一种风力永磁压电双效发电装置

本发明涉及风力发电机械装置制造技术领域，特别是，涉及一种风力永磁压电双效发电装置。

背景技术：

随着工业的进步，当今世界对于能源的需求越来越大，煤石油，天然气等传统能源的消耗日益增多，化石能源逐渐耗尽，环境污染等问题日益突出。全球范围内对能源的可持续性以及传统发电方式带来的环境问题的关注，为可再生能源的发展提供了动力，风力资源是近来使用较多的可再生能源之一，且风力发电系统和技术比较完善。在2050年的各种情况下，风力发电被预测为最重要的可再生能源来源之一。

压电材料因其良好的机电转换性能已成为转换环境机械能获取电能的重要元件由于压电发电装置结构简单、不发热、不受电磁干扰、便于制作加工等优点受到了国内外的广泛关注，利用压电装置发电已经成为一个新的研究热点。将传统的利用叶轮转动来收集风能发电与压电材料收集振动能发电相结合，可有效提高风能利用率，且利用相互作用的永磁铁结构去代替机械撞击式结构，从根本上避免了机械撞击对发电单元寿命的影响，是一种可期待的发电机结构。

中国发明专利申请公布说明书cn109113936a提供了一种隧道活塞风发电装置，通过叶片转动带动同轴的凸轮转动，压电片自由端的位移随着凸轮的轮廓的向径变化而振动发电，机械碰撞式的发电大大减少了发电单元的寿命。中国发明专利申请公布说明书cn109795331a提供了一种城轨列车风力发电能量综合利用系统。利用列车在隧道中行驶的风力发电，可以直接为列车和其他隧道内用电设备供电，但该专利所述的风力发电装置仅使用风叶作为能量收集装置，同时只在较大风力下，风机才开始工作，风能的利用率低下。

技术实现要素：

本部分的目的在于概述本发明的实施例的一些方面以及简要介绍一些较佳实施例。在本部分以及本申请的说明书摘要和发明名称中可能会做些简化或省略以避免使本部分、说明书摘要和发明名称的目的模糊，而这种简化或省略不能用于限制本发明的范围。

因此，本发明要解决的技术问题在于克服现有技术中的风力较大时才能发电的缺陷，从而提供一种风力永磁压电双效发电装置。

为解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：一种风力永磁压电双效发电装置，包括，风力发电模块，包括叶片，所述叶片连接有主轴，所述主轴连接有发电机；压电发电模块，包括设置在所述叶片外侧的外壳，所述外壳内侧均布设置有压电振子，所述叶片的叶尖处设置有端部永磁铁。

作为本发明所述一种风力永磁压电双效发电装置的一种优选方案，其中：所述压电振子包括设置在外壳上朝向主轴的弹性悬臂梁，所述弹性悬臂梁两侧紧贴设置有压电层，所述压电层远离所述弹性悬臂梁一侧紧贴设置有保护层，所述弹性悬臂梁连接有圆弧状永磁铁。

作为本发明所述一种风力永磁压电双效发电装置的一种优选方案，其中：所述主轴与所述发电机之间设置有升速齿轮箱，所述发电机连接有第一整流器，所述第一整流器连接有蓄电池，所述蓄电池连接有逆变器，所述逆变器连接负载。

作为本发明所述一种风力永磁压电双效发电装置的一种优选方案，其中：所述第一整流器和所述蓄电池还连接有控制电路。

作为本发明所述一种风力永磁压电双效发电装置的一种优选方案，其中：所述外壳连接有第二整流器，所述第二整流器连接所述逆变器。

作为本发明所述一种风力永磁压电双效发电装置的一种优选方案，其中：所述主轴上设置有轴承，所述外壳固定于所述轴承上。

作为本发明所述一种风力永磁压电双效发电装置的一种优选方案，其中：所述叶片转动半径r1，所述圆弧状永磁铁圆弧半径r2，所述圆弧状永磁铁弧长l，所述弹性悬臂梁长度l，其之间关系应满足l/l＝0.2～0.6，r1/r2＝0.5～0.8。

