[发明专利]一种宽频带风致振动压电发电装置

说明书

本发明涉及一种宽频带风致振动压电发电装置，由底座、支架、风轮、转轴、带传动、曲柄滑块机构和压电悬臂梁等组成。风轮和曲柄滑块机构在其转轴上对称布置；带传动为圆带传动；曲柄滑块机构为正偏置曲柄滑块机构，由曲柄、连杆和滑块组成；滑块往复运动的导轨为圆柱面和平面相结合的复合导轨；滑块上和悬臂梁的自由端上均粘接有磁性相同的永磁铁，且磁化方向沿着铅垂方向。在风力作用下，驱动滑块往复移动，永磁铁间的排斥力使各个悬臂梁发生大幅振动，进而使悬臂梁上的压电片发生形变，产生电能。本发明能够利用低风速环境下的低频振动，振动频带宽，风能采集效率和发电量具有明显的提高，同时，机械结构简单，制造成本低，使用寿命长。

技术领域

本发明涉及新能源发电领域，尤其涉及一种宽频带风致振动压电发电装置，可以将风能转化为电能。

背景技术

随着社会经济的飞速发展，人们对电力的需求与日俱增。不可再生资源面临枯竭，使得传统的火力发电变得步履维艰，另外火力发电是导致环境污染的一个重要原因，因此迫切需要寻找和开发新型绿色能源，例如风能、水能、太阳能。风能属于可再生资源，无污染，因此风力发电得到了广泛应用，目前风力发电大多都是利用叶片带动微型发电机进行发电，其结构复杂，制造与安装成本高，而且会产生很大的振动与噪声。

本发明之前已有很多发电装置的动力源采用风能、水能、太阳能等可再生能源，利用压电材料的正压电效应将振动的机械能转化为电能。但是目前的风力压电发电装置不能更好的利用风能和振动能，发电量小，能量转换效率低，机械结构复杂。

(1)公开号为CN 104426423 A，标题为“一种能量收集装置及收集方法”的发明公开了一种利用风能的压电能量收集方法及装置，它采用风能驱动轴旋转，轴上的凸起周期性的击打悬臂梁，从而导致悬臂梁周期性的振动，使得悬臂梁上的压电片变形产生电能。但是大自然中风的速度是不断变化的，故该发明在低风速的环境中，悬臂梁不易产生振动，压电片无法产生更多的能量。并且该发明悬臂梁个数有限，虽然振动频率可调，但是也不能产生宽频效果。

(2)公开号为CN 103812383 A，标题为“一种风致振动压电能量收集装置”的发明公开了一种利用风力压电发电的装置。该发明通过转动风扇的扇叶拨动与扇叶有一定重叠量的三角形压电悬臂梁，使得悬臂梁产生振动，压电片发生变形输出电能。该发明结构简单，成本低。但是，该发明受风速影响大，低速时，悬臂梁不易发生振动，高速时悬臂梁易磨损且表面粘附的压电片在长期的振动过程会发生脱落现象，降低发电装置寿命。另外，该发明也无宽频效果。

(3)公开号为CN 204041355 U，标题为“一种风力发电装置”的实用新型公开了一种采用曲柄连杆机构的风力压电发电装置。该实用新型采用多个风轮驱动曲轴转动，曲轴通过连杆带动质量块上下运动，不断敲击堆叠式压电片，产生电能。该实用新型解决了压电发电量小、能量转换效率低的缺点，但是风速较低时发电效果不明显，另外曲轴上有多个连杆轴颈，制造成本较高。

(4)公开号为CN 204041356 U，标题为“强迫振动式风力发电装置”的实用新型公开了一种强迫振动式的风力压电发电装置。该实用新型的多个压电悬臂梁的自由端固定在推板上，悬臂端固定在底座上，多个风轮驱动曲轴转动，曲轴通过连杆带动推板运动，进而使压电悬臂梁发生振动，产生电能。该实用新型虽然发电量得到了提高，但是风速较低时，悬臂梁不易发生振动，发电效果不明显。另外，该实用新型也无宽频效果。

(5)公开号为CN 106050572 A，标题为“一种宽频带风致振动压电能量采集器”的发明公开了一种新型的宽频带风力压电发电装置。该发明通过风扇带动行星轮系增速，再通过凸轮盘将旋转运动滑杆的直线运动，进而带动压电悬臂梁组振动，产生电能。该发明可以利用速度较低的风能，也拓宽了振动频带，但是行星轮系的传动比过大时，该传动装置的启动力矩要求大，因此风速过低时该发电装置发电无效。另外其结构复杂，行星轮系制造与安装精度要求较高，生产成本较高。