一种基于压电效应的风力发电装置

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1.本实用新型涉及风力发电领域，特别是涉及一种基于压电效应的风力发电装置。

背景技术：

2.风能是一种受到广泛关注的新型清洁能源，而将风能转换为电能存储的一种重要手段就是利用压电陶瓷。针对于现有的一些采用压电陶瓷进行风力发电的设备，通过都会采用一系列传动机构，如齿轮和凸轮等，促使压电陶瓷形变。由于这些传动机构的存在，导致了风能的损失，压电陶瓷的形变量被明显降低，故而风能转化为电能的转化效率很低，也就导致了这些风力发电设备发电功率不足，缺乏实际应用价值。

技术实现要素：

3.基于此，有必要针对风能在转化成电能过程中能耗损失大的问题，提供一种基于压电效应的风力发电装置。
4.一种基于压电效应的风力发电装置，包括基座、摆动杆、套筒、压板、安装板以及多块压电陶瓷板，摆动杆的下端固定在基座上，套筒定位在基座上，摆动杆的下部位于套筒中间，摆动杆的上端位于套筒上方，安装板的边缘和套筒内壁固定，安装板的中间开设有避让孔，摆动杆穿过避让孔并与避让孔的边缘之间留有空隙，所有压电陶瓷板沿摆动杆的周向依次设置在安装板上以形成陶瓷板阵列，压板固定在摆动杆位于陶瓷板阵列中间的部分上。
5.本实用新型的有益效果为：
6.摆动杆顶部受到吹风后，依靠自身形变带动压板直接对压电陶瓷板进行挤压，完成机械能的传导，而不需要依靠如齿轮凸轮等复杂的机械传导结构，该传导过程中机械能的损失较小，因此最终产生的电能也就相较现有技术更大，风能向电能的转化率更高。
7.实用新型所述基座上安装有稳流器和储能器，储能器通过稳流器电连接至陶瓷板阵列。
8.实用新型还包括固定在基座上表面的壳体，稳流器和储能器均安装在壳体内，套筒下端内壁和壳体的外壁卡接，壳体上开设有定位孔，摆动杆穿过定位孔以获得定位。
9.实用新型所述安装板位于壳体上方，安装板的边缘内凹形成走线口。
10.实用新型还包括迎风筒，摆动杆位于套筒上方的部分沿轴向依次设置有多个卡板，卡板卡接在迎风筒内。
11.实用新型所述迎风筒位于套筒的上方并和套筒之间留有空隙。
12.实用新型所述迎风筒的外壁为圆台面，迎风筒的顶部半径大于底部半径。
13.实用新型所述避让孔的形状与陶瓷板阵列的形状相匹配，压电陶瓷板位于避让孔的边缘处。
14.实用新型相邻两个压电陶瓷板之间留有空隙。
15.实用新型相对设置的两个压电陶瓷板之间通过弹性绳索进行捆绑。
附图说明
16.图1为本实用新型实施例的风力发电装置主视结构示意图；
17.图2为本实用新型实施例的风力发电装置在主视方向上的剖面结构示意图；
18.图3为图2中a处放大结构示意图；
19.图4为为本实用新型实施例陶瓷板阵列处的俯视结构示意图水平转动一定角度后形成的视图。
20.附图标记：
21.1、迎风筒，2、摆动杆，21、压板，3、基座，4、套筒，5、卡板，6、壳体，7、安装板，71、走线口，72、避让孔，8、压电陶瓷板。
具体实施方式
22.为使本实用新型的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本实用新型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实用新型。但是本实用新型能够以很多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实用新型内涵的情况下做类似改进，因此本实用新型不受下面公开的具体实施例的限制。
23.在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。
24.此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本实用新型的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
25.在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
26.在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
