一种风车类结构的永磁式风力压电发电装置及方法

技术领域

本发明属于压电发电技术领域，具体涉及一种风车类结构的永磁式风力压电发电装置及方法。

背景技术

随着传感器技术的发展，出现了许多超低功耗的传感器，这些极低功耗的传感器使得压电材料产生的电能能够满足其供电需求。目前大多数传感器使用的是电池，有时传感器工作环境特殊，需要安装在人类难以接触或者比较危险的地方，如火电厂需要进行气体污染物检测，空气质量检测传感器需要安装在距离地面50m处，还有偏远山区、峡谷、高空电缆以及气象站等用于空气质量检测的传感器。而传感器的电池电能储量有限，需要定期更换，这样就会造成不变甚至危险。而在自然界中，广泛存在太阳能，潮汐能和风能，其中太阳能发电以及发展非常成熟。风能作为一种绿色环保的可再生资源，越来越受到世界各国的重视，其蕴含量巨大，可比地球上可开发利用的水能总量大10倍。

目前压电振子的主要支撑方式是悬臂支撑，且当风速过高时，悬臂梁结构的压电振子被激励变形后难以及时恢复正常状态，导致发电效果差；并且目前大部分压电风力发电机为接触式，压电振子受到了冲击激励，缩短了压电振子的疲劳寿命。

发明内容

针对现有技术中存在的问题，本发明提供一种风车类结构的永磁式风力压电发电装置及方法，结构简单可靠。

本发明是通过以下技术方案来实现：

一种风车类结构的永磁式风力压电发电装置，包括底座和固定设置于底座上的压电振子腔体，以及可旋设置于底座上的双头风车；

所述双头风车贯穿压电振子腔体设置，所述压电振子腔体内壁设置有多个磁压电振子结构，所述双头风车中段固定间隔设置有多个永磁铁组；

所述多个永磁铁组沿双头风车周向排列设置，永磁铁组包括沿双头风车径向设置的多个第二永磁铁；

所述多个磁压电振子结构均设置于第二永磁铁转动路径侧，且相邻永磁铁组靠近磁压电振子结构侧的磁极相反。

进一步的，所述压电振子腔体为柱状中空结构，其侧壁设置有多个磁压电振子结构。

进一步的，所述磁压电振子结构包括可拆卸连接于压电振子腔体上的铍铜基板，以及依次沿压电振子腔体径向设置于铍铜基板上的压电陶瓷、小球和第一永磁铁。

进一步的，所述电振子腔体侧壁设置有多个通孔，所述通孔与磁压电振子结构位置一一对应。

进一步的，所述铍铜基板、压电陶瓷、小球和第一永磁铁粘接。

进一步的，所述底座包括底板和竖直固设于底板两端的两个长支撑板，以及固设于底板中段的两个短支撑板。

进一步的，所述两个长支撑板顶端均设置有轴承，用于滑动连接双头风车。

进一步的，所述双头风车包括旋转轴，所述旋转轴两端部设置有风扇，旋转轴中部固定设置有支撑结构，所述支撑结构上固定设置有永磁铁组。

进一步的，所述支撑结构为两个固定连接于旋转轴径向的多个U型管，所述U型管的数量为偶数。

一种风车类结构的永磁式风力压电发电方法，包括以下步骤：

S1：双头风车在风力作用下旋转，并带动第二永磁铁转动；

S2：当第二永磁铁与磁压电振子结构磁性相同时，在转动并靠近磁压电振子结构时，产生相斥作用力，磁压电振子结构在挤压力的作用产生电能；

S3：当第二永磁铁与磁压电振子结构磁性相同时，在转动并靠近磁压电振子结构时，产生相吸作用力，磁压电振子结构在拉力的作用消除形变；

S4：双头风车在风力作用下不断重复步骤S2和步骤S3，完成发电。

与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：

本发明提供一种风车类结构的永磁式风力压电发电装置及方法，包括底座和固定设置于底座上的压电振子腔体，以及可旋设置于底座上的双头风车；所述双头风车贯穿压电振子腔体设置，所述压电振子腔体内壁设置有多个磁压电振子结构，所述双头风车中段固定间隔设置有多个永磁铁组；所述多个永磁铁组沿双头风车周向排列设置，永磁铁组包括沿双头风车径向设置的多个第二永磁铁；所述多个磁压电振子结构均设置于第二永磁铁转动路径侧，且相邻永磁铁组靠近磁压电振子结构侧的磁极相反；本申请磁压电振子结构和第二永磁铁为非接触式的结构，能够降低压电振子疲劳，提高其使用寿命，同时，相邻永磁铁组靠近磁压电振子结构侧的磁极相反，能够交替式的向磁压电振子结构提供两种反向的力，辅助磁压电振子结构形变过程，提高机械能转化为电能的稳定性，延长结构的使用寿命。

