CN111510022A - 压电与磁电复合式微型风力发电机 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种压电与磁电复合式微型风力发电装置，包括若干压电陶瓷片、金属基板、钝体，所述若干压电陶瓷片相对设置在金属基板的两个表面，每片压电陶瓷片与金属基板之间固定两根导线，导线固定端端头与压电陶瓷片连接，所述钝体固定在金属基板的一端。本发明结构简单，共振频率高，在较低的风速下就可以达到装置振动的要求，在自然环境中能更好的回收风能。
Description
技术领域
本发明属于风能发电领域，具体为一种压电与磁电复合式微型风力发电机。
背景技术
风致振动是将风力所引发的物体振动转化为电能的发电方式。由于风能节省劳动力，而且含量巨大，转化率高，污染小，经济效益强，从而已成为21世纪新能源行业主要的发展方向之一。通常的风能发电***只能参与大功率装置发电，而难以在小功率发电装置中得到运用。
现有的风力发电装置规模一般较大，只能在开阔的平原地区使用，对地理条件的要求较高。风力发电对于风能的利用率受环境的影响较强，在风力较小时现有风力发电装置的发电效率得不到保证。在非平原地区一般使用微型风力发电装置，现有微型发电一般采用小太阳能板，但与光照密切相关，有所限制。小型风力发电机难以微型化，零部件多，可靠性有限，维护不易。
发明内容
本发明的目的在于提出了一种压电与磁电复合式微型风力发电机。
实现本发明目的的技术解决方案为：一种压电与磁电复合式微型风力发电机，包括若干压电陶瓷片、金属基板、钝体，所述若干压电陶瓷片相对设置在金属基板的两个表面，每片压电陶瓷片与金属基板之间固定两根导线，导线固定端端头与压电陶瓷片连接，所述钝体固定在金属基板的一端。
优选地，所述钝体包括长方体基体以及设置在长方体基体上的若干通孔，所述通孔垂直于金属基板与长方体基体的连接部，通孔内沿孔壁呈螺旋状绕有线圈，通孔内设置有磁铁。
优选地，所述通孔两端装有卡簧。
优选地，所述钝体的一端中轴线开槽，用于与金属基板紧密连接。
优选地，所述磁铁长度为L/3，L为通孔长度。
优选地，所述磁铁内部的磁感应线方向与线圈轴线相同。
本发明与现有技术相比，其显著优点为：本发明结构简单，共振频率高，在较低的风速下就可以达到装置振动的要求，在自然环境中能更好的回收风能。
下面结合附图对本发明做进一步详细的描述。
附图说明
图1是压电与磁电复合式微型风力发电机示意图。
图2为钝体剖视图。
图3为装置三维立体图。
具体实施方式
如图1、2所示，一种压电与磁电复合式微型风力发电机，包括若干压电陶瓷片2、金属基板1、钝体3，所述若干压电陶瓷片2相对设置在金属基板1的两个表面，每片压电陶瓷片2与金属基板1之间固定两根导线，导线固定端端头与压电陶瓷片连接，所述钝体3固定在金属基板的一端。。
进一步的实施例中，所述钝体包括长方体基体3-1以及设置在长方体基体3-1中心的通孔3-2，所述通孔垂直于金属基板1与长方体基体3-1的连接部，通孔3-2内沿孔壁呈螺旋状绕有磁感线圈，通孔内设置有磁铁。在某些实施例中，线圈为铜制线圈。
进一步的实施例中，所述通孔两端装有卡簧，避免磁铁脱落。
进一步的实施例中，所述钝体3的一端中轴线开槽，用于与金属基板紧密连接。
进一步的实施例中，所述磁铁长度为L/3，L为通孔长度。
进一步的实施例中，所述磁铁内部的磁感应线方向与线圈轴线相同。
本发明的工作原理为：
钝体在一定风速的作用下受到周期性的力，磁感线圈振动，且磁感线圈轴线与振动方向相同，磁铁沿线圈中轴线方向自由活动，但行程不超出钝体外壳。线圈与穿入其中的磁铁发生电磁感应产生电流，压电陶瓷片通过变形产生电势差，两者所产生的电流汇聚，一同供电，再从导线输出电流，完成发电工作。
将本发明固定在室外有风位置，在风吹过时，振动促使压电陶瓷片和磁感线圈分别产生电流，进而发电。可以由多个本发明的装置组合使用，满足小型用电器在有风条件下的供电。
