一种基于介电弹性体薄膜的风力发电装置的制作方法

1.本发明涉及风力发电技术领域，具体涉及了一种基于介电弹性体膜的风力发电装置。


背景技术：

2.风能做为一种可再生的清洁能源，在实际应用中不会形成大量的污染，其原动力源自于风，环保度高且“取之不尽，用之不竭”。以风能为原动力的风力发电机具备了独一无二的优势，在国内电力事业高速发展、能源紧缺的背景下，我国为了进一步改善电源结构、满足节能减排需求，将加大清洁能源的发电效率，所以把风力发电归于能源发展战略中。
3.介电弹性体是一种超弹性绝缘材料，薄膜上下表面涂覆上电极即可进行发电，其发电过程相当于可变电容。近年来，由于介电弹性体材料能量密度高、变形大、机电转换效率好、响应速度快、运动平滑、零噪声、等诸多优点，介电弹性体的能量收集作用于风力发电十分契合。因此，基于介电弹性体材料进行风力发电已成为各国利用风能研究的热点之一。
4.查阅相关资料了解到现有的公开发明专利大多关于的介电弹性体发电装置多数采用曲柄连杆机构或者是偏心轮机构，一般只能在某平面内单一方向对介电弹性体发电单元做拉伸或者压缩的直线往复运动，发电机内部发电单元空间利用率不高，发电效率低。


