CN111648917B - 一种利用压电效应击打式风力发电装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种利用压电效应击打式风力发电装置，包括，承载组件，包括支撑板以及设置于所述支撑板上的防护壳；发电组件，嵌入设置于所述支撑板和防护壳构成的容置空间内；以及，迎风组件，与所述发电组件的基座连接；所述基座的支撑柱穿过所述防护壳的上板与所述迎风组件的基板连接；所述上板上开设的穿孔直径大于所述支撑柱的直径；其中，所述防护壳还包括侧板，所述侧板位于所述上板和支撑板之间；本发明的压电陶瓷块固定在支撑板上，不易脱落，稳定可靠；同时十字型迎风板增加了迎风的效果。
Description
技术领域
本发明涉及的压电效应发电技术领域，尤其涉及一种利用压电效应击打式 风力发电装置。
背景技术
作为清洁能源，风能是解决当今环境问题的一种可靠选择。目前对风能的 利用基本局限在通过使用叶轮风机发电的范围内。其原理一般为：风的动能转 化为风机叶片旋转的机械能，叶轮的机械能再通过变速装置及发电机转化为电 能。风机发出的电能再经过直交流转换变压后并入电网或储存；使用风机可以 对风能进行较好的利用，但其缺点是只有当风速大于风机的启动风速，风机才 能转动并发电，同时风机的造价高，回收成本周期长；因此在一些风力强度较 小、风能总量可观的场所，风机难以利用这部分风能。
压电效应最早于1880年由法国物理学家P·居里和J·居里发现；如果没 有外力作用，压电材料内部正、负两种电荷对称分布分离开，整体上晶体呈现 电中性，而当晶体在机械应力作用下，对称性被打乱，内部将产生电极化状态 的变化，同时在它的某些表面上出现异号极化电荷，这种没有电场作用，只是 由于应变或者应力作用而在晶体表面产生电荷的现象，称为压电效应。
在对建筑外墙风能的利用上有人设计一种建筑外墙压电式风力发电系统(CN103762895A)，通过布置在建筑外墙的发电单元，使风能带动相互交叉的 压电发电片发生形变从而产生电能；该发明可以对建筑外墙的风能进行较为有 效的利用，同时该发明不足的是发电片本身作为活动支撑部件容易脱落，且对 垂直于墙面处的风能利用较差。
发明内容
本部分的目的在于概述本发明的实施例的一些方面以及简要介绍一些较 佳实施例。在本部分以及本申请的说明书摘要和发明名称中可能会做些简化或 省略以避免使本部分、说明书摘要和发明名称的目的模糊，而这种简化或省略 不能用于限制本发明的范围。
鉴于上述现有利用压电效应击打式风力发电装置存在发电片本容易脱落， 且对垂直于墙面处的风能利用较差的问题，提出了本发明。
因此，本发明目的是提供一种利用压电效应击打式风力发电装置。
为解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：一种利用压电效应击打 式风力发电装置，包括，
承载组件，包括支撑板以及设置于所述支撑板上的防护壳；
发电组件，嵌入设置于所述支撑板和防护壳构成的容置空间内；以及，
迎风组件，与所述发电组件的基座连接。
作为本发明所述利用压电效应击打式风力发电装置的一种优选方案，其 中：所述基座的支撑柱穿过所述防护壳的上板与所述迎风组件的基板连接。
作为本发明所述利用压电效应击打式风力发电装置的一种优选方案，其 中：所述上板上开设的穿孔直径大于所述支撑柱的直径；
其中，所述防护壳还包括侧板，所述侧板位于所述上板和支撑板之间。
作为本发明所述利用压电效应击打式风力发电装置的一种优选方案，其 中：所述发电组件的柔性衔接件两端分别与所述支撑板和远离所述支撑柱一侧 的基座连接。
作为本发明所述利用压电效应击打式风力发电装置的一种优选方案，其 中：所述柔性衔接件为弹簧或橡胶制成的柔性体。
作为本发明所述利用压电效应击打式风力发电装置的一种优选方案，其 中：所述发电组件还包括撞电件，所述撞电件的撞针与压电陶瓷块配合；
其中，所述撞针设置于所述基座的端角上；
其中，所述压电陶瓷块设置于所述支撑板上且位于柔性衔接件外围。
作为本发明所述利用压电效应击打式风力发电装置的一种优选方案，其 中：所述撞针与所述压电陶瓷块之间设置有缝隙。