本发明使用压电陶瓷和磁感线圈构成发电***共同发电，提高发电效率。体积小且独立供能发电，利用压电陶瓷回收能量，将风能转化为电能加以利用。本发明可用在侦测、摄像等小规模装置的发电部分，适用于安装在城市、公路设施等风力较大的区域，有很大的使用价值与利用空间。单个本发明在微风(3.4～5.4)m/s时能产生2～8mw的电能。
本发明通过将压电、磁电通过并联集成的方式复合为一整体，使之产生较大的功率，可以满足小型用电器的需求，具体技术路线如下。
压电技术：压电技术所使用的压电陶瓷是一类具有压电特性的电子陶瓷材料。压电陶瓷最大的特性是具有压电性,包括正压电性和逆压电性。正压电性是指某些电介质在机械外力作用下,介质内部正负电荷中心发生相对位移而引起极化,从而导致电介质两端表面内出现符号相反的束缚电荷。在外力不太大的情况下,其电荷密度与外力成正比,遵循公式:
δ＝dT
其中：δ-面电荷密度；
d-为压电应变常数；
T-为伸缩应力。
本发明的目的是使压电陶瓷通过受力变形产生电荷密度变化，从而能通过风力振动使压电陶瓷变形，产生电流。目前装置中对于压电陶瓷的振动频率有较高要求，需使压电陶瓷的振动幅度与频率满足发电装置要求的发电频率，同时材料需要有较高强度，不易破坏。
磁电技术：磁电装置作为发电装置的一部分，分担了发电的功能。本***将磁铁和线圈置于装置内部，当振动时磁铁在线圈中做切割磁感线运动，从而产生电流。公式：
其中：E-感应电动势；
n-感应线圈匝数；
ΔΦ/Δt-磁通量的变化率。
Claims (6)
1.一种压电与磁电复合式微型风力发电装置，其特征在于，包括若干压电陶瓷片(2)、金属基板(1)、钝体(3)，所述若干压电陶瓷片(2)相对设置在金属基板(1)的两个表面，每片压电陶瓷片(2)与金属基板(1)之间固定两根导线，导线固定端端头与压电陶瓷片连接，所述钝体(3)固定在金属基板的一端。
2.根据权利要求1所述的压电与磁电复合式微型风力发电装置，其特征在于，所述钝体包括长方体基体(3-1)以及设置在长方体基体(3-1)上的若干通孔(3-2)，所述通孔垂直于金属基板(1)与长方体基体(3-1)的连接部，通孔(3-2)内沿孔壁呈螺旋状绕有线圈，通孔(3-2)内设置有磁铁。
3.根据权利要求2所述的压电与磁电复合式微型风力发电装置，其特征在于，所述通孔两端装有卡簧。
4.根据权利要求1所述的压电与磁电复合式微型风力发电装置，其特征在于，所述钝体(3)的一端中轴线开槽，用于与金属基板紧密连接。
5.根据权利要求4所述的压电与磁电复合式微型风力发电装置，其特征在于，所述磁铁长度为L/3，L为通孔长度。
6.根据权利要求3所述的压电与磁电复合式微型风力发电装置，其特征在于，所述磁铁内部的磁感应线方向与线圈轴线相同。
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN112400787A (zh) * | 2020-11-12 | 2021-02-26 | 胡满 | 一种免动力的观赏鱼养殖用增氧除污泵 |
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| CN101814860A (zh) * | 2010-04-09 | 2010-08-25 | 中北大学 | 基于压电效应和电磁感应现象的振动驱动式复合微电源 |
| CN202586828U (zh) * | 2012-05-21 | 2012-12-05 | 田英钦 | 一种磁悬浮振动发电模块 |
| CN108023501A (zh) * | 2017-12-28 | 2018-05-11 | 西华师范大学 | 一种采用放大结构的复合式磁悬浮宽频振动能量采集器 |
| CN110445417A (zh) * | 2019-08-06 | 2019-11-12 | 南京邮电大学 | 一种低频宽频带震动俘能装置 |
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2020
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