垂直轴径向激振式风能俘获装置.pdf

垂直轴径向激振式风能俘获装置，它涉及一种风能俘获装置，以解决现有小型弹性片式压电发电装置存在的结构复杂、成本高、发电效率低以及很难大面积普及的问题，它包括外壳、转转轴、动风轮和R组俘能总成；每组俘能总成包括固定座、圆盘、M个悬臂梁压电俘能器、M组激振永磁体和M组受激永磁体；每组俘能总成中的M组激振永磁体与M组受激永磁体的磁极性相反；每组受激永磁体为两个受激永磁体；每组激振永磁体为两个激振永磁体；任意相邻的两组俘能总成之间的旋转轴上固装有动风轮，每个固定座与旋转轴转动连接，每个固定座与外壳可拆卸连接。本发明用于风力发电。

权利要求书
1.  垂直轴径向激振式风能俘获装置，其特征在于：它包括外壳(12)、转转轴(9)、动风轮(5)和R组俘能总成；
每组俘能总成包括固定座(1)、圆盘(8)、M个悬臂梁压电俘能器(6)、M组激振永磁体(13)和M组受激永磁体(14)；且R≥2，M≥6；每组俘能总成中的M组激振永磁体与M组受激永磁体的磁极性相反；每组受激永磁体为两个受激永磁体(14)；每组激振永磁体为两个激振永磁体(13)；
R组俘能总成沿旋转轴(9)的轴向相间设置，任意相邻的两组俘能总成之间的旋转轴(9)上固装有动风轮(5)，每个固定座(1)与旋转轴(9)转动连接，每个固定座(1)与外壳(12)可拆卸连接，每个圆盘(8)的中部固装在旋转轴(9)上，每个圆盘(8)的外周侧面上沿圆盘(8)的周向均布安装有M组激振永磁体(13)；每个固定座(1)上沿圆盘(8)的周向均布安装有M个悬臂梁压电俘能器(6)，每个悬臂梁压电俘能器(6)的压电片竖直设置，每个悬臂梁压电俘能器(6)的压电片的两侧面各安装有一个受激永磁体(14)，每组俘能总成中的M组激振永磁体与M组受激永磁体构成圆形的同心内外双环结构。

2.  根据权利要求1所述的垂直轴径向激振式风能俘获装置，其特征在于：动风轮(5)包括连接架(5-1)和多个叶片(5-2)，连接架(5-1)上沿旋转轴(9)的周向均布安装有多个叶片(5-2)。

3.  根据权利要求2所述的垂直轴径向激振式风能俘获装置，其特征在于：叶片(5-2)为中空的半球形叶片。

4.  根据权利要求1、2或3所述的垂直轴径向激振式风能俘获装置，其特征在于：俘能总成的数量为2组。

5.  根据权利要求3所述的垂直轴径向激振式风能俘获装置，其特征在于：叶片(5-2)的数量为4个。

6.  根据权利要求1、2、3或5所述的垂直轴径向激振式风能俘获装置，其特征在于：所述装置还包括压环(7)和多个螺钉(11)，固定座(1)为带颈法兰底座；压环(7)布置在固定座(1)的颈部(1-1)的端面上并压紧M个悬臂梁压电俘能器(6)，压环(7)通过多个螺钉(11)与固定座(1)的颈部连接一体，每个圆盘(8)的外周侧面上沿圆盘(8)的周向均布加工有M个凹槽，每个凹槽内铺设有两个激振永磁体(13)。

7.  根据权利要求6所述的垂直轴径向激振式风能俘获装置，其特征在于：每组浮能总成还包括两个压板(3)，每组浮能总成的两个压板(3)穿设在旋转轴(9)上并与圆盘(8)连接，两个压板(3)将M组激振永磁体定位在圆盘(8)上。

8.  根据权利要求7所述的垂直轴径向激振式风能俘获装置，其特征在于：所述装置还包 括R个端盖(4)，每个端盖(4)罩住相对应的一组俘能总成上的圆盘(8)和M个悬臂梁压电俘能器(6)并与相对应的固定座(1)密封连接。

