[发明专利]一种低风速可启动的电磁—压电复合式风力发电机

说明书

技术领域:

本发明涉及新能源领域，具体涉及一种低风速可启动的电磁—压电复合式风力发电机。

背景技术

进入21世纪以来，随着科技的进步人类对新能源的开发与应用的程度加大，其中风能更是作为一种广泛存在的清洁能源备受重视。提高风能电能间的转化率一直是研究发电机的重点与难点。在传统风力发电机中，对风速的要求往往过高，为了提高对风能利用率，利用压电材料的特性，将压电装置运用到传统风力发电机上，可以降低发电机对风速的要求，提高风能的转化率。

对传统小型发电机的改造，应用压电悬臂梁提高压电装置的发电效率，使其在各风速下均能发电。同时为避免压电材料高频下的损毁，利用离心式离合器在高风速下停止压电发电装置的运行。应用同步电荷提取技术进一步提高压电部分的发电效率，并与电磁式发电装置所产生的电能共同为蓄电池充电。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于，克服现有技术缺陷，提供一种低风速可开启，且高风速下自动保护压电材料的压电风能发电机。该发电机包括风机，悬臂梁式压电振子，离心式离合器及第一轴、第二轴。悬臂式压电振子的最优发电工况发生于风机转速较低时段，从而风机开启风速得以降低。启动的风机首先带动前后端盖进行回转运动，其内吸附的磁铁即转子部分与固定的盘型线圈即定子部分相对转动，切割磁感线，从而实现风能转换为机械能并通过电磁感应效应将机械能转换为电能，实现所述装置第一部分的电能收集。低速状态下，所述后端盖连接第一轴做回转运动，通过离心式离合器将转矩传递至第二轴，轴上凸起有效击打压电悬臂梁迫使其形变，从而通过压电效应将机械能转换为电能，实现所述装置第二部分的电能收集。高风速下，第一轴转速提高，当风速达到临界值时离心式离合器作用，离合器臂张开，实现第一轴与第二轴运动的分离，从而实现所述装置高风速下对压电材料的自动保护。

为实现上述目的，本发明的技术方案如下：

一种低风速可开启，且高风速下自动保护压电材料的压电风能收集装置，风机在低风速下开启。压电发电装置中的压电发电材料根据装置所属风区最常风速进行选取，从而保证风机在低风速下的发电效率。

所述压电发电装置包括离心式离合器后端连接的第二轴，及圆柱形箱体内壁周向固定的压电悬臂梁。压电悬臂梁采用双晶模式，上下各附有PVDF薄膜。压电悬臂梁末端插在箱体内壁的滑槽里；自由端与第二轴上的凸起有重合，从而保证低风速下第二轴在旋转时有效打击压电悬臂梁。

在低风速下，风机叶片带动第二轴旋转，击打压电悬臂梁迫使其发生形变，从而利用压电效应产生电能并收集。

前述的低风速可开启及高风速下自动保护压电材料的压电风能收集装置中，所述的压电悬臂梁为模块化设计。压电悬臂梁末端插在箱体内壁的滑槽里，取下箱体后盖，每一片压电振子可以自由得从滑槽中滑出或向滑槽内安装新的压电振子，从而实现前述压电风能发电部分的模块化。

前述的离心式离合器外形为圆柱体，中心有通孔，内部设有两个离合器臂和对应的受压弹簧，离合器臂内含有高密度的质量球。低转速下弹簧压紧离合器臂，使其抱紧第二轴从而传递叶片旋转的转矩；高转速下，离合器臂与其内的质量球受离心力作用压缩弹簧，克服弹簧作用力张开，松开第二轴。从而实现传动的隔离，保护压电悬臂梁，避免其在高频激励下发生失效或发电情况不稳的情况。

本发明的有益效果：

与现有技术相比，本发明将风能转化为机械能，分别利用电磁感应效应和压电效应将机械能转化为电能，最终整流后为所需设备进行供电。压电设备收集的电能可用于远端无线传感节点或人员到达困难的低功耗器件或系统的自供电，使其不用定期更换化学电池，节省人力物力；发电机设备收集的电能可正常汇入电网或整流后供给家用小型设备，与传统风机类似；压电发电部分的设置使电机在较低风速下可开启，且能保证一定的发电量，相比原始单发电机发电的设备，本发明发电效率更高，实现了对低速风能的俘获；电机发电所在的第一轴和压电材料发电所在的第二轴可在一定转速下脱离，克服了引入压电材料发电带来的高频激励下发电不稳或材料易发生损坏的问题；模块化设计，可对悬臂梁进行更换和个数调节，方便维修和改造；本发明还具有材料消耗少，使用寿命长，成本低，易于生产、安装和维护等优点。

附图说明

图1是低风速可启动的电磁—压电复合式风力发电机示意图。

图2是风机局部示意图。

图3是离心式离合器示意图。