[发明专利]一种压电材料发电装置及风力发电设备

说明书

本发明提供一种压电材料发电装置及风力发电设备，涉及风力发电领域。压电材料发电装置包括安装座、风扇、运动转换机构、发电机构和频率调节机构；发电机构包括悬臂、压电元件和配重件；频率调节机构包括频率检测件、控制组件和调节组件。风扇带动运动转换机构的旋转输入端旋转。运动转换机构的往复平移输出端驱动悬臂的固支端往复平移，使悬臂振动变形，带动压电元件产生形变，进而将机械能转化为电能。频率检测件实时检测固支端的往复运动频率，由控制组件控制调节组件对配重件在悬臂上的位置进行调节，使悬臂在固支端往复运动的驱动下产生共振。悬臂的振动更加剧烈，压电元件的发电效率更高，从而提升整个压电材料发电装置的电能收集效率。

技术领域

本发明涉及风力发电领域，尤其涉及一种压电材料发电装置及风力发电设备。

背景技术

风能是一种可再生清洁能源，特别是在数百米的高空中，风速高、风向稳定、风资源能量密度大、可利用小时数高。合理利用高空风资源，可以减轻传统火力发电对环境的损害。

在现有的风力发电设备中，存在一种以压电材料为发电元件的发电装置。其原理是将压电材料设置在一悬臂梁上，然后将扇叶的旋转运动转换为悬臂梁的往复平移运动，进而使悬臂梁振动，带动压电材料变形，利用压电材料受到压力作用时会在两端面间出现电压的特性将机械振动的能量转化为电能。

理想状态下，当悬臂梁的振动频率与悬臂梁一阶固有频率接近时，悬臂梁会产生共振而使其振幅最大。相应地，压电材料会产生较大的应变，从而输出最大电压，使得电能收集效率最高。

然而，在实际应用过程中，由于风速不断变化，使得外界激励频率不断变化，悬臂梁的振动频率也随之改变，进而导致整个发电装置的电能收集效率不高。

发明内容

为了解决现有技术中存在的发电装置的电能收集效率不高的问题，本发明的目的之一是提供一种自振频率可调的压电材料发电装置。

本发明提供如下技术方案：

一种压电材料发电装置，包括安装座、风扇、运动转换机构、发电机构和频率调节机构；

所述风扇转动设置于所述安装座；

所述运动转换机构设置于所述安装座，所述运动转换机构具有旋转输入端和往复平移输出端，所述旋转输入端与所述风扇连接；

所述发电机构包括悬臂、压电元件和配重件，所述悬臂具有固支端，所述固支端与所述往复平移输出端连接，所述压电元件设置于所述悬臂，所述配重件滑动设置于所述悬臂；

所述频率调节机构设置于所述安装座，所述频率调节机构包括频率检测件、控制组件和调节组件，所述频率检测件用于检测所述固支端的往复运动频率，所述控制组件分别与所述频率检测件和所述调节组件电连接，所述调节组件用于调节所述配重件在所述悬臂上的位置。

作为对所述压电材料发电装置的进一步可选的方案，所述配重件为铁磁性材质，所述调节组件包括电磁铁和弹性件；

所述电磁铁与所述控制组件电连接，所述电磁铁形成一覆盖所述配重件的磁场；

所述弹性件分别与所述配重件和所述悬臂连接，以平衡所述配重件受到的磁力。

作为对所述压电材料发电装置的进一步可选的方案，所述控制组件包括控制器和数字电位器，所述控制器分别与所述频率检测件和所述数字电位器电连接，所述数字电位器与所述电磁铁电连接。

作为对所述压电材料发电装置的进一步可选的方案，所述控制组件还包括电能收集接口，所述电能收集接口分别与所述控制器和所述压电元件电连接。

作为对所述压电材料发电装置的进一步可选的方案，所述控制组件还包括稳压器和电能存储器，所述稳压器与所述电能存储器电连接，所述电能收集接口通过所述稳压器与所述控制器电连接。