说明书垂直轴径向激振式风能俘获装置
技术领域
本发明涉及一种风能俘获装置，具体涉及一种垂直轴径向激振式风能俘获装置，属于风力发电新能源领域。
背景技术
随着自然资源的逐步减少，不消耗自然资源和能反复多次使用的能源正在不断研发，而利用自然界风能进行发电，为各种户外设施进行自供电的系统符合当今节能、环保、低碳的发展趋势，但是传统的风力发电都是采用较大的风力转动叶片带动发电的，这种传统的方式，在安装使用上，存在体积大、很难大面积普及的问题。
公开日为2014年1月1日、公开号为CN103490667A、发明名称为“弹性片式压电发电装置及方法”的专利申请，它首次提出了一种采用弹性压电片的压电效应进行发电的小型风力发电装置，成功地避免了传统风力发电体积大的问题，具有适应性广泛等优点；但是，其结构复杂、成本高、发电效率低以及很难大面积普及。
发明内容
本发明为解决现有小型弹性片式压电发电装置存在的结构复杂、成本高、发电效率低以及很难大面积普及的问题，提供一种垂直轴径向激振式风能俘获装置。
本发明为解决上述问题采取的技术方案是：
本发明的垂直轴径向激振式风能俘获装置包括外壳、转转轴、动风轮和R组俘能总成；每组俘能总成包括固定座、圆盘、M个悬臂梁压电俘能器、M组激振永磁体和M组受激永磁体；且R≥2，M≥6；每组俘能总成中的M组激振永磁体与M组受激永磁体的磁极性相反；每组受激永磁体为两个受激永磁体；每组激振永磁体为两个激振永磁体；
R组俘能总成沿旋转轴的轴向相间设置，任意相邻的两组俘能总成之间的旋转轴上固装有动风轮，每个固定座与旋转轴转动连接，每个固定座与外壳可拆卸连接，每个圆盘的中部固装在旋转轴上，每个圆盘的外周侧面上沿圆盘的周向均布安装有M组激振永磁体；每个固定座上沿圆盘的周向均布安装有M个悬臂梁压电俘能器，每个悬臂梁压电俘能器的压电片竖直设置，每个悬臂梁压电俘能器的压电片的两侧面各安装有一个受激永磁体，每组俘能总成中的M组激振永磁体与M组受激永磁体构成圆形的同心内外双环结构。
本发明的有益效果是：本发明的垂直轴径向激振式风能俘获装置主要通过旋转轴带动均布在固定座周围的多个悬臂梁压电俘能器的水平往复摆动来发电。悬臂梁压电俘能器的一端固定在固定座上，另一端的表面分别粘接着两个受激永磁体。而在旋转轴上安装着多 个圆盘，每个圆盘的外周侧面也分别安装着两块激振永磁体。安装在悬臂梁压电俘能器上的永磁体与安装在圆盘上的永磁体分别在同一高度和同一中心圆周角上对应，也即每组俘能总成中的M组激振永磁体与M组受激永磁体构成圆形的同心内外双环结构。当外部的风力带动动风轮旋转时，动风轮将转动传递给旋转轴，由旋转轴带动圆盘和圆盘上的激振永磁体绕旋转轴的中心轴线转动。由于圆盘上的两个永磁体吸引粘接在悬臂梁压电俘能器上的两个永磁体，进而使悬臂梁压电俘能器激振产生电能。
本发明的垂直轴径向激振式风能俘获装置采用使悬臂梁压电俘能器激振的方式发电，加工装配十分简便，结构简单；此外，可以通过控制悬臂梁压电俘能器在固定座上伸出的长度来使其在激振过程中拥有较为理想的激振频率，提高发电效率。
本发明的垂直轴对称径向激振式风能俘获装置具有结构简单、成本较低、发电效率高、可实现大面积普及的优点。
附图说明
图1是本发明的垂直轴径向激振式风能俘获装置的主剖面示意图，图2是垂直轴对称径向激振式风能俘获装置主视图，图3是圆盘、旋转轴、动风轮和多个悬臂梁压电俘能器连接的结构示意图，图4是圆盘、旋转轴、动风轮和两个悬臂梁压电俘能器连接的结构示意图，图5是本发明的旋转轴、两个圆盘和两个悬臂梁压电俘能器之间的空间对应位置的示意图，图6是具体实施方式六的固定座的结构示意图，图7是具体实施方式七的压板的结构示意图，图8是装有激振永磁体的圆盘工作状态示意图，图9是旋转轴带动悬臂梁压电俘能器变形而发电的原理示意图。
具体实施方式
具体实施方式一：结合图1-图5说明，本实施方式的垂直轴径向激振式风能俘获装置包括外壳12、转转轴9、动风轮5和R组俘能总成；
每组俘能总成包括固定座1、圆盘8、M个悬臂梁压电俘能器6、M组激振永磁体13和M组受激永磁体14；且R≥2，M≥6；每组俘能总成中的M组激振永磁体与M组受激永磁体的磁极性相反；每组受激永磁体为两个受激永磁体14；每组激振永磁体为两个激振永磁体13；
