CN111884542A - 一种基于全风向涡激振动的风力压电发电装置 - Google Patents
一种基于全风向涡激振动的风力压电发电装置 Download PDFInfo
- Publication number
- CN111884542A CN111884542A CN202010787686.9A CN202010787686A CN111884542A CN 111884542 A CN111884542 A CN 111884542A CN 202010787686 A CN202010787686 A CN 202010787686A CN 111884542 A CN111884542 A CN 111884542A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- wind
- piezoelectric
- induced vibration
- cantilever beam
- power generation
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
- 238000010248 power generation Methods 0.000 title claims abstract description 22
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 claims abstract description 24
- 230000000694 effects Effects 0.000 claims abstract description 9
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims description 9
- 230000008901 benefit Effects 0.000 abstract description 4
- 230000005284 excitation Effects 0.000 abstract description 4
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 abstract description 2
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 abstract description 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract description 2
- 230000007704 transition Effects 0.000 abstract description 2
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 3
- 238000003306 harvesting Methods 0.000 description 3
- 238000005452 bending Methods 0.000 description 2
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 2
- 239000000463 material Substances 0.000 description 2
- 238000000034 method Methods 0.000 description 2
- 230000009471 action Effects 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 239000000969 carrier Substances 0.000 description 1
- 230000008859 change Effects 0.000 description 1
- 230000001808 coupling effect Effects 0.000 description 1
- 230000005611 electricity Effects 0.000 description 1
- 239000012530 fluid Substances 0.000 description 1
- 229910001385 heavy metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000010354 integration Effects 0.000 description 1
- 230000000737 periodic effect Effects 0.000 description 1
- 238000011084 recovery Methods 0.000 description 1
