[實用新型]一種基于磁電效應的風能采集和風速測量裝置

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201220092141.7
• 申請日: 2012-03-13
• 公開（公告）號: CN202443031U
• 公開（公告）日: 2012-09-19
• 發(fā)明（設計）人: 曹鴻霞;武旭華;周勇;趙靜
• 申請（專利權(quán)）人: 南京信息工程大學
• 主分類號: G01P5/06
• 分類號: G01P5/06;H02N2/18
• 代理公司: 南京匯盛專利商標事務所(普通合伙) 32238
• 代理人: 張立榮

技術領域

????本實用新型涉及一種基于磁電效應的風能采集和風速測量裝置。

背景技術

人類使用的主要能源是石油和天然氣，隨著人口的不斷增加和人民生活水平的提高，對能源的需求量不斷增大，而可供開采和利用的石油和天然氣越來越少。人類將面臨能源危機，因此開發(fā)利用新能源成為迫在眉睫的任務。為保護環(huán)境節(jié)約資源，人類正在加大風能、水能和太陽能等可再生資源的開發(fā)力度。取之不盡、用之不竭的風能是理想的綠色環(huán)保能源。目前風力發(fā)電設備中發(fā)電機是利用電磁感應原理，當風力帶動風車葉片旋轉(zhuǎn)，驅(qū)動風力發(fā)電機機頭的轉(zhuǎn)子(電磁體或者永磁體)轉(zhuǎn)動，使定子繞組切割磁力線來促使發(fā)電機發(fā)電。根據(jù)轉(zhuǎn)子的不同，發(fā)電機可以分為電勵磁發(fā)電機和永磁體發(fā)電機。永磁體發(fā)電機利用稀土永磁體釹鐵硼作為轉(zhuǎn)子，和傳統(tǒng)的電勵磁電機相比，不需要專門的繞組和相應的裝置，具有結(jié)構(gòu)簡單，運行可靠，損耗小等優(yōu)點。小型風力發(fā)電裝置一般采用永磁體發(fā)電機。?

目前風速的測量方法有畢托管測風速、熱線熱膜測風速、超聲波測風速以及機械式傳感器測風速，各種測量方法有自己的適用范圍和優(yōu)缺點。但對于風能采集和風速測量需要采用不同的裝置，操作復雜。

發(fā)明內(nèi)容

本實用新型的目的是利用磁電復合材料的磁電效應，提供一種能同時進行風能采集和風速測量的裝置。

為了達到上述目的，本實用新型采用以下技術方案：

一種基于磁電效應的風能采集和風速測量裝置，包括底座、永磁體、換能結(jié)構(gòu)、換能結(jié)構(gòu)基座、風車和風車基座；所述永磁體、換能結(jié)構(gòu)基座和風車基座固定在底座上；所述永磁體呈U型，立于底座上，開口側(cè)向右；所述換能結(jié)構(gòu)和換能結(jié)構(gòu)基座置于永磁體的U型腔內(nèi)，換能結(jié)構(gòu)包括齒輪、磁性體、轉(zhuǎn)軸和定子；所述磁性體為圓環(huán)狀，固連于齒輪下方，且與齒輪均套于所述轉(zhuǎn)軸上，轉(zhuǎn)軸底部連接在換能結(jié)構(gòu)基座上；所述磁性體沿外周側(cè)均勻設有若干個小永磁體，每個小永磁體之間通過非導磁體隔開；所述定子呈環(huán)形套裝在磁性體外圈并固定在換能結(jié)構(gòu)基座上，定子沿環(huán)形周面均勻設置有若干磁電復合材料；所述風車底部設置在風車基座上；所述風車轉(zhuǎn)軸上固裝傳動齒輪，所述傳動齒輪與所述換能結(jié)構(gòu)的齒輪相嚙合。

本實用新型的進一步設計在于，所述定子設有一支撐環(huán)，支撐環(huán)內(nèi)圈裝有若干個隔片，每兩個隔片之間設置一個磁電復合材料，每個磁電復合材料均為長度方向垂直于支撐環(huán)徑向設置。

本實用新型的進一步設計還在于，所述磁電復合材料包括兩層磁致伸縮材料層和夾在兩層磁致伸縮材料層之間的壓電材料層；所述磁致伸縮材料層磁化方向為長度方向；所述壓電材料層極化方向為厚度方向。

所述定子的磁電復合材料為多個，被非導磁體隔開的小永磁體分別對應一個磁電復合材料；所述定子的磁電復合材料與磁性體的小永磁體的數(shù)量相當。

所述相鄰隔片的間距與磁電復合材料的寬度相當；磁電復合材料的長度與隔片和支撐環(huán)的高度相當。

所述磁性體呈中空柱狀，外周側(cè)的小永磁體磁極沿軸向設置，且相鄰小永磁體磁極相反。

所述磁性體的上、下端面分別設有一非導磁圓盤。

所述風車基座為中空的圓柱體；所述風車轉(zhuǎn)軸套裝在所述風車基座中。

所述永磁體為釹鐵硼永磁體。

本實用新型相比現(xiàn)有技術具有以下優(yōu)點：

本實用新型采用釹鐵硼永磁體產(chǎn)生較大的直流偏置磁場，使磁電復合材料中的磁致伸縮材料層沿長度方向磁化。小永磁體轉(zhuǎn)動產(chǎn)生交變磁場，使通過定子中磁電復合材料的磁場發(fā)生周期性變化，誘發(fā)磁致伸縮材料層發(fā)生應變，傳遞到壓電材料層，由壓電效應產(chǎn)生交變電場輸出，通過引線連接到蓄電池或大的儲電電容，達到風能采集和儲存的目的；同時輸出的交變電場的頻率和交變磁場的頻率相同，而交變磁場的頻率和帶動小永磁體轉(zhuǎn)動的傳動齒輪的轉(zhuǎn)速成正比，傳動齒輪的轉(zhuǎn)速又和風速成正比，因此通過測量輸出的交變電場的頻率即能實現(xiàn)風速的測量。

附圖說明

圖1為本發(fā)明風能采集和風速測量裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2為圖1中齒輪和磁性體的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖3為圖1中定子的立體透視圖。

圖4為圖3的俯視圖。

圖5為圖3和圖4中磁電復合材料的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖中，1-底座，2-換能結(jié)構(gòu)基座，3-風車基座，4-永磁體，5-風車，6-傳動齒輪，7-齒輪，?8-轉(zhuǎn)軸，9-小永磁體，10-非導磁體，11-磁電復合材料，12-支撐環(huán)，13-隔片，14-磁致伸縮材料層，15-壓電材料層，16-引線，17-磁性體，18-風車轉(zhuǎn)軸，19-定子。