一种小型风力发电装置的制作方法

1.本实用新型涉及新能源发电和能量采集领域，尤其涉及一种小型风力发电装置。


背景技术：

2.近二十年来，随着低功耗电子技术和微加工技术的发展，越来越多的低功耗无线传感器设备被利用在一些偏远、无人监管的区域，仅依靠传统电池供电，就会使得无线传感器设备和便携式电子设备无法持续性正常工作，因此，作为能量提取技术中最普遍的一种，能量收集技术受到了广泛的关注。风能作为一种清洁无公害的可再生能源，在自然界中存在十分广泛，采用合适的小型装置将振动风能转换成电能，有较好的应用价值。


技术实现要素：

3.本实用新型的目的在于提供一种具有便携，绿色，能够在风力作用下使用的一种小型风力发电装置。为了实现上述目的，本实用新型采用了如下技术方案：
4.一种小型风力发电装置，由扇叶组，端盖，旋转轴，四个线圈，四个长方体磁铁，上摩擦片，下摩擦片，四个压电结构，外壳由上而下依次排列。所述旋转轴由轴承连接在外壳内部，旋转轴上部配合连接扇叶组；外壳内部设有发电装置；发电装置包含电磁发电结构、压电发电结构和摩擦发电结构；所述电磁发电结构在旋转轴下端、沿径向设有复数个悬臂；所述长方体磁铁固定在悬臂的悬臂端，所有磁铁充磁方向相同且为轴向，所述线圈与端盖底部粘连，且尽可能分别正对磁铁轴向所处位置；压电发电结构由压电结构与旋转轴构成，复数个压电结构沿外壳内壁固定设置，旋转轴转动时，悬臂的悬臂端与压电结构接触，所述压电结构由上压电片、金属片与下压电片组成三明治结构；摩擦发电结构由上摩擦片与下摩擦片构成，外壳底部中央设有圆柱形凸台，该凸台中央设有孔，转轴下端穿设于孔中，在转轴上、靠近转轴下端固定设有一段圆柱，该圆柱与凸台构成止推轴承，用于支撑转轴，上摩擦片粘贴于旋转轴上圆柱下侧，下摩擦片粘贴于凸台上侧。
5.进一步的，所述旋转轴下端、沿径向设有4个悬臂，长方体磁铁、线圈与压电结构都为360度等间距布置，且数量都为4。
6.进一步的，所述磁铁都采用n52牌号的钕铁硼磁铁。
7.进一步的，所述长方体磁铁、线圈与压电结构都为360度等间距布置。
8.进一步的，所述上摩擦片与下摩擦片都为半圆环形状，共同组成完整圆环。
9.进一步的，所述上摩擦片与下摩擦片圆环旋转至同一侧时刚好接触，旋转为相对位置时两个圆环完全分离。
10.进一步的，所述扇叶组采用savonius结构，该结构扇叶组由两个半圆形扇叶构成，在径向风的作用下可以沿某一固定方向转动
11.进一步的，所述扇叶组结构保证径向气流吹动扇叶转动时，旋转轴轴臂不包含长方体磁铁的一侧与压电结构接触。
12.进一步的，所述线圈之间进行串联，两压电片之间进行并联，摩擦发电结构的输出
导线分别接入到上摩擦片与下摩擦片向重合时异部的上下侧。
13.进一步的，所述上摩擦片材料为聚四氟乙烯，系摩擦片材料为聚合物尼龙。
14.本实用新型的有益效果为：
15.1.通过电磁、压电与摩擦复合结构进行风能的采集，可以拓宽风力采集范围、提高能量转换效率；
16.2.通过savonius结构的扇叶结构选择，进行了径向风能的采集，避免轴向风能的采集产生的对流效应。且这种结构的选择，使旋转轴既可以单向转动，又避免某一方向风能浪费，提高能量转换效率，缩小装置体积，使装置更加方便携带和安装。
17.3.通过对电路连接的处理，后续添加能量管理电路，可以完成对低功耗传感器设备的供电，发电部位完全封闭，增加了装置的使用寿命。
附图说明
18.图1为本实用新型提出的一种小型风力发电装置的装配体示意图。
19.图2为本实用新型提出的一种小型风力发电装置的压电结构示意图。
20.图3为本实用新型提出的一种小型风力发电装置的装配体爆炸图。
21.图4为本实用新型提出的一种小型风力发电装置的旋转轴示意图。
22.图中：1
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扇叶组，2
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端盖，3
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旋转轴，4
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线圈，5
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长方体磁铁，6
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上摩擦片，7
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外壳，8
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压电结构，9
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下摩擦片，10
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上压电片，11
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金属片，12
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下压电片，13
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凸台，14
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旋转轴上圆柱，31
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悬臂。
具体实施方式
23.已下结合本实用新型实施中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。
24.具体实施方式如下：
25.如图1、图2、图3和图4所示，一种小型风力发电装置.由扇叶组(1)，端盖(2)，旋转轴(3)，线圈(4)，长方体磁铁(5)，上摩擦片(6)，外壳(7)，压电结构(8)，下摩擦片(9)组成，其中压电结构(8)由上压电片 (10)，金属片(11)，下压电片(12)组成，旋转轴(3)包含上圆柱(14) 与悬臂(31)；所述旋转轴(3)通过止推轴承连接到外壳(7)上，所述压电结构(8)粘贴插入外壳(7)的凸台(13)上，所述端盖(2)通过螺纹固定在外壳(7)上，所述长方体磁铁(5)粘贴在旋转轴(3)轴臂同一侧，所述线圈(4) 粘贴在端盖(3)下侧、长方体磁铁(5)上方。
26.当此小型风力发电装置安装或手持于有风环境时，方向垂直于扇叶组(1)轴线方向，由于两片扇叶的形状不同，会使两扇叶存在压强差，从而产生大小不同的驱动力，扇叶发生某一方向的旋转。由于扇叶组(1)关于轴线对称的结构，不同方向的风会使扇叶的转向相同，从而带动旋转轴(3)永远只向同向旋转，在图3中只向顺时针转动。
27.如图3中旋转轴(3)在风力的作用下顺时针转动时，旋转轴(5)轴臂会与压电结构(8)接触，使压电结构(8)发生形变，在该结构的两个压电片上产生电压。旋转轴(3)轴臂的也会带动长方体磁铁(5)转动，使其周围磁场放生变化，在线圈(4)中产生感应电动势，从而产生感应电流。旋转轴(3)的旋转也会使上摩擦片(6)与下摩擦片(9)周期性的接触滑动，构成接触滑动式摩擦纳米发电机，在两半环摩擦片的分离处产生电压。上述三种能量转换结
构的共同作用并经合适电路整合后可以给传感器进行供电。