- 229910001220 stainless steel Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010935 stainless steel Substances 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02N—ELECTRIC MACHINES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H02N2/00—Electric machines in general using piezoelectric effect, electrostriction or magnetostriction
- H02N2/18—Electric machines in general using piezoelectric effect, electrostriction or magnetostriction producing electrical output from mechanical input, e.g. generators
- H02N2/186—Vibration harvesters
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- F03D—WIND MOTORS
- F03D9/00—Adaptations of wind motors for special use; Combinations of wind motors with apparatus driven thereby; Wind motors specially adapted for installation in particular locations
- F03D9/20—Wind motors characterised by the driven apparatus
- F03D9/25—Wind motors characterised by the driven apparatus the apparatus being an electrical generator
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
- Y02E10/70—Wind energy
- Y02E10/72—Wind turbines with rotation axis in wind direction
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
- Y02P70/00—Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
- Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Sustainable Development (AREA)
- Sustainable Energy (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- General Electrical Machinery Utilizing Piezoelectricity, Electrostriction Or Magnetostriction (AREA)
Abstract
本发明公布了一种基于全风向涡激振动的风力压电发电装置，涉及新能源发电技术领域，可以俘获自然界的风能并将其转化成电能。本发明由风柱、滚珠、半球底座、弹簧、悬臂梁、压电陶瓷片、基底组成。自然界任意方向的风给予风柱上半部分一个激励，所述风柱产生涡激振动，所述滚珠与风柱相连并放置在半球底座中，所述悬臂梁固定于基底上，悬臂梁正反两面粘贴有压电陶瓷片组成压电振子，所述弹簧两端分别固定在悬臂梁和风柱上，弹簧具有传递风柱产生的涡激振动和防止风柱过渡摆动的作用。本发明具有结构简单，实用性强，制作成本低等优点，可取代传统的化学电池为交通不便的沿海岛屿、山区和高原地带的低功耗电子设备供电。
Description
技术领域
本发明涉及清洁能源以及压电俘能领域，具体涉及一种基于全风向涡激振动的风力压电发电装置。
背景技术
随着机电产业的快速发展，微机电系统（MEMS）、低功耗嵌入式技术等无线传感器技术越来越趋向于集成化、智能化、微型化。因此，对其供能产业也提出了更高的需求，但是由于传统供能产业一直停滞不前，电池供电的缺点也慢慢显现出来（容量小、寿命短、回收困难、易造成重金属污染），严重限制了无线传感技术的发展。利用清洁能源为低能耗电子设备供电成为了一个重要的研究方向。
利用自然界存在的能量（风能、太阳能、潮汐能等）转化成电能为设备进行供电，是一种比较理想的俘能方法。风能是一种绿色洁净、储量丰富、成本低廉的能源，利用自然界取之不尽、用之不竭的风能进行发电，是多风地区特别是偏远地区最经济可行的供电方式。
圆柱状刚体置于一定速度的来流中，其两侧会发生交替脱落的漩涡，柱体会受到流向以及横向周期性变化的脉动压差力，此脉动压差力会引起柱体的周期性振动，柱体振动又会反过来改变其尾流结构，这种流体-结构之间的相互耦合作用称为涡激振动。压电式俘能的基本原理为压电材料的正压电效应，机械振动使得压电材料内部产生应力，发生正压电效应产生电荷，输出电能。压电式发电装置具有能量密度大、无电磁干扰、易于加工，便于实现小型化和集成化等诸多优点。对此，提出了一种基于全风向涡激振动的风力压电发电装置，通过利用风能使风柱产生一定程度的振动从而带动滚珠在半球底座内转动，利用弹簧将振动传递给悬臂梁，使悬臂梁发生弯曲变形，最终使粘贴在悬臂梁上的压电陶瓷片发生正压电效应，产生电能。
