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一种基于压电原理的 风能发电装置及其实现方法

阅读：695发布：2020-05-11

专利汇可以提供一种基于压电原理的风能发电装置及其实现方法专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且一种基于压电原理的风能发电装置及其实现方法，所述基于压电原理的风能发电装置包含基座、压电主干，压电主干固定安装在基座上，所述压电主干最外侧包裹有防护层，内部含有压电层；所述防护层内侧与压电层外侧之间安装有第一电极层，所述压电层内侧安装第二电极层，所述压电主干最内测为支撑体，所述防护层材质为高分子绝缘材料，第一电极层与第二电极层材质为铜，压电层为单晶压电材料，支撑体由多种材质组成，所述压电主干上端安装枝干，所述枝干上安装光伏板，在自然风作用下，压电主干将产生变形，压电层将在两电极层之间产生电压，即可通过电路引出。该种风能发电装置不仅外形美观、不破坏生态，而且具有运转过程稳定、无噪音等优点。，下面是一种基于压电原理的风能发电装置及其实现方法专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种基于压电原理的风能发电装置，其特征是：包含基座、压电主干，所述基座固定安装在水平面上，压电主干固定安装在基座上，所述压电主干最外侧包裹有防护层，内部含有压电层、电极层和支撑体。
2.根据权利要求1所述的一种基于压电原理的风能发电装置，其特征是：所述防护层内侧与压电层外侧之间安装有第一电极层，所述压电层内侧安装第二电极层，所述压电主干最内测为支撑体，所述防护层材质为高分子绝缘材料，第一电极层与第二电极层材质为铜，压电层为单晶压电材料，支撑体由金属材料和高分子材料组成，所述压电主干上端安装枝干，所述枝干上安装光伏板。
3.根据权利要求1所述的一种基于压电原理的风能发电装置，其特征是：所述光伏板通过叶柄固定安装在枝干上，所述叶柄的材质为高分子材料，所述光伏板与叶柄的一端固定连接，叶柄的另一端与枝干固定连接，枝干上安装的光伏板数量大于2块。
4.适合于权利要求1所述的一种基于压电原理的风能发电装置的实现方法，其特征是：
该方法是通过利用光伏板受到的风载荷引起压电主干弹性变形，从而使压电主干内部压电层发生形变，进而在压电层两端面产生电压的原理进行发电，具体步骤为：
（1）在无风状态下，该种基于压电原理的风能发电装置将通过安装在枝干叶柄上的光伏板发电；
（2）在微风或者中、低风速下，光伏板受到的风载荷将作用于压电主干，引起压电主干弹性变形，该弹性变形引起压电层形变，并在压电层两端面上的第一电极层和第二电极层上形成电压，随即通过电路引出，即形成电流；
（3）当风速接近压电主干弹性变形极限时，光伏板受到的风载荷将引起叶柄弹性变形，从而减轻压电主干受到的风阻，进而减轻压电主干的变形。

说明书全文

一种基于压电原理的风能发电装置及其实现方法

技术领域

[0001] 本发明涉及风能发电领域，特别是一种基于压电原理的风能发电装置及其实现方法。

背景技术

[0002] 随着化石燃料的不断减少，风能作为一种可再生能源，在人类获取能源的过程中变的越来越重要。当前，风能发电均是在法拉第电磁感应原理基础上实现，即通过风车将风能转换为旋转的机械能，增速后通过切割磁力线产生电能。风能发电装机规模越来越大的背景下，也暴露出了诸多缺点，首先，风车的噪声和视觉污染，由于风车的增速装置等采用机械传动，运转过程中会产生大量噪音，风车结构单一，体积巨大，装机规模的扩大不可避免的带来了视觉污染；其次，为了提高单机发电量，风车叶片越做越大，无疑大幅增加了占地面积；再次，风车重心高，叶片在风中中、高速旋转，造成风车动态稳定性差，风车事故时有发生；最新的研究表明，风车在运转过程中会带来较严重的生态污染，造成鸟类减少；另外，风车还存在着成本高，维护保养困难等问题。为了避免或者减少风车产生的负面影响，通常风车安装在海边或者远离生活区的野外。

[0003] 压电材料是受到压力作用时会在两端面间出现电压的晶体材料，如果对压电材料施加压力，其内部会产生极化现象，压电材料两个相对表面上出现正负相反的电荷，如果压力是一种高频震动，则产生的就是高频电流，当外力去掉后，它又会恢复到不带电的状态。当前压电材料多用于换能器、压电驱动器、传感器等领域，而东华大学则将压电材料应用与发电领域，研制出“压电纤维鞋垫” 走路就能给智能设备充电。

发明内容

[0004] 本发明的目的是提供一种基于压电原理的风能发电装置及其实现方法，不仅能够将风能转换为电能，而且避免传统风力发电装置噪音大、成本高、占地面广、重心高、不美观、破坏生态环境等缺点，使其能较好的适用于市政交通、户外广场等都市环境。

[0005] 本发明通过以下技术方案达到上述目的：一种基于压电原理的风能发电装置，包含基座、压电主干，所述基座固定安装在水平面上，压电主干固定安装在基座上，所述压电主干最外侧包裹有防护层，内部含有压电层、电极层和支撑体。