作为本发明所述利用压电效应击打式风力发电装置的一种优选方案，其 中：所述基座共设置有四个端角，四个所述端角均匀分布在所述基座四周；
其中，所述压电陶瓷块的个数与所述端角的个数相同。
作为本发明所述利用压电效应击打式风力发电装置的一种优选方案，其 中：所述迎风组件还包括挡板，所述挡板设置于所述基板上。
作为本发明所述利用压电效应击打式风力发电装置的一种优选方案，其 中：所述挡板为十字型结构。
本发明的有益效果：本发明的压电陶瓷块固定在支撑板上，不易脱落，稳 定可靠；同时十字型迎风板增加了迎风的效果，来自高楼、高架、桥梁等部分 外表面任意方向的微小风能均可以被该装置收集，无污染。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需 要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的 一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下， 还可以根据这些附图获得其它的附图。其中：
图1为本发明利用压电效应击打式风力发电装置的整体结构示意图。
图2为本发明利用压电效应击打式风力发电装置所述的局部结构示意图。
图3为本发明利用压电效应击打式风力发电装置所述的爆炸结构示意图。
图4为本发明利用压电效应击打式风力发电装置的安装墙结构示意图。
图5为本发明利用压电效应击打式风力发电装置的安装墙结构示意图。
图6为本发明利用压电效应击打式风力发电装置的测试实验示意图。
具体实施方式
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合说明书 附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。
在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是本发明 还可以采用其他不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不 违背本发明内涵的情况下做类似推广，因此本发明不受下面公开的具体实施例 的限制。
其次，此处所称的“一个实施例”或“实施例”是指可包含于本发明至少 一个实现方式中的特定特征、结构或特性。在本说明书中不同地方出现的“在 一个实施例中”并非均指同一个实施例，也不是单独的或选择性的与其他实施 例互相排斥的实施例。
再其次，本发明结合示意图进行详细描述，在详述本发明实施例时，为便 于说明，表示器件结构的剖面图会不依一般比例作局部放大，而且所述示意图 只是示例，其在此不应限制本发明保护的范围。此外，在实际制作中应包含长 度、宽度及深度的三维空间尺寸。
实施例1
参照图1和2，提供了一种利用压电效应击打式风力发电装置的整体结构示 意图，如图1，一种利用压电效应击打式风力发电装置包括承载组件100，包括 支撑板101以及设置于支撑板101上的防护壳102；发电组件200，嵌入设置于 支撑板101和防护壳102构成的容置空间N1内；以及，迎风组件300，与发电 组件200的基座201连接。
具体的，本发明主体结构包括承载组件100、发电组件200和迎风组件300， 通过设置的承载组件100、发电组件200和迎风组件300之间相互配合，实现了 使压电陶瓷块不易脱落，稳定可靠，同时有效增加了迎风效果，大大提高了发 电效率；其中，承载组件100，起到防护与安装发电组件200和迎风组件300的 作用，其包括支撑板101以及设置于支撑板101上的防护壳102，两者可通过螺 栓或卡扣连接；发电组件200，采用撞击方式实现发电，同时其安装方式能够使 压电陶瓷块不易脱落，其嵌入设置于支撑板101和防护壳102构成的容置空间 N1内，使用时，发电组件200与外置；迎风组件300，为风力发电提供了条件， 其与发电组件200的基座201连接。
进一步的，防护壳102包括上板102a和侧板102b，侧板102b共设置有四个， 四个侧板102b均位于上板102a和支撑板101之间，较好的，侧板102b与上板 102a为一体式结构，上板102a和侧板102b均采用塑料或铝合金材料制成。
如图3所示，需说明，基座201的支撑柱201a穿过防护壳102的上板102a 与迎风组件300的基板301连接；其中，上板102a上开设的穿孔102a直径大于 支撑柱201a的直径，需强调的是，基座201可采用塑料或绝缘铝合金材料制成。
实施例2
参照图3，该实施例不同于第一个实施例的是：发电组件200还包括柔性衔 接件202和撞电件203，通过设置的基座201、柔性衔接件202和撞电件203之 间相互配合，实现了撞击方式发电的过程。具体的，发电组件200的柔性衔接件 202两端分别通过卡扣与支撑板101和远离支撑柱201a一侧的基座201连接；需 说明的是，柔性衔接件202为弹簧或橡胶制成的柔性体。
进一步的，发电组件200还包括撞电件203，撞电件203的撞针203a与压电 陶瓷块203b配合；需说明的是，撞针203a一端通过夹持或强力胶固定于基座 201的端角201b上；压电陶瓷块203b固定设置于支撑板101上且位于柔性衔接 件202外围，压电陶瓷块203b与撞针203a配合发电时，不会发生移动，如此实 现了压电陶瓷块203b使用不脱离的情况发生，保证了压电陶瓷块203b的使用寿 命。
需说明，未受风时，其撞针203a另一端与压电陶瓷块203b之间设置有缝隙L，需强调，缝隙L范围为0.5～1cm。
优选的，基座201共设置有四个端角201b，四个端角201b均匀分布在基座 201四周；其中，压电陶瓷块203b的个数与端角201b的个数相同，四个端角201b 分别于四个压电陶瓷块203b配合，能够有效提高发电效率。
其余结构与实施例1相同。
实施例3
参照图2，该实施例不同于以上实施例的是：迎风组件300还包括挡板302， 通过设置的挡板302和基板301之间相互配合，能迎接不同方位的风，从而保证 发电的效率。具体的，迎风组件300还包括挡板302，挡板302设置于基板301 上；需强调的是，挡板302为十字型结构，迎风组件300采用泡沫或塑料制成。
其余结构与实施例2相同。
实施例4
对本方法中采用的技术效果加以验证说明，将压电片产生的电流整流后存 入一个2mf的电容，利用示波器观测该电容电压从0V升至10V即产生0.1J能 量所用时间长短来对压电片的发电性能进行测试，以科学论证的手段对比试验 结果，以验证本方法所具有的真实效果。
传统的技术方案：存在压电陶瓷使用寿命短且风能利用率不高问题，为验 证本方法相对传统方法具有使用寿命长，同时风能利用率高。
本实施例中将采用传统压电陶瓷垂直墙体设置(如图5所示)和本方法压 电陶瓷固定安装在墙体上(如图4所示)分别对压电陶瓷使用寿命和风能利用 率进行实时测量对比。
测试环境：在上海大学杨浦校区实验室内搭建传统压电陶瓷垂直设置于墙 体上(如图5所示)以及按照本方法压电陶瓷固定安装在墙体上(如图4所示) 结构，实验设备还包括风机、计时器、移动支撑架、转换处理器和电容。
测量过程：风机设置于移动支撑架的圆盘上，圆盘能旋转360°，风机能 随圆盘旋转，选取12个方向(以圆盘30°为间隔)对搭建的传统压电陶瓷垂 直墙体和本方法压电陶瓷固定安装在墙体上的墙体进行测试，测试结果如下表 和使用寿命趋势如图6所示。
由上表和图6所示了解到：在同等混合级风速下基座的数量越多，发电效 果也越好，但发电量并没有和基座数量呈现倍数关系，且发电量在并联4个基 座之后提高的效果并不明显，成本却不断增加；同理，在混合级(1级～8级) 的风速下测试了装置的使用寿命，传统方案的压电陶瓷随着混合级不断增加， 其使用寿命下降趋势大，而本装置在不同混合级下其使用寿命发展趋势平稳， 综合考虑使用寿命和发电量，本方案的四角基座的综合水平最优。
重要的是，应注意，在多个不同示例性实施方案中示出的本申请的构造和 布置仅是例示性的。尽管在此公开内容中仅详细描述了几个实施方案，但参阅 此公开内容的人员应容易理解，在实质上不偏离该申请中所描述的主题的新颖 教导和优点的前提下，许多改型是可能的(例如，各种元件的尺寸、尺度、结 构、形状和比例、以及参数值(例如，温度、压力等)、安装布置、材料的使 用、颜色、定向的变化等)。例如，示出为整体成形的元件可以由多个部分或 元件构成，元件的位置可被倒置或以其它方式改变，并且分立元件的性质或数目或位置可被更改或改变。因此，所有这样的改型旨在被包含在本发明的范围 内。可以根据替代的实施方案改变或重新排序任何过程或方法步骤的次序或顺 序。在权利要求中，任何“装置加功能”的条款都旨在覆盖在本文中所描述的 执行所述功能的结构，且不仅是结构等同而且还是等同结构。在不背离本发明 的范围的前提下，可以在示例性实施方案的设计、运行状况和布置中做出其他 替换、改型、改变和省略。因此，本发明不限制于特定的实施方案，而是扩展 至仍落在所附的权利要求书的范围内的多种改型。
