CN207701292U - 一种应用于高压电网中的压电风能采集机构 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种应用于高压电网中的压电风能采集机构，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

一种应用于高压电网中的压电风能采集机构

技术领域

本实用新型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。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种应用于高压电网中的压电风能采集机构，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。

本实用新型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机构，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，本实用新型的有益效果是：

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，本实用新型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为本实用新型的初始状态结构示意图。

图2为本实用新型的压缩状态结构示意图。

图3为本实用新型的局部放大视图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步的详细说明。

本实用新型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机构，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。

本实用新型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机构，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机构，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机构，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机构，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。