附图说明

图1为本发明一种风车类结构的永磁式风力压电发电装置的结构示意图；

图2为本发明压电振子腔体的结构示意图；

图3为本发明双头风车的结构示意图；

图4为本发明旋转轴和支撑结构的结构示意图；

图5为本发明底座的结构示意图；

图6为磁压电振子结构的结构示意图；

图7为磁压电振子结构与第二永磁铁靠近的结构示意图。

图中：1、压电振子腔体；2、双头风车；3、U型管；4、底座；12、通孔；13、磁压电振子结构；32、第二永磁铁；131、第一永磁铁；132、小球；133、压电陶瓷；134、铍铜基板；21、旋转轴；22、风扇；41、短支撑板；42、长支撑板；43、轴承；44、底板。

具体实施方式

下面结合具体的实施例对本发明做进一步的详细说明，所述是对本发明的解释而不是限定。

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，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、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，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，都应当属于本发明保护的范围。

需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

本发明提供一种风车类结构的永磁式风力压电发电装置，如图1所示，包括底座4和固定设置于底座4上的压电振子腔体1，以及可旋设置于底座4上的双头风车2；所述双头风车2贯穿压电振子腔体1设置，所述压电振子腔体1内壁设置有多个磁压电振子结构13，所述双头风车2中段固定间隔设置有多个永磁铁组；所述多个永磁铁组沿双头风车2周向排列设置，永磁铁组包括沿双头风车2径向设置的多个第二永磁铁32；所述多个磁压电振子结构13均设置于第二永磁铁32转动路径侧，且相邻永磁铁组靠近磁压电振子结构13侧的磁极相反。

优选的，如图2所示，所述压电振子腔体1为柱状中空结构，其侧壁设置有多个磁压电振子结构13，需要说明的是，所述的多个磁压电振子13可以为多组式的均布于压电振子腔体1侧壁，其可以为四组，分别等距间隔排列设置于电振子腔体1侧壁，用于提供更多的机械能转化电能的接受点，本领域技术人员可以根据实际生产需要，对其数量进行设置。

优选的，如图6和图7所示，所述磁压电振子结构13包括可拆卸连接于压电振子腔体1上的铍铜基板134，以及依次沿压电振子腔体1径向设置于铍铜基板134上的压电陶瓷133、小球132和第一永磁铁131；进一步的，所述电振子腔体1侧壁设置有多个通孔12，所述通孔12与磁压电振子结构13位置一一对应，通孔12用于给铍铜基板134的形变让位；进一步的，所述铍铜基板134、压电陶瓷133、小球132和第一永磁铁131粘接，保证小球132与铍铜基板134点式接触，提高其形变量。

优选的，如图5所示，所述底座4包括底板44和竖直固设于底板44两端的两个长支撑板42，以及固设于底板44中段的两个短支撑板41；进一步的，所述两个长支撑板42顶端均设置有轴承43，用于滑动连接双头风车2。

优选的，如图3和图4所示，所述双头风车2包括旋转轴21，所述旋转轴21两端部设置有风扇22，旋转轴21中部固定设置有支撑结构，所述支撑结构上固定设置有永磁铁组；进一步的，所述支撑结构为多个固定连接于旋转轴21径向的多个U型管3，所述U型管3的数量为偶数；需要说明的是，U型管3的作用在于减少第一永磁铁131和第二永磁铁32的具体，进而能够提高磁压电振子结构13的机械能；同时，所述U型管3的数量与永磁铁组的数量一致。

优选的，所述U型管3靠近压电振子腔体1内壁的区域设置有第二永磁铁32。

本发明提供一种风车类结构的永磁式风力压电发电方法，包括以下步骤：

S1：双头风车2在风力作用下旋转，并带动第二永磁铁32转动；

S2：当第二永磁铁32与磁压电振子结构13磁性相同时，在转动并靠近磁压电振子结构13时，产生相斥作用力，磁压电振子结构13在挤压力的作用产生电能；

S3：当第二永磁铁32与磁压电振子结构13磁性相同时，在转动并靠近磁压电振子结构13时，产生相吸作用力，磁压电振子结构13在拉力的作用消除形变；

S4：双头风车2在风力作用下不断重复步骤S2和步骤S3，完成发电。

需要说明的是，与磁压电振子结构13的磁性相同的永磁铁组用于使得磁压电振子结构13中的铍铜基板134形变，从机械能转变为电能，与磁压电振子结构13的磁性相反的永磁铁组用于使得磁压电振子结构13中的铍铜基板134形变的恢复，便于下一永磁铁组的作用。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的范围。