作为本发明所述一种风力永磁压电双效发电装置的一种优选方案，其中：所述叶片沿主轴周向设置有多个，所述叶片数量大于等于3个且小于等于8个，所述压电振子数量小于30。

作为本发明所述一种风力永磁压电双效发电装置的一种优选方案，其中：圆弧状永磁铁的磁极方向一致，相邻的端部永磁铁磁极方向相反。

本发明的有益效果：本发明采用风力发电与压电发电双效结合的模式，在相同风力资源情况下额外增加了一种风能利用方式，增加了发电量；采用相互作用的无接触永磁铁结构既充分利用压电材料的压电效应，同时从根本上避免了机械撞击对发电单元寿命的影响。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。其中：

图1为风力永磁压电双效发电系统整体结构示意图；

图2为压电振子与叶片位置结构示意图；

图3为压电振子内部结构与端部永磁铁配合处放大示意图；

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合说明书附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是本发明还可以采用其他不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。

实施例1

本实施例提供了一种风力永磁压电双效发电装置，如图1-3所示，包括，

风力发电模块100，包括叶片101，叶片101连接有主轴102，主轴102连接有发电机103；压电发电模块200，包括设置在叶片101外侧的外壳201，叶片101与外壳201的位置是相对固定不变的，外壳201内侧均布设置有压电振子202，叶片101的叶尖处设置有端部永磁铁203。

主轴102与发电机103之间设置有升速齿轮箱104，发电机103连接有第一整流器105，第一整流器105连接有蓄电池106，蓄电池106连接有逆变器107，逆变器107连接负载108，第一整流器105和蓄电池106还连接有控制电路109；外壳201连接有第二整流器204，第二整流器204连接逆变器107。

叶片101将风的动能转换为机械能，再通过主轴102的旋转与升速齿轮箱104的增速，将动力传递给发电机103，发电机103将机械能转换为电能，并将转换的电能传送至第一整流器105，通过控制电路109对第一整流器105和蓄电池106进行控制，保证稳定的电压和频率，再通过逆变器107与负载108相连；叶片101与压电振子202相互作用，生成的电能通过第二整流器204输送到逆变器107流向负载108。

本实施例中采用风力发电与压电发电双效结合的模式，在相同风力资源情况下额外增加了一种风能利用方式，有效增加了发电量。

实施例2

本实施例不同于上一个实施例的是，如图1-3所示，

压电振子202包括设置在外壳201上朝向主轴102的弹性悬臂梁202a，弹性悬臂梁202a两侧紧贴设置有压电层202b，压电层202b远离弹性悬臂梁202a一侧紧贴设置有保护层202c，弹性悬臂梁202a连接有圆弧状永磁铁202d；叶片101转动时，端部永磁铁203与弹性悬臂梁202a自由端的圆弧状永磁铁202d相互作用。

压电层202b通过环氧树脂胶或导电胶固定在弹性悬臂梁202a上，压电层202b材料设置为为压电单晶体薄片或压电陶瓷片；保护层202c通过环氧树脂胶或导电胶固定在压电层202b上，材料为柔性橡胶，弹性悬臂梁202a材料为铜、铝或者铝合金薄片。压电振子202振动导致压电材料发生形变，产生正压电效应，生成电能，通过第二整流器204、逆变器107将电能传送至负载108。

主轴102上设置有轴承102a，外壳201固定于轴承102a上；叶片101转动半径r1，圆弧状永磁铁202d圆弧半径r2，圆弧状永磁铁202d弧长l，弹性悬臂梁202a长度l，其之间关系应满足l/l＝0.2～0.6，r1/r2＝0.5～0.8，可以通过调整l/l和r1/r2的值来调整弹性悬臂梁压电振子的振幅。

