源不断减少，可再生能源的回收和利用越来越受到关注。目前从大自然中回收可再生能源较多的是太阳能和风能，例如太阳能板和风力发电装置。在山间峡谷沿壁处，由于地势较高，存在较多的风能，山体自身能蓄水，能存储较为丰富的雨水，目前由于山间景区旅游业的大力发展，大多数为是人工山体栈道，在栈道的沿壁处，有着丰富的风能和雨水能量，如果不对其进行利用，会造成大量的浪费。
如果使用传统的雨水收集装置，其装置比较复杂，例如专利：一种新型的雨水发电装置(授权公告号：CN110030137A)，其装置较为复杂。该装置由蓄水部，管道装置，叶轮部及发电机组成，叶轮部位需要较大的雨水才能使其转动，且只能利用雨水进行发电，能量获取渠道较为单一。由于山间特殊的地理环境，供电系统不能很好地普及，而山间时常需要使用较多的微型用电设备，因此，基于上述情况，很有必要利用山间特殊的地理环境设计一种发电装置用于实现山间低功耗设备的供电需求，为了收集更多的能量，该发电装置可进行多个单元装置的串联。
发明内容
本发明目的是提供一种山间悬壁式风能和雨水发电装置，它能有效地解决小水量长流水状态下发电的技术问题。
本发明的目的是通过以下技术方案来实现，一种山间悬壁式风能和雨水发电装置，包括支撑架和发电装置，所述支撑架为半封闭板式结构，支撑架的左支撑板和右支撑板均为过正方形板材中心十字线截除四分之一板材的一级台阶结构，后侧通过上下布置的两根连接杆的两端固定，顶部设有水平的固定板，前部通过螺栓与竖立的支撑板固定，固定板上设有底板前部带出水孔的蓄水槽；在左、右支撑板的外侧设有以截除四分之一板材的直角处为轴心的轴套座，左支撑板的轴套座与左套筒的外径固定，左套筒的内径与导电滑环的外径间隙配合；右支撑板的轴套座与悬臂设置的空心轴的外径固定，空心轴的内部设有线圈；风车转子左侧设有与空心轴间隙配合的左圆孔挡板，右侧设有与空心轴固定的右圆孔挡板；风车转子的外径顺轴向均布夹槽，夹槽内设有压电片夹持装置，PVDF压电片的下半截位于压电片夹持装置内部，风车转子的轴孔与外径之间均布四个通槽，长方形磁铁置于该通槽中；导电滑环右侧导线通过右套筒右端面圆孔与PVDF压电片正负极导线相连，导电滑环左侧两根导线相互之间串联，构成PVDF压电片的串联开路，串联开路的一端与线圈的一端导线相连构成整个串联电路与桥式整流电路相连。
所述空心轴的右边端面封闭。
所述压电片夹持装置径向布置在风车转子的外径。
所述线圈的正负极两根导线从空心轴的右端引出。
所述PVDF压电片的正负极两根导线由压电片夹持装置内部左下方引出，其与导电滑环的右侧导线相连。
所述PVDF压电片有八个，分别与八个压电片夹持装置一一对应，长方形磁铁有四个，分别与风车转子内部的四个通槽一一对应，且和通槽的底部固定。
空心轴和风车转子的材质为高强度的绝缘材料。
进一步地，所述风能和雨水发电装置固定在山间悬壁栈道处。
本发明具有以下优点：
1、该发电装置在悬壁处，当沿壁水流速度较小时，出水孔流出的水滴直接打落在PVDF压电片上进行发电，风车转子转动角度不大时，主要由PVDF压电片进行发电。当水流速度较大时，水从出水孔流出和PVDF压电片作用，PVDF压电片产生较大的力矩使转子风车转动，由压电片和切割磁感线的线圈共同发电。
2、该发电装置在微风时，微风和PVDF压电片作用使得压电片产生振动从而进行发电，强风时，强风与PVDF压电片作用并带动风车转子转动，PVDF压电片和线圈共同发电。