27.需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平
的”、“上”、“下”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。
28.参阅图1-4，本实施例提供了一种基于压电效应的风力发电装置，包括迎风筒1、基座3、摆动杆2、套筒4、压板21、安装板7、壳体6以及多块压电陶瓷板8。
29.其中基座3可以是金属材质的座体，采用膨胀螺钉固定在地面上，也可以是用水泥浇筑在地面上的基台。摆动杆2大体呈竖直设置，摆动杆2的下端固定在基座3上，例如本实施例中，摆动杆2的下端预埋在基座3内，以使得摆动杆2的下端获得定位支撑。
30.摆动杆2的长度比较长，一般是在2m乃至3m以上，由于其不是完全的刚性杆，因此摆动杆2顶部受到风的吹动后就容易在基座3产生晃动弯曲，该晃动会向摆动杆2的底部逐渐传导，引发摆动杆2底部的晃动弯曲。可以理解的是，摆动杆2越接近底部则晃动越不明显，其中压板21固定在摆动杆2上，因此压板21会随着摆动杆2的晃动而晃动。
31.套筒4定位在基座3上，摆动杆2的下部位于套筒4中间，套筒4的长度比较短，其一般仅为摆动杆2长度的三分之一或者四分之一，其同样大体竖直设置在基座3上，相应的，摆动杆2的上端位于套筒4上方。可以理解的是，由于套筒4长度较短，且靠近地面，因此受到的风力较小，即使受到吹风也不会产生明显晃动，因此其实际可以近似为一个刚体，也就可以忽略其相对基座3和地面产生的晃动。安装板7的边缘和套筒4内壁固定，例如可以使安装板7和套筒4内壁过盈配合，以防止安装板7在套筒4内活动。所有压电陶瓷板8均安装在安装板7的上表面，由此也就固定了压电陶瓷板8和基座3之间的相对位置。安装板7对压电陶瓷板8形成了支撑作用，以使得压电陶瓷板8和摆动杆2非形变状态下的轴向处于平行状态。
32.其中，所有压电陶瓷板8沿摆动杆2的周向依次设置，形成陶瓷板阵列，压板21则位于陶瓷板阵列中间。摆动杆2非形变状态下，压板21与每个压电陶瓷板8都处于分离或者贴合(无相互压力作用)，而当摆动杆2受到吹风后发生摆动，就会带动压板21活动，使得压板21对一个或者若干个压电陶瓷板8产生挤压，产生电能。而当回到无风状态时，摆动杆2在自身弹性作用下复位，压板21重新和所有压电陶瓷板8回到无相互挤压的状态。
33.此外压电陶瓷板8和套筒4内壁之间应当留出适当的间隙，以提供压电陶瓷板8形变时所需要的空间。
34.由此可见，摆动杆2顶部受到吹风后，依靠自身形变带动压板21直接对压电陶瓷板8进行挤压，完成机械能的传导，而不需要依靠如齿轮凸轮等复杂的机械传导结构，该传导过程中机械能的损失较小，因此最终产生的电能也就相较现有技术更大，风能向电能的转化率更高。
35.当然，依据前述可知，摆动杆2过于靠近底部的部分形变量不会太大，因此也无法使压电陶瓷板8产生过大的形变量，能量转化效率较低，因此可以通过安装板7在套筒4内的安装位置调节压电陶瓷板8在摆动杆2轴向上的位置，以避免压电陶瓷板8过于靠近摆动杆2的底部。
36.如果风力较大，摆动杆2的形变量过大，也可能导致压电陶瓷板8的形变超出限度，造成压电陶瓷板8的毁损。靠近地面的套筒4也使得压电陶瓷板8不会过于靠近摆动杆2顶部，对压电陶瓷板8的形变量起到了有效地限制作用。
37.可以理解的是，压电陶瓷板8的形变是其对摆动杆2的晃动进行阻碍的结果，因此摆动杆2同时挤压的压电陶瓷板8数量越多，那么单个压电陶瓷板8的形变量也就越小，摆动
杆2的晃动幅度也就越小，压电陶瓷板8的安全性也就越高。因此，在其他一些实施例中，可以在套筒4内沿摆动杆2轴向设置多个陶瓷板阵列，以达到该目的。
38.摆动杆2的晃动需要一定的水平空间，为了防止套筒4内壁上的安装板7对摆动杆2的晃动产生限制，避免摆动杆2晃动时部分机械能被安装板7吸收，安装板7的中间开设有避让孔72，摆动杆2穿过避让孔72并与避让孔72的边缘之间留有空隙，安装板7通过避让孔72对摆动杆2的摆动进行避让。