发明内容
为了解决以往风力发电装置只能俘获单一方向风能的局限性，提高风能的利用率，本发明提出了一种基于全风向涡激振动的风力压电发电装置。
本发明的技术方案：一种基于全风向涡激振动的风力压电发电装置，包括风柱、滚珠、半球底座、压电陶瓷片、悬臂梁、弹簧、基底；所述风柱位于整个装置的中心，风柱底部与滚珠固定相连，所述滚珠放置于半球底座中，所述半球底座固定于基底上，所述悬臂梁垂直固定于基底上，悬臂梁底部的正反两面粘贴有压电陶瓷片，悬臂梁与压电陶瓷片共同组成压电振子，所述弹簧固定于悬臂梁与风柱的之间。
进一步的，所述风柱为圆柱刚体与滚珠固定连接，在自然风的激励下圆柱刚体产生涡激振动，风柱摆动带动滚珠在半球底座中转动，进而增加风柱的摆动幅度。
进一步的，所述半球底座为空心半球体，可使滚珠在转动后回到半球底座底部，从而使风柱在摆动后能保持竖直状态。
进一步的，所述3个悬臂梁以风柱为外心呈等边三角形垂直固定于基底上，有助于3个悬臂梁同时受到弹簧给予的压力或拉力。
进一步的，所述压电陶瓷片形状完全相同，压电陶瓷片粘贴在悬臂梁的底部正反两面，压电陶瓷片的宽度略小于悬臂梁的宽度。
进一步的，所述3个弹簧固定于三个悬臂梁顶部与风柱的中下部位置，风柱摆动时会给予弹簧压力和拉力，进而使悬臂梁发生弯曲变形，粘贴在悬臂梁上的压电陶瓷片发生正压电效应产生电能。
本发明的有益效果：本发明提出了一种基于全风向涡激振动的风力压电发电装置，此装置可充分利用自然界的风能，解决了以往风力发电机仅能俘获单一方向风能的弊端，本发明具有结构简单，实用性强，制作成本低等优点，可取代传统的化学电池为交通不便的沿海岛屿、山区和高原地带的低功耗电子设备供电。
附图说明
图1压电发电装置的三维示意图。
图2压电发电装置中心部件的示意图。
图3压电振子的示意图。
具体实施方式
结合图1至图3进一步阐释本装置具体实施方式，所述一种基于全风向涡激振动的风力压电发电装置，包括风柱1、滚珠2、半球底座3、压电陶瓷片4、悬臂梁5、弹簧6、基底7；所述风柱1为圆柱刚体位于整个装置的中心，风柱1底端固定于滚珠2上，自然界任意方向的风能给予风柱1上半部分一个激励，风柱1产生涡激振动；所述滚珠2为不锈钢材质的圆球，滚珠2放置在半球底座3中且与风柱1相连，滚珠2表面是光滑的，可以降低与半球底座之间的摩擦阻力，当风柱1受到风的激励，产生涡激振动时，风柱1的摆动带动滚珠2在半球底座3内转动从而增加风柱1的摆动幅度；所述半球底座3固定于基底7上，半球底座3为空心的半球体，内部为光滑的半球面，半球底座3内部用于放置滚珠2且半球面有助于滚珠转动后回到半球底座底部，从而使风柱在摆动后能保持竖直状态；所述压电陶瓷片4共三组，形状完全相同，且压电陶瓷片4的宽度略小于悬臂梁5的宽度，压电陶瓷片4粘贴在悬臂梁5底端的正反两面，充分利用了悬臂梁5的空间使发电效率达到最大化，当悬臂梁5发生弯曲变形时，粘贴在悬臂梁5上的压电陶瓷片4会随着悬臂梁4的弯曲变形而发生正压电效应；所述悬臂梁5数量为三个，以风柱1为外心呈等边三角形分别垂直固定于基底7上，悬臂梁5为载体，悬臂梁5的上端固定有弹簧6，底端正反两面均粘贴有压电陶瓷片4，当风柱1振动时，悬臂梁5通过弹簧6的传力发生弯曲变形，从而使压电陶瓷片4发生正压电效应；所述弹簧6数量为三，固定于三个悬臂梁5顶部与风柱1的中下部位置，当风柱1摆动时会分别给予三个弹簧6压力和拉力进而使得悬臂梁5发生弯曲变形，弹簧6的压力和拉力同时可以反作用于风柱1使风柱1持续摆动并且可以有效防止风柱1过渡摆动而出现倾斜倒地的现象。
工作原理：任意方向的自然风给予风柱1上半部分一个激励，风柱1产生涡激振动，将风能转化为振动能，风柱1摆动会带动滚珠2在半球底座3中转动从而增加风柱1的倾斜程度，风柱1的摆动和倾斜会分别给予三个弹簧6压力和拉力，进而将振动能通过弹簧6传递给悬臂梁5，悬臂梁5在弹簧6压力和拉力的作用下发生弯曲变形，进而使粘贴在悬臂梁5上的压电陶瓷片4发生形变，由于压电陶瓷片的正压电效应将振动能转换输出电能，弹簧6的压力和拉力同时可以反作用于风柱1可以有效防止风柱1过渡摆动而发生倾斜倒地的现象且使风柱1持续的摆动，从而使本装置源源不断的产生电能。
上述具体实施方式中，一种基于全风向涡激振动的风力压电发电装置，有着可以接收任意方向风能的优点，打破了以往传统风力发电装置只能俘获单一方向风能的局限性，提高了风能的利用率，此装置结构简单，实用性强，制作成本低，可取代传统化学电池为交通不便的沿海岛屿、山区和高原地带的低功耗电子设备供电。
Claims (7)
1.一种基于全风向涡激振动的风力压电发电装置，包括风柱、滚珠、半球底座、压电陶瓷片、悬臂梁、弹簧、基底；所述风柱位于整个装置的中心，风柱底部与滚珠固定相连，所述滚珠放置于半球底座中，所述半球底座固定于基底上，所述悬臂梁垂直固定于基底上，悬臂梁底部的正反两面粘贴有压电陶瓷片，悬臂梁与压电陶瓷片共同组成压电振子，所述弹簧固定于悬臂梁与风柱的之间；本装置可以俘获自然界任意方向的风能，并利用压电效应将风能转化为电能。
