[發明專利]一種對稱杠桿式風能俘獲裝置

有效

• 申請號: 201710862289.1
• 申請日: 2017-09-21
• 公開（公告）號: CN107465362B
• 公開（公告）日: 2019-02-26
• 發明（設計）人: 曹東興;高彥輝;汪濤
• 申請（專利權）人: 北京工業大學
• 主分類號: H02N2/18
• 分類號: H02N2/18
• 代理公司: 北京思海天達知識產權代理有限公司 11203
• 代理人: 沈波

本發明公開了一種對稱杠桿式風能俘獲裝置，該裝置由尾舵、塔架、底座、軸承座、支架、風輪、轉軸、撥盤、撥塊、杠桿、彈簧和壓電懸臂梁組成。撥塊的個數為三且沿撥盤周向均勻布置，撥塊兩側各通過一個彈簧與撥盤對稱地連接；杠桿對稱布置在轉軸兩側，杠桿動力臂的長度小于阻力臂的長度；杠桿上布置一系列長度不同寬度周期變化多級階梯壓電懸臂梁和三角形壓電懸臂梁。在風力作用下，葉片驅動撥盤連續的旋轉，撥盤上的撥塊間歇的撥動杠桿，杠桿在彈簧的平衡位置附近作往復擺動振動，進而杠桿上的各個壓電懸臂梁產生大幅橫向振動，產生電能。本發明能夠利用低風速環境下的低頻振動，振動頻帶寬，風能采集效率高，機械結構簡單且易于推廣。

技術領域

本發明涉及一種風能俘獲裝置，具體涉及一種對稱杠桿式風能俘獲裝置，屬于風力發電新能源領域。

背景技術

近年來，環境污染和能源短缺成為困擾世界各國的一個重要難題，由此導致的環境惡化和能源危機也開始影響社會經濟發展和人們的生產生活。而利用風能發電綠色環保、儲量大、價格低廉，具有很好的發展前景。目前風力發電大多都是利用葉片帶動發電機進行發電，其存在體積大，結構復雜，生產成本高，而且體積較小時能量轉換效率較低等缺點。由于大多數風力發電機都基于電磁感應原理產生電能，因此需要尋求另一種能量轉換形式運用在風力發電裝置上。

現在已有很多發電裝置的動力源采用風能，利用壓電材料的正壓電效應將振動的機械能轉化為電能。但是目前的風力壓電發電裝置不能更好的利用風能和振動能，發電量小，能量轉換效率低，機械結構復雜。公開號為CN 104426423 A發明專利公開了一種能量收集裝置及收集方法，它采用風能驅動軸旋轉，軸上的凸起周期性的擊打懸臂梁，從而導致懸臂梁周期性的振動，使得懸臂梁上的壓電片變形產生電能。但是大自然中風的速度是不斷變化的，故該發明在低風速的環境中，懸臂梁不易產生振動，壓電片無法產生更多的能量。并且該發明懸臂梁個數有限，雖然振動頻率可調，但是也不能產生寬頻效果。公開號為CN106050572 A 的發明專利公開了一種寬頻帶風致振動壓電能量采集器，該發明通過風扇帶動行星輪系增速，再通過凸輪盤將旋轉運動滑桿的直線運動，進而帶動壓電懸臂梁組振動，產生電能。該發明可以利用速度較低的風能，也拓寬了振動頻帶，但是行星輪系的傳動比過大時，該傳動裝置的啟動力矩要求大，因此風速過低時該發電裝置發電無效。另外其結構復雜，行星輪系制造與安裝精度要求較高，生產成本較高。

本專利克服以上專利缺點，致力于提出一種適用于寬頻帶，能量轉換效率高且機械結構簡單的風能俘獲裝置。

發明內容

本發明的目的是提出一種能夠利用低風速環境下的低頻振動，拓寬頻帶，提高能量轉換效率且機械結構簡單、易于推廣的風能俘獲裝置。

為實現上述目的，本發明采用的技術方案是一種對稱杠桿式風能俘獲裝置，包括塔架，塔架上安裝有底座，底座上固定有軸承座、支架、大彈簧和尾舵。轉軸通過滾動軸承B安裝在軸承座上，轉軸一端的軸頭上裝有一個風輪，轉軸中間部分裝有撥盤，撥盤上裝有撥塊。支架上安裝有固定軸，杠桿通過滾動軸承A安裝在固定軸上，杠桿上布置一系列的壓電懸臂梁。大彈簧的另一端安裝在杠桿上。

風輪上的葉片將動力源風能轉換為轉軸連續旋轉的機械運動，轉軸上的撥盤將連續的旋轉運動轉換為間歇的撥動杠桿的運動，杠桿在大彈簧的平衡位置附近作往復擺動振動，杠桿上的各個壓電懸臂梁在杠桿的往復擺動振動下發生大幅橫向振動，進而使壓電懸臂梁上的壓電層發生形變，產生電能。通過尾舵隨風擺動可以使風能俘獲裝置的風輪迎風面始終正對來流方向。

撥盤通過過盈配合連接在轉軸上。

撥盤上撥塊的個數為三且沿周向均勻布置，撥塊兩側各通過一根小彈簧與撥盤對稱地連接。

杠桿對稱布置在轉軸兩邊，杠桿動力臂的長度小于阻力臂的長度。

杠桿阻力臂的三個側面上布置一系列長度不同寬度周期變化多級階梯壓電懸臂梁和三角形壓電懸臂梁。