[0006] 所述防护层内侧与压电层外侧之间安装有第一电极层，所述压电层内侧安装第二电极层，所述压电主干最内测为支撑体，所述防护层材质为高分子绝缘材料，第一电极层与第二电极层材质为铜，压电层为单晶压电材料，支撑体由金属材料和高分子材料组成，所述压电主干上端安装枝干，所述枝干上安装光伏板。

[0007] 所述光伏板通过叶柄固定安装在枝干上，所述叶柄的材质为高分子材料，所述光伏板与叶柄的一端固定连接，叶柄的另一端与枝干固定连接，枝干上安装的光伏板数量大于2块。

[0008] 一种适合于所述基于压电原理的风能发电装置的实现方法，该方法是通过利用光伏板受到的风载荷引起压电主干弹性变形，从而使压电主干内部压电层发生形变，进而在压电层两端面产生电压的原理进行发电，具体步骤为：（1）在无风状态下，该种基于压电原理的风能发电装置将通过安装在枝干叶柄上的光伏板发电。

[0009] （2）在微风或者中、低风速下，光伏板受到的风载荷将作用于压电主干，引起压电主干弹性变形，该弹性变形将引起压电层形变，并在压电层两端面上的第一电极层和第二电极层上形成电压，随即通过电路引出即形成电流。

[0010] （3）当风速接近压电主干弹性变形极限时，由于叶柄采用高分子材料，光伏板受到的风载荷将引起叶柄弹性变形，从而减轻压电主干受到的风阻，进而减轻压电主干的变形。

[0011] 该种基于压电原理的风能发电装置将光伏发电和风能发电的有机结合，大幅提升了该种风能发电装置的发电效率。

[0012] 与现有技术相比，本发明的突出优点在于：1.该种基于压电原理的风能发电装置在风作用下，压电层将压电主干的变形能转换为电能，相比依赖电磁感应原理的现有风能发电装置，取消了机械传动部分，不仅有效降低了重心以及故障率，而且在风载荷作用下，压电主干的摇摆发电过程无噪音，使得该种基于压电原理的风能发电装置更加适用于城市环境。

[0013] 2.该种基于压电原理的风能发电装置由于不依赖电磁感应，不会产生强磁环境，避免了风能发电对鸟类生存环境的破坏，使生态环境更加和谐；该种风能发电装置通过树干摇摆发电，取消了现有风车的叶片结构，不仅降低了成本，缩小了占地面积，而且发电过程中惯性载荷小、动态稳定性好，可有效避免风车事故的产生。

[0014] 3.该种基于压电原理的风能发电装置在压电主干上安装有枝干以及光伏叶片，不仅拥有树状外观，千姿百态，避免了视觉污染，而且光伏板受到的风载荷将引起压电主干形变发电，这种光伏发电和风能发电的有机结合，通过变害为利大幅提升了该种风能发电装置的发电效率。附图说明

[0015] 图1为本发明所述基于压电原理的风能发电装置示意图。

[0016] 图2为本发明所述基于压电原理的风能发电装置压电主干截面示意图。

[0017] 图3为本发明所述基于压电原理的风能发电装置压电主干示意图。

具体实施方式

[0018] 以下通过附图和实施例对本发明的技术方案作进一步说明。

[0019] 对照图1、图2，一种基于压电原理的风能发电装置，包含基座1、压电主干2，所述基座1固定安装在水平面上，压电主干2固定安装在基座1上，所述压电主干最外侧包裹有防护层7，内部含有压电层9、电极层和支撑体11。

[0020] 对照图1、图2、图3，所述防护层7内侧与压电层9外侧之间安装有第一电极层8，所述压电层9内侧安装第二电极层10，所述压电主干2最内测为支撑体11，所述防护层7材质为高分子绝缘材料，第一电极层8与第二电极层10材质为铜，压电层9为单晶压电材料，支撑体11由金属材料和高分子材料组成，所述压电主干2上端安装枝干3，所述枝干上安装光伏板
5。

[0021] 对照图1，所述光伏板5通过叶柄4固定安装在枝干3上，所述叶柄4的材质为高分子材料，所述光伏板5与叶柄4的一端固定连接，叶柄4的另一端与枝干3固定连接，枝干3上安装的光伏板5数量大于2块。

[0022] 对照图1、图2、图3，一种适合于所述基于压电原理的风能发电装置的实现方法，该方法是通过利用光伏板5受到的风载荷引起压电主干2弹性变形，从而使压电主干2内部压电层9发生形变，进而在压电层9两端面产生电压的原理进行发电，具体步骤为：在无风状态下，该种基于压电原理的风能发电装置将通过安装在枝干3叶柄4上的光伏板5发电；在微风或者中、低风速下，光伏板5受到的风载荷将作用于压电主干2，引起压电主干2弹性变形，该弹性变形将引起压电层9形变，并在压电层9两端面上的第一电极层8和第二电极层10上形成电压，随即通过电路引出即形成电流；当风速接近压电主干2弹性变形极限时，由于叶柄4采用高分子材料，光伏板5受到的风载荷将引起叶柄4弹性变形，从而减轻压电主干2受到的风阻，进而减轻压电主干2的变形。该种基于压电原理的风能发电装置将光伏发电和风能发电的有机结合，大幅提升了该种风能发电装置的发电效率。

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