2.依据权利要求1所述的一种基于全风向涡激振动的风力压电发电装置，其特征在于：所述风柱为圆柱刚体与滚珠固定连接，风柱摆动时带动滚珠转动从而增加风柱的倾斜程度。
3.依据权利要求2所述的一种基于全风向涡激振动的风力压电发电装置，其特征在于：所述滚珠放置在半球底座中且可以任意方向转动。
4.依据权利要求3所述的一种基于全风向涡激振动的风力压电发电装置，其特征在于：所述半球底座为空心半球体，有助于滚珠转动后回到半球底座底部，从而使风柱在摆动后保持竖直状态。
5.依据权利要求1所述的一种基于全风向涡激振动的风力压电发电装置，其特征在于：所述悬臂梁数量为3，以风柱为外心呈等边三角形垂直固定于基底上，风柱摆动时可分别给予弹簧压力和拉力，进而使压电陶瓷片发生形变。
6.依据权利要求1所述的一种基于全风向涡激振动的风力压电发电装置，其特征在于：所述压电陶瓷片4共三组，形状完全相同，且压电陶瓷片的宽度略小于悬臂梁5的宽度。
7.依据权利要求5所述的一种基于全风向涡激振动的风力压电发电装置，其特征在于：所述弹簧数量为3，固定于三个悬臂梁顶部与风柱的中下部位置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202010787686.9A CN111884542B (zh) | 2020-08-07 | 2020-08-07 | 一种基于全风向涡激振动的风力压电发电装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202010787686.9A CN111884542B (zh) | 2020-08-07 | 2020-08-07 | 一种基于全风向涡激振动的风力压电发电装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN111884542A true CN111884542A (zh) | 2020-11-03 |
| CN111884542B CN111884542B (zh) | 2022-06-21 |
Family
ID=73210345
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202010787686.9A Active CN111884542B (zh) | 2020-08-07 | 2020-08-07 | 一种基于全风向涡激振动的风力压电发电装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN111884542B (zh) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN113922733A (zh) * | 2021-10-22 | 2022-01-11 | 国网山东省电力公司济南市历城区供电公司 | 一种用于高压电能表的混合发电装置 |
Citations (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN105006993A (zh) * | 2015-07-24 | 2015-10-28 | 哈尔滨工业大学 | 垂直轴旋转激振式风能浮获装置 |
| CN106452181A (zh) * | 2016-12-12 | 2017-02-22 | 上海大学 | 一种基于多圆柱尾流激振的风致振动能量采集器 |
| CN106602929A (zh) * | 2016-12-22 | 2017-04-26 | 苏州市职业大学 | 一种圆盘式压电发电装置 |
| CN107070302A (zh) * | 2016-11-02 | 2017-08-18 | 重庆大学 | 一种带滚动体的碰撞式环境动能采集阵列 |
| CN107465362A (zh) * | 2017-09-21 | 2017-12-12 | 北京工业大学 | 一种对称杠杆式风能俘获装置 |
| CN208143067U (zh) * | 2018-05-21 | 2018-11-23 | 广东电网有限责任公司 | 振动式风力发电装置 |
| CN110429864A (zh) * | 2019-08-13 | 2019-11-08 | 哈尔滨工业大学 | 一种增大俘能能力的弯扭复合型压电俘能器 |
| CN111064390A (zh) * | 2020-01-15 | 2020-04-24 | 山东理工大学 | 一种全风向激励方柱振动的压电发电机 |
| CN111130388A (zh) * | 2020-01-17 | 2020-05-08 | 苏州市职业大学 | 一种伞形复合压电发电装置 |
| CN111342701A (zh) * | 2020-04-03 | 2020-06-26 | 山东理工大学 | 一种不倒翁式非线性磁力扰动的多风向风力压电发电装置 |
-
2020
- 2020-08-07 CN CN202010787686.9A patent/CN111884542B/zh active Active
Patent Citations (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN105006993A (zh) * | 2015-07-24 | 2015-10-28 | 哈尔滨工业大学 | 垂直轴旋转激振式风能浮获装置 |
