阅读说明：本技术 压电与磁电复合式微型风力发电机 (Piezoelectric and magnetoelectric combined type miniature wind driven generator ) 是由 郭麟阁 吴锦 吴想 陈远晟 王浩 陈常顺 陶如意 王舟 黄勤斌 陈威 顾聪 赵 于 2020-04-24 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种压电与磁电复合式微型风力发电装置,包括若干压电陶瓷片、金属基板、钝体,所述若干压电陶瓷片相对设置在金属基板的两个表面,每片压电陶瓷片与金属基板之间固定两根导线,导线固定端端头与压电陶瓷片连接,所述钝体固定在金属基板的一端。本发明结构简单,共振频率高,在较低的风速下就可以达到装置振动的要求,在自然环境中能更好的回收风能。(The invention discloses a piezoelectric and magnetoelectric combined type micro wind power generation device which comprises a plurality of piezoelectric ceramic pieces, a metal substrate and a bluff body, wherein the piezoelectric ceramic pieces are oppositely arranged on two surfaces of the metal substrate, two wires are fixed between each piezoelectric ceramic piece and the metal substrate, the end of the fixed end of each wire is connected with the piezoelectric ceramic piece, and the bluff body is fixed at one end of the metal substrate. The wind power generator has the advantages of simple structure and high resonance frequency, can meet the requirement of vibration of the device at lower wind speed, and can better recover wind energy in natural environment.)

压电与磁电复合式微型风力发电机

技术领域

本发明属于风能发电领域，具体为一种压电与磁电复合式微型风力发电机。

背景技术

风致振动是将风力所引发的物体振动转化为电能的发电方式。由于风能节省劳动力，而且含量巨大，转化率高，污染小，经济效益强，从而已成为21世纪新能源行业主要的发展方向之一。通常的风能发电系统只能参与大功率装置发电，而难以在小功率发电装置中得到运用。

现有的风力发电装置规模一般较大，只能在开阔的平原地区使用，对地理条件的要求较高。风力发电对于风能的利用率受环境的影响较强，在风力较小时现有风力发电装置的发电效率得不到保证。在非平原地区一般使用微型风力发电装置，现有微型发电一般采用小太阳能板，但与光照密切相关，有所限制。小型风力发电机难以微型化，零部件多，可靠性有限，维护不易。

发明内容

本发明的目的在于提出了一种压电与磁电复合式微型风力发电机。

实现本发明目的的技术解决方案为：一种压电与磁电复合式微型风力发电机，包括若干压电陶瓷片、金属基板、钝体，所述若干压电陶瓷片相对设置在金属基板的两个表面，每片压电陶瓷片与金属基板之间固定两根导线，导线固定端端头与压电陶瓷片连接，所述钝体固定在金属基板的一端。

优选地，所述钝体包括长方体基体以及设置在长方体基体上的若干通孔，所述通孔垂直于金属基板与长方体基体的连接部，通孔内沿孔壁呈螺旋状绕有线圈，通孔内设置有磁铁。

优选地，所述通孔两端装有卡簧。

优选地，所述钝体的一端中轴线开槽，用于与金属基板紧密连接。

优选地，所述磁铁长度为L/3，L为通孔长度。

优选地，所述磁铁内部的磁感应线方向与线圈轴线相同。

本发明与现有技术相比，其显著优点为：本发明结构简单，共振频率高，在较低的风速下就可以达到装置振动的要求，在自然环境中能更好的回收风能。

下面结合附图对本发明做进一步详细的描述。

附图说明

图1是压电与磁电复合式微型风力发电机示意图。

图2为钝体剖视图。

图3为装置三维立体图。

具体实施方式

如图1、2所示，一种压电与磁电复合式微型风力发电机，包括若干压电陶瓷片2、金属基板1、钝体3，所述若干压电陶瓷片2相对设置在金属基板1的两个表面，每片压电陶瓷片2与金属基板1之间固定两根导线，导线固定端端头与压电陶瓷片连接，所述钝体3固定在金属基板的一端。。

进一步的实施例中，所述钝体包括长方体基体3-1以及设置在长方体基体3-1中心的通孔3-2，所述通孔垂直于金属基板1与长方体基体3-1的连接部，通孔3-2内沿孔壁呈螺旋状绕有磁感线圈，通孔内设置有磁铁。在某些实施例中，线圈为铜制线圈。

进一步的实施例中，所述通孔两端装有卡簧，避免磁铁脱落。

进一步的实施例中，所述钝体3的一端中轴线开槽，用于与金属基板紧密连接。

进一步的实施例中，所述磁铁长度为L/3，L为通孔长度。

进一步的实施例中，所述磁铁内部的磁感应线方向与线圈轴线相同。

本发明的工作原理为：

钝体在一定风速的作用下受到周期性的力，磁感线圈振动，且磁感线圈轴线与振动方向相同，磁铁沿线圈中轴线方向自由活动，但行程不超出钝体外壳。线圈与穿入其中的磁铁发生电磁感应产生电流，压电陶瓷片通过变形产生电势差，两者所产生的电流汇聚，一同供电，再从导线输出电流，完成发电工作。

将本发明固定在室外有风位置，在风吹过时，振动促使压电陶瓷片和磁感线圈分别产生电流，进而发电。可以由多个本发明的装置组合使用，满足小型用电器在有风条件下的供电。

本发明使用压电陶瓷和磁感线圈构成发电系统共同发电，提高发电效率。体积小且独立供能发电，利用压电陶瓷回收能量，将风能转化为电能加以利用。本发明可用在侦测、摄像等小规模装置的发电部分，适用于安装在城市、公路设施等风力较大的区域，有很大的使用价值与利用空间。单个本发明在微风(3.4～5.4)m/s时能产生2～8mw的电能。

本发明通过将压电、磁电通过并联集成的方式复合为一整体，使之产生较大的功率，可以满足小型用电器的需求，具体技术路线如下。

压电技术：压电技术所使用的压电陶瓷是一类具有压电特性的电子陶瓷材料。压电陶瓷最大的特性是具有压电性,包括正压电性和逆压电性。正压电性是指某些电介质在机械外力作用下,介质内部正负电荷中心发生相对位移而引起极化,从而导致电介质两端表面内出现符号相反的束缚电荷。在外力不太大的情况下,其电荷密度与外力成正比,遵循公式:

δ＝dT

其中：δ-面电荷密度；

d-为压电应变常数；

T-为伸缩应力。

本发明的目的是使压电陶瓷通过受力变形产生电荷密度变化，从而能通过风力振动使压电陶瓷变形，产生电流。目前装置中对于压电陶瓷的振动频率有较高要求，需使压电陶瓷的振动幅度与频率满足发电装置要求的发电频率，同时材料需要有较高强度，不易破坏。

磁电技术：磁电装置作为发电装置的一部分，分担了发电的功能。本系统将磁铁和线圈置于装置内部，当振动时磁铁在线圈中做切割磁感线运动，从而产生电流。公式：

其中：E-感应电动势；

n-感应线圈匝数；

ΔΦ/Δt-磁通量的变化率。