39.考虑到风力的不稳定性，压电陶瓷板8的形变量很可能时刻处于变化，导致输出的电流并不稳定，因此陶瓷板阵列先和稳流器电连接，再通过稳流器和储能器电连接，以通过稳流器对储能器进行保护。为了方便陶瓷板阵列、稳流器和储能器进行电连接，稳流器和储能器均安装在基座3上。
40.由前述可知，摆动杆2的底部一般不会设置压电陶瓷板8，因此摆动杆2底部位置较为空旷，故而可以将稳流器和储能器均安装在壳体6内，并且壳体6固定在基座3上表面，以对摆动杆2底部的空间进行利用。套筒4的顶部并非密封，且存在避让孔72，因此壳体6可以防止稳流器和储能器外露，对二者进行保护。壳体6通过外壁与套筒4下端内壁卡接，实现对壳体6的定位，进而省去套筒4和基座3之间额外的固定步骤。
41.此外，壳体6上开设有定位孔，摆动杆2穿过定位孔以获得定位，此时摆动杆2除了其下端在基座3上获得定位之外，其在定位孔处的部分也获得了定位，以此使得摆动杆2靠近底部的部分获得足够的支撑，减少其因应力过大产生的断裂情况的发生。
42.参见图4，优选的，安装板7位于壳体6上方，安装板7的边缘内凹形成走线口71。压电陶瓷板8可以在走线口71处进行走线，以实现和壳体6内的稳流器的电连接，以避免摆动杆2的晃动对电线产生干涉，提升线路连接稳定性和安全性。如果安装板7数量较多的情况下，可以使所有的走线口71在套筒4轴向上的投影重合，以减少线路的弯曲布置，便于理线。
43.为了使摆动杆2在任意方向上晃动都能带动压板21挤压至少一个压电陶瓷板8，一般压板21设置为圆板，同时其采用绝缘材料制作，摆动杆2穿过压板21的圆心位置。摆动杆2非形变状态下，压板21和每个压电陶瓷板8都保持相切的状态。
44.压板21位于避让孔72的上方，以和压电陶瓷板8相对。如果压板21较为靠近避让孔72，那么在摆动杆2晃动的时候，避让孔72可能也需要对压板21起到一定的避让作用。故而避让孔72的形状并不需要限制成圆孔，而是与陶瓷板阵列的形状相匹配，以使得每个压电陶瓷板8都位于避让孔72的边缘处。例如本实施例压电陶瓷板8数量为六个，近似呈正六边形排布，因此避让孔72的边缘轮廓也为正六边形。
45.除此之外，可以预想的是，摆动杆2在一些方向上晃动，可能同时挤压相邻两个压电陶瓷板8，此时相邻两个压电陶瓷板8之间可能会相互干涉，导致部分应力相互抵消，最终整体形变量降低，造成能够转化的电能减少。因此相邻两个压电陶瓷板8之间一般留有空隙，以减少其之间相互干涉情况的发生。
46.在其他一些实施例中，相对设置的两个压电陶瓷板8之间通过弹性绳索(如橡皮筋)进行捆绑。因此当压板21挤压一个压电陶瓷板8使其形变的时候，该形变的压电陶瓷板8能够通过弹性绳索带动其相对的压电陶瓷板8朝同一个方向形变，以减少单个压电陶瓷板8形变量过大情况的发生。
47.摆动杆2顶部呈杆状，能够最大承受的风量有限，因此将迎风筒1设置在摆动杆2的
顶部，通过迎风筒1提升能够接收的风量，并以此传导至摆动杆2，提升摆动杆2的晃动程度，提成风能的收集效率。
48.当然，摆动杆2顶部承受太大重量，可能导致其始终朝向单侧形变，无法因吹风产生晃动，也就无法持续输出电流。由此为了降低迎风筒1的重量，摆动杆2位于套筒4上方的部分沿轴向依次设置有多个卡板5，卡板5卡接在迎风筒1内，一方面使得迎风筒1内部形成中空结构，降低了其重量，另一方面也完成了摆动杆2顶部和迎风筒1之间的连接。
49.摆动杆2晃动的时候会带动迎风筒1一并晃动，为了防止套筒4顶部和迎风筒1发生撞击，造成能量损失，迎风筒1位于套筒4的上方并和套筒4之间留有空隙，避免迎风筒1和套筒4顶部形成套接关系。
50.优选的，迎风筒1的外壁为圆台面，迎风筒1的顶部半径大于底部半径，以此增加摆动杆2顶部的不稳定性，在受风吹动的时候更容易产生晃动。
51.以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
52.以上所述实施例仅表达了本实用新型的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对实用新型专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本实用新型的保护范围。因此，本实用新型专利的保护范围应以所附权利要求为准。