| CN107070302A (zh) * | 2016-11-02 | 2017-08-18 | 重庆大学 | 一种带滚动体的碰撞式环境动能采集阵列 |
| CN106452181A (zh) * | 2016-12-12 | 2017-02-22 | 上海大学 | 一种基于多圆柱尾流激振的风致振动能量采集器 |
| CN106602929A (zh) * | 2016-12-22 | 2017-04-26 | 苏州市职业大学 | 一种圆盘式压电发电装置 |
| CN107465362A (zh) * | 2017-09-21 | 2017-12-12 | 北京工业大学 | 一种对称杠杆式风能俘获装置 |
| CN208143067U (zh) * | 2018-05-21 | 2018-11-23 | 广东电网有限责任公司 | 振动式风力发电装置 |
| CN110429864A (zh) * | 2019-08-13 | 2019-11-08 | 哈尔滨工业大学 | 一种增大俘能能力的弯扭复合型压电俘能器 |
| CN111064390A (zh) * | 2020-01-15 | 2020-04-24 | 山东理工大学 | 一种全风向激励方柱振动的压电发电机 |
| CN111130388A (zh) * | 2020-01-17 | 2020-05-08 | 苏州市职业大学 | 一种伞形复合压电发电装置 |
| CN111342701A (zh) * | 2020-04-03 | 2020-06-26 | 山东理工大学 | 一种不倒翁式非线性磁力扰动的多风向风力压电发电装置 |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN113922733A (zh) * | 2021-10-22 | 2022-01-11 | 国网山东省电力公司济南市历城区供电公司 | 一种用于高压电能表的混合发电装置 |
| CN113922733B (zh) * | 2021-10-22 | 2024-05-17 | 国网山东省电力公司济南市历城区供电公司 | 一种用于高压电能表的混合发电装置 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN111884542B (zh) | 2022-06-21 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN206164399U (zh) | 一种力‑电‑流体耦合作用的非线性涡激振动能量采集器 | |
| CN106357159B (zh) | 一种力-电-流体耦合作用的非线性涡激振动能量采集器 | |
| CN111342701B (zh) | 一种不倒翁式非线性磁力扰动的多风向风力压电发电装置 | |
| CN102979661B (zh) | 一种采能单元和棘轮以及波力发动机 | |
| CN102223105A (zh) | 压电发电装置 | |
| CN107086649B (zh) | 一种电磁压电复合式波浪能收集装置 | |
| CN111064390A (zh) | 一种全风向激励方柱振动的压电发电机 | |
| CN111884542B (zh) | 一种基于全风向涡激振动的风力压电发电装置 | |
| CN102820807A (zh) | 端面凸轮激励和限位的大功率旋转式压电风力发电机 | |
| CN111884539A (zh) | 一种涡激钝体振动的压电电磁复合波浪浮能装置 | |
| CN102444536B (zh) | 小型海洋压电发电装置 | |
| CN113236495B (zh) | 一种新能源垂直发电装置 | |
| CN111082703B (zh) | 一种灯浮标供电装置及带有该装置的灯浮标 | |
| CN113746375A (zh) | 一种上变频滚球致动式压电-电磁波浪振动俘能装置 | |
| CN202338442U (zh) | 一种小型海洋压电发电装置 | |
| CN112240263A (zh) | 自发电浮标系统 | |
| WO2020199301A1 (zh) | 海浪发电装置 | |
| CN111130388A (zh) | 一种伞形复合压电发电装置 | |
| CN205725110U (zh) | 新型压电式水中振动能量采集装置 | |
| CN206144709U (zh) | 一种宽频带风致振动压电能量采集装置 | |
| CN206650602U (zh) | 带有表面粗糙带的钝体涡激振动能量收集装置 | |
| CN205490236U (zh) | 一种压电风能发电装置 | |
| CN113037133B (zh) | 一种多方向的上变频波浪振动俘能装置 | |
| CN210898981U (zh) | 一种收集振动发电的装置 | |
| CN101526073A (zh) | 基于介电型eap的流体动能发电机装置 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |