[发明专利]一种多风向自适应电磁-压电复合发电装置

说明书

本发明公开了一种多风向自适应电磁‑压电复合发电装置，具体涉及清洁能源发电领域。本装置包括风向自适应可旋转支撑体、风力驱动模块、电磁发电模块和压电发电模块；具体工作原理：当随机多向自然风激励本装置时，由于可旋转支撑体的设计，引起扇叶叶片正对来流方向发生转动，从而带动转轴旋转，并通过电磁和压电双效发电机制实现风能向电能的转变；本发明解决的技术问题是提供一种风向自适应发电装置，能够将自然界中具有随机方向的风能充分采集并转化为电能，实现提高风能利用率的目标；本装置具有环境适应性强，结构紧凑，清洁无污染等特点，可以广泛应用于室外环境为低功耗微机电系统供能。

技术领域

本发明属于风能发电技术领域，具体涉及一种多风向自适应电磁-压电复合发电装置。

背景技术

随着传统化石能源的不断消耗，与之而来的是日益严重的环境污染问题，为此，世界各国均致力于寻找一种可替代的清洁能源发电技术；其中，风能作为一种广泛存在的绿色能源逐渐引起世界各国研究人员的注意。

目前，大型风力发电设备已广泛应用于我国西北各大风能丰富的省份，其利用风载荷驱动转子，通过转子与定子之间的相对位置发生变化切割磁力线输出电能的技术已经得到广泛验证；然而，自然界中普遍存在的软风（0.3-1.6m/s）、轻风（1.6-3.4m/s）等低速风能，由于其风向具有随机性而未充分得到应用；同样需要注意的是，随着物联网技术的不断发展，微机电系统不断朝着智能化、微型化方向发展，而传统线缆供电以及化学电池供电的方式均难以满足；为此，可以充分收集自然界中广泛存在的低速风能，并采用高效的能量转化机制实现风能向电能的转化为微机电系统供能。

发明内容

为了解决低速风能由于风向不确定引起的风能发电转化率低的问题，本发明提出了一种多风向自适应电磁-压电复合发电装置。

一种多风向自适应电磁-压电复合发电装置，是由风向自适应可旋转支撑体、风力驱动模块、电磁发电模块和压电发电模块四大部分组成，所述风向自适应可旋转支撑体是由柱形支撑体（1）和一对轴承（2）组成，柱形支撑体（1）在轴承（2）的支撑下可以实现360°旋转；所述风力驱动模块包括扇叶罩（3）、扇叶（4）、转轴（5）、一对轴承（6），自然风激励扇叶（4）发生旋转，转轴（5）与扇叶（4）根部固定连接，在轴承（6）的支撑下，扇叶（4）带动转轴（5）发生旋转；所述电磁发电模块包括置于扇叶（4）末端的一对弧形磁铁（7）、固定连接在扇叶罩（3）上的弹簧（8）、移动磁铁（9）以及缠绕线圈（10），当扇叶（4）旋转的同时带动弧形磁铁（7）发生旋转，并周期性与移动磁铁（9）产生磁力作用，引起弹簧（8）的伸缩，由于弹簧弹力作用使得移动磁铁（9）在磁斥力周期作用间隙振动频率增加，进而增加线圈（10）内磁通量变化率，提高输出电能效率；同时，为了提高电能输出，可以沿扇叶罩（3）周向均匀布置弹簧（8）、移动磁铁（9）、线圈（10）数量；此外，为进一步提高风能利用率，可以在转轴（5）的末端设置相同配置的扇叶罩（3）、扇叶（4）、弧形磁铁（7）、弹簧（8）、移动磁铁（9）以及缠绕线圈（10），并利用风力驱动转轴（5）带动末端扇叶旋转，进而输出多倍电能；所述压电发电模块包括圆筒固定架（11）、磁铁（12）、压电振子（13），圆筒固定架（11）的纵轴线与柱形支撑体（1）的中轴线在装配时存在偏置距离，其目的是当自然风激励本装置时，由于圆筒固定架（11）两侧气动力不同，柱形支撑体（1）在轴承（2）的支撑下发生旋转，最终使得扇叶（4）与自然风方向相同，进而激励扇叶旋转，磁铁（12）固定在转轴（5）上，并随转轴旋转，压电振子（13）是由基底层（13-1）、陶瓷压电片（13-2）、末端磁铁（13-3）组成，将压电振子（13）固定在圆筒固定架（11）上，由于磁铁（12）和末端磁铁（13-3）周期磁斥力作用，会引起陶瓷压电片（13-2）发生周期性变形，利用正压电效应输出电压，值得注意的是，末端磁铁（13-3）沿基底层（13-1）厚度方向对称固定，其目的是实现陶瓷压电片（13-2）产生相同角度的上扬与下弯，进而输出稳定电压；此外，为进一步提高风能利用率，压电振子（13）数量可以沿圆筒固定架（11）周向均匀布置。