技术特征：

1.一种基于压电效应的风力发电装置，其特征在于，包括基座、摆动杆、套筒、压板、安装板以及多块压电陶瓷板，摆动杆的下端固定在基座上，套筒定位在基座上，摆动杆的下部位于套筒中间，摆动杆的上端位于套筒上方，安装板的边缘和套筒内壁固定，安装板的中间开设有避让孔，摆动杆穿过避让孔并与避让孔的边缘之间留有空隙，所有压电陶瓷板沿摆动杆的周向依次设置在安装板上以形成陶瓷板阵列，压板固定在摆动杆位于陶瓷板阵列中间的部分上。2.根据权利要求1所述的基于压电效应的风力发电装置，其特征在于，所述基座上安装有稳流器和储能器，储能器通过稳流器电连接至陶瓷板阵列。3.根据权利要求2所述的基于压电效应的风力发电装置，其特征在于，还包括固定在基座上表面的壳体，稳流器和储能器均安装在壳体内，套筒下端内壁和壳体的外壁卡接，壳体上开设有定位孔，摆动杆穿过定位孔以获得定位。4.根据权利要求3所述的基于压电效应的风力发电装置，其特征在于，所述安装板位于壳体上方，安装板的边缘内凹形成走线口。5.根据权利要求1所述的基于压电效应的风力发电装置，其特征在于，还包括迎风筒，摆动杆位于套筒上方的部分沿轴向依次设置有多个卡板，卡板卡接在迎风筒内。6.根据权利要求5所述的基于压电效应的风力发电装置，其特征在于，所述迎风筒位于套筒的上方并和套筒之间留有空隙。7.根据权利要求5所述的基于压电效应的风力发电装置，其特征在于，所述迎风筒的外壁为圆台面，迎风筒的顶部半径大于底部半径。8.根据权利要求1所述的基于压电效应的风力发电装置，其特征在于，所述避让孔的形状与陶瓷板阵列的形状相匹配，压电陶瓷板位于避让孔的边缘处。9.根据权利要求1所述的基于压电效应的风力发电装置，其特征在于，相邻两个压电陶瓷板之间留有空隙。10.根据权利要求1所述的基于压电效应的风力发电装置，其特征在于，相对设置的两个压电陶瓷板之间通过弹性绳索进行捆绑。

技术总结

本实用新型涉及一种基于压电效应的风力发电装置，包括基座、摆动杆、套筒、压板、安装板以及多块压电陶瓷板，摆动杆的下端固定在基座上，套筒定位在基座上，摆动杆的下部位于套筒中间，摆动杆的上端位于套筒上方，安装板的边缘和套筒内壁固定，安装板的中间开设有避让孔，摆动杆穿过避让孔并与避让孔的边缘之间留有空隙，所有压电陶瓷板沿摆动杆的周向依次设置在安装板上以形成陶瓷板阵列，压板固定在摆动杆位于陶瓷板阵列中间的部分上。本实用新型风能向电能的转化率更高。风能向电能的转化率更高。风能向电能的转化率更高。