技术实现要素：

5.本发明的目的是提供一种基于介电弹性体膜的风力发电装置，以解决上述现有技术存在的问题，具有简单高效、空间利用率高、发电效率高等优点。
6.为实现上述目的，本发明提供了如下方案：本发明提供了一种基于介电弹性体薄膜的风力发电装置，包括前端转体、风机叶片、发电转体、介电弹性体薄膜、支撑弹簧、支撑板、圆柱形重物、机壳、支撑塔柱、底座、电缆线、高压启动装置和电能收集装置。
7.其中，所述风机叶片设置于所述机壳的首端，所述介电弹性体薄膜、支撑弹簧、支撑板、圆柱形重物设置于所述机壳内部，所述支撑塔柱支撑于所述机壳底部，所述发电转体设置于所述机壳与所述支撑塔柱之间，所述电缆线连接于所述介电弹性体薄膜与高压启动电路及电能收集装置之间。
8.所述风力发电机的叶片与前端转体相连接，介电弹性体膜发电装置安装在叶片内部，每个叶片上有两个或者多个介电弹性体发电膜，每张介电弹性体膜上外接电缆线，以便提供或者输出电能；圆柱形重物受重力影响在介电弹性体膜上产生压强，使得介电弹性体膜b处于拉伸状态，介电弹性体膜a处于收缩状态，当风吹过风力发电机开始做圆周运动时，圆柱形重物带动介电弹性体膜做周期性的拉伸、收缩运动，利用介电弹性体材料的形变，实现机械能与电能的相互转换。
9.优选地，所述风机叶片与所述前端转体相连接，所述风机有3张叶片，每张叶片中设置两张或者多张介电弹性体发电膜，所述介电弹性体膜与所述圆柱形重物相连接，所述圆柱形重物与所述支持弹簧固定连接于所述支撑板，所述支撑板固定于所述机壳内部，所
述介电弹性体发电膜与所述电缆线、高压启动电路及所述电能收集装置相连接。
10.优选地，所述介电弹性体膜发电单元的形状为圆环形，所述介电弹性体发电膜与所述圆柱形重物相连接。
11.优选地，所述介电弹性体膜a与膜b互为逆过程，即当a膜处于收缩状态时，b膜即处于拉伸状态。
12.优选地，所述介电弹性体膜与所述圆柱体重物固定连接于所述支撑弹簧，圆周运动时可随弹簧的弹性势能把所述重物的重力施加于所述介电弹性体膜，使之做收缩、拉伸运动。
13.优选地，所述风机叶片与所述前端转体相连接，所述发电转体设置于机壳与支撑塔之间固定连接。
14.优选地，所述机壳为密封式机壳。
15.优选地，所述风机叶片为三片。
16.优选地，所述支撑塔底部还设置了与地面固定连接的底座，所述高压启动电路及电能收集装置设置于所述基座内部，所述电缆线设置于机身内部。
17.本发明相对于现有技术取得了以下有益的技术效果：本发明提供的一种基于介电弹性体膜的风的发电装置，具有质量轻，能量密度高，结构简单，成本低，易于维护等优点，且对风速要求不高，同时发电装置内部的发电单元空间利用率高，发电效率也得到了进一步提高。适用范围比一般的风力发电机较广。
附图说明
18.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
19.图1为本发明中基于介电弹性体膜的风力发电装置的结构示意图。
20.图2为本发明中基于介电弹性体膜的风力发电装置的内部的视图。
21.图3为本发明中介电弹性体材料的发电原理图。
22.图中：1为前端转体；2为风机叶片；3为风车转轴；4为轴承座；5为传动连杆；6为发电转体；3
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1为后端轴承座；7为机壳；8为回转体；9为电缆线；10为支撑塔柱；11为高压启动装置及其电能收集装置；12为底座；a、b为介电弹性体发电薄膜；13
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1、13
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2为支撑弹簧；14
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1、14
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2为支撑板；15
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1、15
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2为圆柱形重物。
具体实施方式
23.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
24.本发明的目的是提供一种基于介电弹性体膜的风力发电装置，以解决现有技术存在的问题。
25.为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细说明。
26.本实施例提供一种基于介电弹性体膜的风力发电装置，如图1所示，包括前端转体1、风机叶片2/2
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1/2
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2、风车转轴3、发电转体6、a和b介电弹性体发电膜、回转体8、电缆线9、支撑塔柱10、高压启动装置和电能收集装置11、底座12、支撑弹簧13、圆柱形重物15。
27.其中，风机叶片2/2
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1/2
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2设置于机壳7的首端，介电弹性体膜a和介电弹性体b膜设置于风机叶片的内部，风车转轴3/3
‑
1设置于机壳7内部，轴承座4与传动连杆5和发电转体6也设置于机壳7内部，支撑塔柱10支撑于机壳7的底部，且连接于回转体8，电缆线9连接于发电转体6和介电弹性体发电薄膜a/b之间，然后连接于高压启动装置和电能收集装置11。
28.风机叶片2设置在前端转体1上，每张叶片上设置的介电弹性体发电膜a和b平滑连接在圆柱形重物15上，风机叶片转动时带动发电转体6转动发电，a和b发电膜因受到圆柱形重物的压强，跟随着风机叶片的转动做周期性的拉伸与收缩运动，利用介电弹性体材料在预拉伸条件下施加一定电压就可改变其形状和尺寸，可将运动时产生的机械能转变为电能，从而进行发电模式，实现了将风能和机械能转变为电能。
29.于本具体实施例中，如图2所示，介电弹性体膜a和介电弹性体b膜设置于风机叶片2/2
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1/2
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2的内部，如叶片2中圆柱形重物15
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1连接于介电弹性体发电膜b和支撑弹簧13
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1，圆柱形重物15
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2连接于介电弹性体膜a和支撑弹簧13
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2,支撑弹簧固定在支撑板14上，同理设置其他两张叶片2
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1和2
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2。
30.于本具体实施例中，介电弹性体发电薄膜数量可根据需求设置在叶片中，在其具体发电过程中，当叶片2经过最高点时，弹簧13
‑
1处于最大拉伸状态下，使圆柱形重物的重力全部施加于介电弹性体膜b上，此时介电弹性体膜b处于最大拉伸状态，然而此时弹簧13
‑
2处于收缩状态，介电弹性体膜a和圆柱形重物平滑相连，没有重力施加在a膜上，所以此时介电弹性体膜a也是处于收缩状态，也就是说介电弹性体a膜和b膜是一对逆反应过程，当叶片2经过最低点时，弹簧13
‑
1就处于收缩状态，此时介电弹性体膜b从最大拉伸状态收缩至最小状态，而介电弹性体膜a从收缩状态运动至最大拉伸状态，所以他们两张膜都完成了一轮发电过程，即叶片转动360
°
时，介电弹性体膜完成了两个周期的发电过程，同理，叶片2
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1/2
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2上的介电弹性体膜也是如此，利用此种方法使机械能转变为电能提高了介电弹性体膜的发电效率和风机空间的使用率和发电效率。
31.于本具体实施例中，介电弹性体膜发电单元的形状为圆环形，容易加工制作，拉伸时相比于其他形状不易损坏，且拉伸率相比于其他形状大，所以发电量也比其他形状大，本实例采用并联连接方式将产生的电能收集到电能收集装置中。
32.于本具体实施例中，叶片2
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2中的发电过程与上述叶片2中发电过程一样。
33.于本具体实施例中，风车转轴3与前端转体1和轴承座4连接，通过传动连杆5与发电转体6连接；风机叶片前的前端转体1配合回转体8可使叶片始终处于最合适的风向，使风力发电机的受力更稳定，使用寿命更长。
34.于本具体实施例中，风力发电机设置了三片叶片，符合最合适的受力学条件，综合性能最优，风能利用率高。
35.于本具体实施例中，机壳7设置为密封式机壳。
36.于本具体实施例中，底座12固定在地面上，支撑塔柱10支撑于底座之上，高压启动装置和电能收集装置设置于底座之中，方便检修和使用。
37.本发明中，介电弹性体膜的运动状态不只仅仅在同一平面做拉伸或者收缩运动，而是在空间中拉伸收缩，即拉伸率比一般装置大，发电量也比一般装置大，提高了风力发电机内部的利用率，从而提高了发电效率。
38.需说明的是，本发明中的介电弹性体膜a和膜b也可采用其他形状，如矩形、圆锥形等。
39.如图3所示，本发明中介电弹性体膜a和膜b的发电原理如下：图3（a）为一个简单的机电转换示意图，可直观地解释介电弹性体的机电转换的宏观过程。首先，加载外部电源给介电弹性体膜充电，并在外部机械力的作用下产生形变，然后断开电源，由于自身的弹性恢复力使之恢复到初始状态，从而自身电容值降低，电压值升高，并向外部放电。在理想状态下，输入的机械能就是换能单元增加的电能。图3(b)为介电弹性体材料的微观能量转化机理。
40.本发明应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。