R组俘能总成沿旋转轴9的轴向相间设置，任意相邻的两组俘能总成之间的旋转轴9上固装有动风轮5，每个固定座1与旋转轴9转动连接，每个固定座1与外壳12可拆卸连接，每个圆盘8的中部固装在旋转轴9上，每个圆盘8的外周侧面上沿圆盘8的周向均布安装有M组激振永磁体13；每个固定座1上沿圆盘8的周向均布安装有M个悬臂梁压电俘能器6，每个悬臂梁压电俘能器6的压电片竖直设置，每个悬臂梁压电俘能器6的压电片 的两侧面各安装有一个受激永磁体14，每组俘能总成中的M组激振永磁体与M组受激永磁体构成圆形的同心内外双环结构。
本实施方式的垂直轴轴向激振式流体动能俘获装置在制造的时候，悬臂梁压电俘能器6的基板选用磷青铜，用砂纸把其表面的氧化膜除去，并且压电片和受激磁体片14或永磁铁粘接之前需用丙酮清洗，粘接完成后用细导线在每一块悬臂梁压电俘能器6的压电片的上下两表面连接，分别引出两个电极。
本实施方式的垂直轴径向激振式流体动能俘获装置的悬臂梁压电俘能器6的受激永磁体14，并均布在旋转轴9周围，与圆盘8上固定的相反磁极的激振永磁体13处于同一平面上构成同心的内外双环结构。这种实施方案结构紧凑，设计灵活，降低了加工装配的难度，同时保持了优越的发电效果。
本实施方式的激振永磁体或受激永磁体均可用永磁铁代替。图9中双箭头方向表示悬臂梁压电浮能器受激偏摆运动方向，单箭头表示圆盘带动激振永磁体13运转方向。
结合图8-图9说明，图8为圆盘8的外周侧面设有八组激振永磁体，共十六个激振永磁体，每组激振永磁体的磁极性为N极和S极，图9为圆盘8转动带动悬臂梁压电俘能器变形而发电的原理示意图，每组浮能总成中的每个悬臂梁压电俘能器的压电片的两侧各粘接有一个受激永磁体，两个受激永磁体的磁极性相反，每组受激永磁体的磁极性为S极和N极。动风轮5旋转时，带动圆盘8旋转，激振永磁体13吸附粘接在悬臂梁压电俘能器上的极性相反的受激永磁体14，进而使悬臂梁压电俘能器水平往复偏摆激振产生电能。
具体实施方式二：结合图3说明，本实施方式的动风轮5包括连接架5-1和多个叶片5-2，连接架5-1上沿旋转轴9的周向均布安装有多个叶片5-2。如此设置，结构简单，安装便捷可靠，能满足实际需要。其它与具体实施方式一相同。
具体实施方式三：结合图3说明，本实施方式的叶片5-2为中空的半球形结构。如此设置，动风轮上的叶片的开口顺次同向，这样有利于动风轮迎风顺次转动。叶片见风就转，背风时，叶片的背面风也能迅速通过，捕风效果更好，发电效率提高了40％，转动阻力更小，满足实际需要。其它与具体实施方式二相同。
具体实施方式四：结合图1说明，本实施方式的俘能总成的数量为2组。如此设置，动风轮布置在两组俘能总成之间，两组俘能总成沿旋转轴的轴向相对动风轮对称设置，两组俘能总成实现径向对称激振式风能俘获，结构简单紧凑，设计合理。其它与具体实施方式一、二或三相同。
具体实施方式五：结合图3说明，本实施方式的叶片5-2的数量为4个。如此设置，动风轮上的叶片的开口顺次同向，这样有利于动风轮迎风顺次转动。叶片见风就转，背风 时，叶片的背面风也能迅速通过，捕风效果更好，发电效率提高了55％，转动阻力更小，满足实际需要。其它与具体实施方式三相同。其它与具体实施方式三相同。
具体实施方式六：结合图1说明，本实施方式所述装置还包括压环7和多个螺钉11，固定座1为带颈法兰底座；压环7布置在固定座1的颈部1-1的端面上并压紧M个悬臂梁压电俘能器6，压环5通过多个螺钉11与固定座1的颈部连接一体，每个圆盘8的外周侧面上沿圆盘8的周向均布加工有M个凹槽，每个凹槽内铺设有两个激振永磁体13。如此设置，激振磁体片13固定稳定可靠，便于使用，固定座的颈部1-1上开设有窄槽17，受激永磁体14插装在窄槽17中。其它与具体实施方式一、二、三或五相同。
具体实施方式七：结合图3和图6说明，每组浮能总成还包括两个压板3，每组浮能总成的两个压板3穿设在旋转轴9上并与圆盘8连接，两个压板3将M组激振永磁体定位在圆盘8上。如此设置，每组浮能总成的两个压板分别定位圆盘8中M组激振永磁体永磁体的上下位置，每组激振永磁体稳定牢靠。其它与具体实施方式六相同。
具体实施方式八：结合图1说明，本实施方式所述装置还包括R个端盖4，每个端盖4罩住相对应的一组俘能总成上的圆盘8和M个悬臂梁压电俘能器6并与相对应的固定座1密封连接。如此设置，保证每组浮能总成稳定牢固，具体使用时，旋转轴9通过轴承10转动安装在固定座1上，端盖4与固定座1通过密封圈15密封，端盖4也起到保护圆盘8和M个悬臂梁压电俘能器6的作用，达到稳定运行的目的。其它与具体实施方式七相同。