技术特征：
1.一种小型风力发电装置，其特征在于，包括外壳(7)，外壳(7)的上部设有端盖(2)，端盖(2)中心穿设有旋转轴(3)，旋转轴(3)由轴承连接在外壳(7)内部，旋转轴(3)上部配合连接扇叶组(1)；外壳内部设有发电装置；发电装置包含电磁发电结构、压电发电结构和摩擦发电结构；所述电磁发电结构由长方体磁铁(5)与线圈(4)构成，在旋转轴下端、沿径向设有复数个悬臂(31)，长方体磁铁(5)固定在悬臂(31)的悬臂端，所有磁铁充磁方向相同且为轴向，线圈(4)固定在端盖(2)下侧；压电发电结构由压电结构(8)与旋转轴(3)构成，复数个压电结构(8)沿外壳内壁固定设置，旋转轴转动时，悬臂的悬臂端与压电结构(8)接触，压电结构(8)由上压电片(10)、金属片(11)与下压电片(12)组成三明治结构；摩擦发电结构由上摩擦片(6)与下摩擦片(9)构成，外壳(7)底部中央设有圆柱形凸台(13)，该凸台中央设有孔，转轴(3)下端穿设于孔中，在转轴(3)上、靠近转轴下端固定设有一段圆柱(14)，该圆柱与凸台构成止推轴承，用于支撑转轴，上摩擦片(6)粘贴于旋转轴上圆柱(14)下侧，下摩擦片(9)粘贴于凸台(13)上侧。2.根据权利要求1所述的一种小型风力发电装置，其特征在于，在旋转轴下端、沿径向设有4个悬臂(31)，长方体磁铁(5)、线圈(4)与压电结构(8)都为360度等间距布置，且数量都为4。3.根据权利要求1所述的一种小型风力发电装置，其特征在于，上摩擦片(6)与下摩擦片(9)都为半圆环形状，共同组成完整圆环。4.根据权利要求1所述的一种小型风力发电装置，其特征在于，上摩擦片(6)与下摩擦片(9)圆环旋转至同一侧时刚好接触，旋转为相对位置时两个圆环完全分离。5.根据权利要求1所述的一种小型风力发电装置，其特征在于，扇叶组采用savonius结构，该结构扇叶组(1)由两个半圆形扇叶构成，在径向风的作用下可以沿某一固定方向转动。6.根据权利要求1所述的一种小型风力发电装置，其特征在于，该结构扇叶组设置保证径向气流吹动扇叶转动时，旋转轴(3)轴臂不包含长方体磁铁(5) 的一侧与压电结构(8)接触。7.根据权利要求1所述的一种小型风力发电装置，其特征在于，线圈(4)之间进行串联，压电结构(8)之间进行并联。8.根据权利要求1所述的一种小型风力发电装置，其特征在于，摩擦发电结构的输出导线分别接入到上摩擦片(6)与下摩擦片(9)在转轴带动下由重合转变为分离时最初分离的两侧。

技术总结
本实用新型公开了一种小型风力发电装置，包括外壳，所述外壳的上部有端盖，内部有发电装置；所述发电装置有电磁发电结构、压电发电结构和摩擦发电结构；所述电磁发电结构由长方体磁铁与线圈构成；所述长方体磁铁固定在旋转轴轴臂上，线圈固定在端盖下侧；所述压电发电结构由压电结构与旋转轴构成；所述旋转轴由轴承连接在外壳内部，旋转轴上部配合连接扇叶组；所述摩擦发电结构由上摩擦片与下摩擦片构成，上摩擦片粘贴于旋转轴下侧，下摩擦片粘贴于外壳与旋转轴配合位置上侧；本实用新型能够进行风能的采集，结构小巧，携带便利，适用于出游随身携带或为安装在荒野的传感器长期供电。游随身携带或为安装在荒野的传感器长期供电。游随身携带或为安装在荒野的传感器长期供电。


技术研发人员：程书晗 苏宇锋 李翔宇
受保护的技术使用者：郑州大学
技术研发日：2021.01.26
技术公布日：2021/11/21