3、该装置通过多个相同的PVDF发电单元，可以产生相对周期性相对稳定的电能。
附图说明
图1为发电装置整体装置图
图2为发电装置俯视图
图3为发电装置左视图
图4为发电装置局部装置示意图
图5为发电装置中间部分装置示意图
图6为发电装置内部装置示意图
图7为发电装置转子部分装置示意图
图8为风车转子和线圈发电装置右视图
具体实施方式
下面结合附图和具体实施对本发明做进一步详细说明。
一种山间悬壁式风能和雨水发电装置，包括支撑架和发电装置，所述支撑架为半封闭板式结构，支撑架的左支撑板4和右支撑板15均为过正方形板材中心十字线截除四分之一板材的一级台阶结构，后侧通过上下布置的两根连接杆8的两端固定，顶部设有水平的固定板3，前部通过螺栓与竖立的支撑板16固定，固定板3上设有底板前部带出水孔2的蓄水槽1；在左、右支撑板的外侧设有以截除四分之一板材的直角处为轴心的轴套座18，左支撑板4的轴套座18与左套筒6的外径固定，左套筒6的内径与导电滑环7的外径间隙配合；右支撑板15的轴套座18与悬臂设置的空心轴12的外径固定，空心轴12内部设有线圈5；风车转子14左侧设有与空心轴12间隙配合的左圆孔挡板9，右侧设有与空心轴12固定的右圆孔挡板13；风车转子14的外径顺轴向均布夹槽，夹槽内设有压电片夹持装置11，PVDF压电片10下半截位于压电片夹持装置11内部，风车转子14的轴孔与外径之间均布四个通槽，长方形磁铁17置于该通槽中；导电滑环7右侧导线通过右套筒6右端面圆孔与PVDF压电片正负极导线相连，导电滑环7左侧两根导线相互之间串联，构成PVDF压电片10的串联开路，串联开路的一端与线圈5的一端导线相连构成整个串联电路与桥式整流电路相连。
所述空心轴12的右边端面封闭。
所述压电片夹持装置11径向布置在风车转子14的外径。
所述线圈5的正负极两根导线从空心轴12的右端引出。
所述PVDF压电片10的正负极两根导线由压电片夹持装置11内部左下方引出，其与导电滑环7的右侧导线相连。
所述PVDF压电片10有八个，分别与八个压电片夹持装置11一一对应，长方形磁铁17有四个，分别与风车转子14内部的四个通槽一一对应，且和通槽的底部固定。
空心轴12和风车转子14的材质为高强度的绝缘材料。
线圈5两端导线通过空心轴12的右侧引出，并与PVDF压电片10开路电路串联，最终的效果是线圈5与八个PVDF压电片10形成的电路进行串联，形成整个发电系统，然后将整合发电系统和桥式整流滤波电路相连，然后将所得到的电能存储到超级电容器实现微型电子设备供电。
雨水发电原理：从山间栈道悬壁处流出的水被蓄水槽1收集，水流速度较小时，通过出水孔2落在PVDF压电片10的前端，当其产生的力矩不足以带动风车转子14转动时，主要通过PVDF压电片10振动进行发电；水流速度比较大时，从出水孔2流出的水能打击在PVDF压电片10上，其产生的力矩带动风车转子14转动，固定在右套筒12内部的线圈5通过切割磁感线产生电能，这样PVDF压电片10和线圈5同时发电。
风能发电原理：微风时，风正面作用于PVDF压电片10，使其振动发电，由于微风作用力不大，线圈5切割磁感线不太明显，以PVDF压电片10发电为主；强风时，风作用于PVDF压电片10使其振动，同时其产生的力矩带动风车转子14转动，线圈5切割磁感线发电，PVDF压电片10振动发电，二者共同发电。