叶片101沿主轴102周向设置有多个，叶片101数量大于等于3个且小于等于8个，叶片个数可以改变发电量，叶片越多，旋转过程中永磁铁的震动次数越多，但数量过多可能会导致永磁铁还没有摆动到最大振幅就被吸回去，因此优选叶片数量在3～8个之间；压电振子202数量小于30，压电振子对称布置，可根据布置场所及用电负荷相应改变压电振子个数，数量不宜过大，以免相邻两个圆弧状永磁铁摆动过程中受到撞击，一次你优选数量小于30个。

圆弧状永磁铁202d的磁极方向一致，相邻的端部永磁铁203磁极方向相反。如图3所示，当s极端部永磁铁203经过圆弧状永磁铁202d上部时，根据磁性，会带动压电振子202向右偏移，而当n极端部永磁铁203到达圆弧状永磁铁202d上部时，会带动压电振子202向左偏移，叶片101转动使压电振子202周期性产生受迫振动，运动过程中，在最大振幅处，端部永磁铁203与圆弧状永磁铁202d也不会碰撞。

本发明创新性地将叶片101叶尖处材料设置为端部永磁铁203，以及将压电振子202上的方体质量块更改为与叶片101转动趋势相符的圆弧状永磁铁202d，一方面叶片转动，通过发电机将转动机械能转换为电能；另一方面，叶片转动导致叶片叶尖处端部永磁铁203与压电振子202顶端圆弧状永磁铁202d相对位置发生改变，周期变换的磁极导致压电振子202在磁力作用下产生受迫振动，弹性悬臂梁上压电材料根据正压电效应实现压电发电，压电振子202实现将磁能转换为机械能再转换为电能，此外，永磁铁为圆弧状，使得相互作用的永磁铁相互作用的时间加长，传递给悬臂梁自由端永磁铁的能量变大。两种发电方式相结合，形成一种双效发电模式。

本实施例的有益效果：本发明采用风力发电与压电发电双效结合的模式，在相同风力资源情况下额外增加了一种风能利用方式，增加了发电量；采用相互作用的无接触永磁铁结构既充分利用压电材料的压电效应，同时从根本上避免了机械撞击对发电单元寿命的影响。

重要的是，应注意，在多个不同示例性实施方案中示出的本申请的构造和布置仅是例示性的。尽管在此公开内容中仅详细描述了几个实施方案，但参阅此公开内容的人员应容易理解，在实质上不偏离该申请中所描述的主题的新颖教导和优点的前提下，许多改型是可能的(例如，各种元件的尺寸、尺度、结构、形状和比例、以及参数值(例如，温度、压力等)、安装布置、材料的使用、颜色、定向的变化等)。例如，示出为整体成形的元件可以由多个部分或元件构成，元件的位置可被倒置或以其它方式改变，并且分立元件的性质或数目或位置可被更改或改变。因此，所有这样的改型旨在被包含在本发明的范围内。可以根据替代的实施方案改变或重新排序任何过程或方法步骤的次序或顺序。在权利要求中，任何“装置加功能”的条款都旨在覆盖在本文中所描述的执行所述功能的结构，且不仅是结构等同而且还是等同结构。在不背离本发明的范围的前提下，可以在示例性实施方案的设计、运行状况和布置中做出其他替换、改型、改变和省略。因此，本发明不限制于特定的实施方案，而是扩展至仍落在所附的权利要求书的范围内的多种改型。

此外，为了提供示例性实施方案的简练描述，可以不描述实际实施方案的所有特征(即，与当前考虑的执行本发明的最佳模式不相关的那些特征，或于实现本发明不相关的那些特征)。

应理解的是，在任何实际实施方式的开发过程中，如在任何工程或设计项目中，可做出大量的具体实施方式决定。这样的开发努力可能是复杂的且耗时的，但对于那些得益于此公开内容的普通技术人员来说，不需要过多实验，所述开发努力将是一个设计、制造和生产的常规工作。

应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。