此外，为了提供示例性实施方案的简练描述，可以不描述实际实施方案的 所有特征(即，与当前考虑的执行本发明的最佳模式不相关的那些特征，或于 实现本发明不相关的那些特征)。
应理解的是，在任何实际实施方式的开发过程中，如在任何工程或设计项 目中，可做出大量的具体实施方式决定。这样的开发努力可能是复杂的且耗时 的，但对于那些得益于此公开内容的普通技术人员来说，不需要过多实验，所 述开发努力将是一个设计、制造和生产的常规工作。
应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参 照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可 以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精 神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
Claims (4)
1.一种利用压电效应击打式风力发电装置，其特征在于：包括，
承载组件（100），包括支撑板（101）以及设置于所述支撑板（101）上的防护壳（102）；
发电组件（200），嵌入设置于所述支撑板（101）和防护壳（102）构成的容置空间（N1）内；以及，
迎风组件（300），与所述发电组件（200）的基座（201）连接，所述基座（201）的支撑柱（201a）穿过所述防护壳（102）的上板（102a）与所述迎风组件（300）的基板（301）连接；
所述发电组件（200）的柔性衔接件（202）两端分别与所述支撑板（101）和远离所述支撑柱（201a）一侧的基座（201）连接，所述发电组件（200）还包括撞电件（203），所述撞电件（203）的撞针（203a）与压电陶瓷块（203b）配合；其中，所述撞针（203a）设置于所述基座（201）的端角（201b）上；其中，所述压电陶瓷块（203b）设置于所述支撑板（101）上且位于柔性衔接件（202）外围；
所述基座（201）共设置有四个端角（201b），四个所述端角（201b）均匀分布在所述基座（201）四周；其中，所述压电陶瓷块（203b）的个数与所述端角（201b）的个数相同；
所述迎风组件（300）还包括挡板（302），所述挡板（302）设置于所述基板（301）上；所述挡板（302）为十字型结构。
2.如权利要求1所述的利用压电效应击打式风力发电装置，其特征在于：所述上板（102a）上开设的穿孔（102a-1）直径大于所述支撑柱（201a）的直径；其中，所述防护壳（102）还包括侧板（102b），所述侧板（102b）位于所述上板（102a）和支撑板（101）之间。
3.如权利要求2所述的利用压电效应击打式风力发电装置，其特征在于：所述柔性衔接件（202）为弹簧或橡胶制成的柔性体。
4.如权利要求3所述的利用压电效应击打式风力发电装置，其特征在于：所述撞针（203a）与所述压电陶瓷块（203b）之间设置有缝隙（L）。
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| Title |
|---|
| 多方向压电振动能量收集技术研究与进展;张旭辉，谭厚志，杨文娟， 左萌，樊红卫;《压电与声光》;20181206;301-310 * |
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| CN111648917A (zh) | 2020-09-11 |
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