本发明提供了一种山间悬壁式风能和雨水发电装置，通过利用压电材料PVDF压电片和线圈切割磁感线二者结合的方式尽可能收集能量，该装置固定于山间栈道悬壁处，对沿壁流水进行收集并用于发电，另外山间悬壁处由于地势较高，有较多的风能，也可对风能进行收集并产生电能，本发明产生的电能为山间低功耗设备供电。

Claims (7)

1.一种山间悬壁式风能和雨水发电装置，包括支撑架和发电装置，其特征在于：所述支撑架为半封闭板式结构，支撑架的左支撑板（4）和右支撑板（15）均为过正方形板材中心十字线截除四分之一板材的一级台阶结构，后侧通过上下布置的两根连接杆（8）的两端固定，顶部设有水平的固定板（3），前部通过螺栓与竖立的支撑板（16）固定，固定板（3）上设有底板前部带出水孔（2）的蓄水槽（1）；在左、右支撑板的外侧设有以截除四分之一板材的直角处为轴心的轴套座（18），左支撑板（4）的轴套座（18）与左套筒（6）的外径固定，左套筒（6）的内径与导电滑环（7）的外径间隙配合；右支撑板（15）的轴套座（18）与悬臂设置的空心轴（12）的外径固定，空心轴（12）内部设有线圈（5）；风车转子（14）左侧设有与空心轴（12）间隙配合的左圆孔挡板（9），右侧设有与空心轴（12）固定的右圆孔挡板（13）；风车转子（14）的外径顺轴向均布夹槽，夹槽内设有压电片夹持装置（11），PVDF 压电片（10）下半截位于压电片夹持装置（11）内部，风车转子（14）的轴孔与外径之间均布四个通槽，长方形磁铁（17）置于该通槽中；导电滑环（7）右侧导线通过左套筒（6）右端面圆孔与PVDF 压电片正负极导线相连，导电滑环（7）左侧两根导线相互之间串联，构成PVDF 压电片（10）的串联开路，串联开路的一端与线圈（5）的一端导线相连构成整个串联电路与桥式整流电路相连；
所述发电装置在悬壁处，当沿壁水流速度较小时，出水孔流出的水滴直接打落在PVDF压电片上进行发电，风车转子转动角度不大时，主要由PVDF 压电片进行发电；当水流速度较大时，水从出水孔流出和PVDF 压电片作用，PVDF 压电片产生较大的力矩使转子风车转动，由压电片和切割磁感线的线圈共同发电；
所述发电装置在微风时，微风和PVDF 压电片作用使得压电片产生振动从而进行发电；强风时，强风与PVDF 压电片作用并带动风车转子转动，PVDF 压电片和线圈共同发电。
2.根据权利要求1 所述一种山间悬壁式风能和雨水发电装置，其特征在于：所述空心轴（12）的右边端面封闭。
3.根据权利要求1 所述一种山间悬壁式风能和雨水发电装置，其特征在于：所述压电片夹持装置（11）径向布置在风车转子（14）的外径。
4.根据权利要求1 所述一种山间悬壁式风能和雨水发电装置，其特征在于：所述线圈（5）的正负极两根导线从空心轴（12）的右端引出。
5.根据权利要求1 所述一种山间悬壁式风能和雨水发电装置，其特征在于：所述PVDF压电片（10）的正负极两根导线由压电片夹持装置（11）内部左下方引出，其与导电滑环（7）的右侧导线相连。
6.根据权利要求1 所述一种山间悬壁式风能和雨水发电装置，其特征在于：所述PVDF压电片（10）有八个，分别与八个压电片夹持装置（11）一一对应，长方形磁铁（17）有四个，分别与风车转子（14）内部的四个通槽一一对应，且和通槽的底部固定。
7.根据权利要求1 所述一种山间悬壁式风能和雨水发电装置，其特征在于：空心轴（12）和风车转子（14）的材质为高强度的绝缘材料。
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