[發明專利]一種電磁-壓電混合的低風速捕能發電系統

在審

• 申請號: 202210738717.0
• 申請日: 2022-06-24
• 公開（公告）號: CN115163412A
• 公開（公告）日: 2022-10-11
• 發明（設計）人: 張大海;徐海洋;馮博;錢鵬
• 申請（專利權）人: 浙江大學
• 主分類號: F03D9/25
• 分類號: F03D9/25;F03D80/00
• 代理公司: 杭州求是專利事務所有限公司 33200
• 代理人: 林超

本發明公開了一種電磁?壓電混合的低風速捕能發電系統。捕能發電系統包括固定架、若干柔性繩和若干捕能裝置，固定架的頂面安裝在外部固定處，固定架的底面沿周向均勻間隔布置有若干柔性繩，每根柔性繩的上端安裝在固定架的底面，每根柔性繩的下端連接一個捕能裝置；各個捕能單元自上而下依次同軸連接布置，端蓋安裝在最上層的捕能單元頂面；每根柔性繩的下端連接下方的一個端蓋的中心。本發明采用電磁?壓電混合的方式捕獲低風速下的風能，降低了風能利用的最低發電風速，捕能裝置可根據實際情況進行陣列組合，具有良好的環境適應能力，捕能系統能最大化的利用風能，提高了系統整體的發電量和風能利用效率。

技術領域

本發明涉及了一種捕能發電系統，具體涉及一種電磁-壓電混合的低風速捕能發電系統。

背景技術

風能作為一種清潔的可再生能源，越來越受到世界各國的重視。對于缺水、缺燃料和交通不便的沿海島嶼、草原牧區、山區和高原地帶，因地制宜利用風力發電具有非常廣闊的應用前景。目前，風力發電應用和研究重點在于大型風力發電機并網發電，所利用的風能多是高速狀態下的風能，簡單易于集成的小功率持續供電的小型發電裝置較少。設計可將低速風能收集利用轉化成電能的微能源供能方案就顯得十分有價值。

按照已有的發現與研究，電磁發電技術理論和應用已經非常成熟。隨著壓電材料的發展，發現壓電材料能夠在機械力的作用下形變實現機械能到電能的轉換，并且轉換的能量密度很高，壓電材料本身還具有成本低、結構簡單、容易加工形狀的優點。壓電發電缺點是內阻高，而且產生的電流較小，電磁發電要求工作頻率高，單獨使用一種發電方式還有很大一部分余能沒有被收集，發電效率低。

發明內容

為了解決背景技術中存在的問題，為了充分利用低風速條件的風能資源，提高風能捕獲效率，本發明結合電磁發電和壓電發電，設計一種電磁-壓電混合的低風速捕能發電系統，可以有效的捕獲低風速風能，并且捕能裝置組成的捕能系統可基于渦激振蕩效應最大化的捕獲風能，提高系統的發電量。

本發明采用的技術方案是：

本發明低風速捕能發電系統包括固定架、若干柔性繩和若干捕能裝置，固定架的頂面安裝在外部固定處，固定架的底面沿周向均勻間隔布置有若干柔性繩，每根柔性繩的上端安裝在固定架的底面，每根柔性繩的下端連接一個捕能裝置。

捕能裝置包括端蓋和若干捕能單元，各個捕能單元自上而下依次同軸連接布置，端蓋安裝在最上層的捕能單元頂面；每根柔性繩的下端連接下方的一個端蓋的中心。陣列布置的捕能裝置可基于渦激振蕩效應最大化的捕獲風能，提高捕能發電系統的發電量。

所述的捕能單元包括自上而下依次同軸連接布置的壓電層、磁球層和線圈層，壓電層、磁球層和線圈層均包括一個單層外殼，單層外殼為圓筒狀，各個單層外殼自上而下依次同軸螺紋連接布置；單層外殼采用非金屬材料。

壓電層還包括若干L型固定件、若干壓電片和若干磁鐵，各個壓電片沿周向均勻間隔布置在壓電層的單層外殼的內壁面并不相接觸，每個壓電片的一端通過L型固定件固定在壓電層的單層外殼的內壁面，每個壓電片的另一端朝向壓電層的單層外殼的圓心，每個壓電片的另一端的上側面安裝有一個磁鐵。

磁球層還包括磁球，磁球放置在磁球層的單層外殼的內部并不與單層外殼相固定。

線圈層還包括若干線圈，各個線圈沿周向均勻間隔布置在線圈層的單層外殼的內底面，各個線圈不相接觸并不與線圈層的單層外殼的內壁面相接觸。

所述的壓電層的各個壓電片平行于單層外殼的底面；壓電層的壓電片的數量、L型固定件的數量和磁鐵的數量相等。

所述的壓電片采用壓電陶瓷PZT材料。

所述的壓電層中相鄰的兩個磁鐵相互靠近的一側的磁極相同，磁性相斥容易起振。

所述的線圈層的各個線圈的軸線方向垂直于單層外殼的底面。