一种压电－电磁往复式风能采集设备及其管理系统

技术领域

本发明属于能源转化技术领域，具体涉及一种压电－电磁往复式风能采集设备及其管理系统。

背景技术

风力发电利用的是自然能源。相对柴油发电要好得多。但是若应急来用的话，还是不如柴油发电机。风力发电不可视为备用电源，但是却可以长期利用。使用风力发电机，就是源源不断地把风能变成我们家庭使用的标准市电，其节约的程度是明显的，一个家庭一年的用电只需20元电瓶液的代价。而现在的风力发电机比几年前的性能有很大改进，以前只是在少数边远地区使用，风力发电机接一个15W的灯泡直接用电，一明一暗并会经常损坏灯泡。而现在由于技术进步，采用先进的充电器、逆变器，风力发电成为有一定科技含量的小系统，并能在一定条件下代替正常的市电；

但是现有的风能发电设备依然会存在能量的浪费，不能最大效率地提高发电效率，转换率不佳，为了解决这一问题，本发明提供了一种高转化率的风能发电设备。

发明内容

本发明的目的在于提供一种压电－电磁往复式风能采集设备及其管理系统，以解决上述的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种压电－电磁往复式风能采集设备，包括顶盖，所述顶盖底部设置有上壳体，所述上壳体底部设置有下壳体，所述顶盖外侧设置有两个对称设置的进出风筒，且其中一个进出风筒长于另一个进出风筒，所述进出风筒内部设置有导向组件，所述顶盖内壁上活动连接有固定块，所述固定块底部设置有用于支撑称重杆，所述称重杆底部顶盖的底壁上开设有通风孔，所述通风孔底部设置有与顶盖内部相连通的套筒，所述套筒内部设置有螺旋叶片，螺旋叶片通过转轴与称重杆轴承连接，所述螺旋叶片底部固定连接有传动轴，并且传动轴底部延伸至下壳体内部并且固定连接有往复丝杆，所述往复丝杆外侧套设有圆盘，所述圆盘与往复丝杆之间通过轴承座连接，所述圆盘外侧至少固定连接有一个金属片，所述金属片一端与下壳体内壁接触，所述金属片外侧固定设置有压电材料，所述往复丝杆延伸出下壳体的一端传动连接有发电机。

优选的，所述导向组件包括至少一个通过中心轴与顶盖内壁活动连接的挡风片，所述挡风片与顶盖内壁之间固定连接有弹簧。

优选的，所述顶盖内部两侧均设置有配重块，所述配重块通过连杆与顶盖内部的固定块连接。

优选的，所述套筒底部的与下壳体之间设置有用于活动连接的轴承。

优选地，较长的所述进出风筒一侧设置有可拆卸的密封块。

优选的，所述顶盖中部设置有用于导风的挡片，所述挡片设置于两个所述进出风筒连线的中轴线上。

优选的，所述基座内部设置有电流计、稳压器和整流器，所述电流计上设置有液晶屏。

本发明的技术效果和优点：利用挡风片的导向产生气流吹入装置后，气流会在装置内部生涡振现象，使装置内部的气体产生涡流振动；同时还会产生驰震现象，气体在装置内部流动时会出现压力震荡，一起带动中心轴上的两块振动片及振动片两侧的以石墨烯为原料的压电材料振动从而发电；

然后再通过风力吹动套筒内部的螺旋叶片进行旋转，带动圆盘上下来回的运作，使得铜片上的压电材料受到挤压而发电。圆盘运动到极限时就会向下运动从而使下方压电材料发电，每个压电材料外侧与相对性的外壳内侧均镶嵌有磁铁，当铜片弯曲时两相对的磁铁就会相互吸引从而减少圆盘运动的阻力提高发电效率；

最后再利用旋转的往复丝杆将动力传输至发电机上进行三次发电；

整体极大地提高了发电的效率。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明的上壳体内部结构示意图；

图3为本发明的下壳体内部结构示意图；

图4为本发明图3中A部局部放大图；

图5为本发明的顶盖内部结构示意图；

图6为本发明的基座内部结构示意图；

图7为本发明的压电片的压力变化云图。

图中：1、基座；101、液晶屏；102、电流计；103、稳压器；104、整流器；2、下壳体；3、上壳体；4、进出风筒；5、顶盖；9、套筒；10、固定块；11、挡风片；12、弹簧；13、往复丝杆；14、金属片；15、压电材料；17、圆盘；18、挡片；19、轴承；20、配重块；21、称重杆；22、通风孔；23、发电机。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明提供了如图中所示的一种压电－电磁往复式风能采集设备，包括顶盖5，顶盖5底部设置有上壳体3，上壳体3底部设置有下壳体2，顶盖5外侧设置有两个对称设置的进出风筒4，且其中一个进出风筒4长于另一个进出风筒4，进出风筒4内部设置有导向组件，顶盖5内壁上活动连接有固定块10，固定块10底部设置有用于支撑称重杆21，称重杆21底部顶盖5的底壁上开设有通风孔22，通风孔22底部设置有与顶盖5内部相连通的套筒9，套筒9内部设置有螺旋叶片，螺旋叶片通过转轴与称重杆21轴承连接，螺旋叶片底部固定连接有传动轴，并且传动轴底部延伸至下壳体2内部并且固定连接有往复丝杆13，往复丝杆13外侧套设有圆盘17，圆盘17与往复丝杆13之间通过轴承座连接，圆盘17外侧至少固定连接有一个金属片14，金属片14一端与下壳体2内壁接触，金属片14外侧固定设置有压电材料15，往复丝杆13延伸出下壳体2的一端传动连接有发电机23。

具体地，导向组件包括至少一个通过中心轴与顶盖5内壁活动连接的挡风片11，挡风片11与顶盖5内壁之间固定连接有弹簧12。

具体地，顶盖5内部两侧均设置有配重块20，配重块20通过连杆与顶盖5内部的固定块10连接。

具体地，套筒9底部的与下壳体2之间设置有用于活动连接的轴承19。

具体地，较长的进出风筒4一侧设置有可拆卸的密封块。

具体地，顶盖5中部设置有用于导风的挡片18，挡片18设置于两个进出风筒4连线的中轴线上。

具体地，还包括设置于下壳体2底部的基座1，基座1内部设置有电流计102、稳压器103和整流器104，电流计102上设置有液晶屏101。

工作原理：在使用本发明时，利用两个进出风筒4的设置，可以通过较长的进出风筒4受风力风向易处于后方，然后通过较短的进出风筒4进行迎风进风，然后通过事先调节好挡风片11的角度，使进来的风受挡风片11的导向产生气流吹入装置后，气流会在装置内部生涡振现象，使装置内部的气体产生涡流振动；同时还会产生驰震现象，气体在装置内部流动时会出现压力震荡，一起带动中心轴上的两块振动片及振动片两侧的以石墨烯为原料的压电材料振动从而发电；

然后再通过固定块10将气体倒入套筒9内部，然后利用风力吹动套筒9内部的螺旋叶片进行旋转，然后利用螺旋叶片的旋转带动往复丝杆13的旋转，然后利用往复丝杆13与圆盘17之间通过轴承座连接的关系，旋转的往复丝杆13会带动圆盘17上下来回的运作，当圆盘17向上运动时，上方四块铜片受压弯曲，使得铜片上的压电材料受到挤压而发电。圆盘17运动到极限时就会向下运动从而使下方压电材料发电，每个压电材料外侧与相对性的外壳内侧均镶嵌有磁铁，当铜片弯曲时两相对的磁铁就会相互吸引从而减少圆盘17运动的阻力提高发电效率；

最后再利用旋转的往复丝杆13将动力传输至发电机23上进行三次发电；

整体极大的提高了发电的效率；

然后本发明产生电流后，经整流器稳压器将传出的电流的控制和稳压。确保了电路中的电压始终维持在设定范围内，避免因电压波动导致的设备故障和损坏，同时将交流电信号转换成直流电信号，滤波作用消除掉直流电信号中的纹波，保证输出的电流更加稳定。

电流经滤波和稳压后供给于蓄电池提供充电电压，起到充电器的作用。此过程电流计102测量流经的电流大小，而后电流大小通过电流计液晶屏101显示并由esp8266连接的摄像头对数据进行识别并作出反馈；

F＝1/2pAv^2C

F为风造成的推力，p为风的密度取0.9～1.4kg/m^3,A为扇叶受力面积为0.004m^2，v为风速取3～10km/s，C为风阻系数，取0.25，扇叶斜面角度约为45°，则分力F'＝根号2/2F，F'＝pAv^2η，η为扇叶效率，取65％；

综上所述，本发明采用单一的压电——电磁互补的工作方式，当流体经过装置顶部的风口进入装置内部，通过往复丝杆的往复运动实现动能到电能的转化收集。在3m/s～10m/s范围内的山谷风取平均风速，本装置的整体能量转化率取55％。以工作环境为狭窄的山谷地区作为研究对象。基于一般情况下山谷地形常年的平均风速，风密度等数据为基础，分析了安装在山谷地区的风力发电装置的能量手收集效果，模拟了发电片的应力变化等数据。当风速在3m/s左右时，装置收集的风能可以带动装置内部的阿基米德螺旋泵以1.106m/s的速度旋转。当风速达到最大的10m/s时，装置收集的风能可以带动阿基米德螺旋泵以3.685m/s的速度旋转。通过以上数据发现，在入风口可以根据风向随时改变的情况下，该装置横向对比一般的风力发电设备拥有更高的能量收集和转化效率，且运用了多级发电技术，相比传统的发电设备在工作效率上拥有更大优势。

最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换,凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。