專利名稱：風(fēng)能發(fā)電裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及壓電技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種風(fēng)能發(fā)電裝置。
背景技術(shù)：
具有壓電性的晶體對稱性較低，當(dāng)受到外力作用發(fā)生形變時，晶胞中正負離子的相對位移使正負電荷中心不再重合，導(dǎo)致晶體發(fā)生宏觀極化，而晶體表面電荷面密度等于極化強度在表面法向上的投影，所以壓電材料受壓力作用形變時兩端面會出現(xiàn)異號電荷，稱之為正壓電效應(yīng)。當(dāng)沿極化方向(Z軸)施加壓應(yīng)力T時，在電極面A上產(chǎn)生的電荷密度σ =dT，d為壓電系數(shù)。目前，壓電材料主要分為無機壓電材料和有機壓電材料。無機壓電材料在某些國家已經(jīng)作為公共場所的地板以供照明發(fā)電。而有機壓電材料如偏聚氟乙烯(PVDF)因材質(zhì)柔韌，低密度，低阻抗和高壓電電壓常數(shù)(g)等優(yōu)點越來越為人關(guān)注，并廣泛 應(yīng)用于水聲、電聲、超聲、醫(yī)學(xué)、傳感、壓力引爆等方面。然而，有機壓電材料幾乎應(yīng)用于發(fā)電領(lǐng)域，這方面還有待開發(fā)。交變電流可以經(jīng)過二極管全波整流器轉(zhuǎn)化成直流電，同時可利用二極管將全波整流器的電阻串聯(lián)起來得到高電壓，并且進一步通過電容穩(wěn)壓濾波，得到穩(wěn)定的可供利用的高電壓。在干旱區(qū)和半干旱區(qū)，風(fēng)沙非常大，嚴重影響人居環(huán)境，而樹冠的防風(fēng)效應(yīng)非常顯著，可以緩解風(fēng)沙侵襲保護居民區(qū)。這個過程中，風(fēng)能轉(zhuǎn)化成樹枝條擺動的機械能，但是這些機械能沒有得到進一步有效合理的利用，造成了自然能源的浪費。另外，沙區(qū)水分匱乏，高大的喬木也十分稀少，居民區(qū)受風(fēng)沙侵害嚴重，泥土住房受侵蝕。

發(fā)明內(nèi)容
(一)要解決的技術(shù)問題本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是如何將風(fēng)沙地帶居民區(qū)周邊的風(fēng)能轉(zhuǎn)化為電能，以合理利用資源；以及進一步地如何減少風(fēng)沙對居民區(qū)的侵害。(二)技術(shù)方案為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種風(fēng)能發(fā)電裝置，包括壓電發(fā)電單元、整流單元、穩(wěn)壓單元、蓄電單元和機架；所述壓電發(fā)電單元設(shè)于所述機架上，其借助風(fēng)力產(chǎn)生交流電形式的電能，交流電經(jīng)整流單元轉(zhuǎn)化為直流電，直流電經(jīng)穩(wěn)壓單元濾波并穩(wěn)定后在蓄電單元中儲存。其中，所述壓電發(fā)電單元包括風(fēng)力轉(zhuǎn)換載體和附著于所述風(fēng)力轉(zhuǎn)換載體上的壓電元件，所述風(fēng)力轉(zhuǎn)換載體設(shè)于所述機架上，所述風(fēng)力轉(zhuǎn)換載體可隨風(fēng)擺動以促使壓電元件發(fā)生彎曲形變而產(chǎn)生電位差。其中，所述風(fēng)力轉(zhuǎn)換載體設(shè)為多根，每根所述風(fēng)力轉(zhuǎn)換載體上分別附著有一個壓電元件。其中，以所述機架作為主干，多根所述風(fēng)力轉(zhuǎn)換載體分別以枝條的形式設(shè)于所述機架上，所述機架和多根所述風(fēng)カ轉(zhuǎn)換載體整體上為樹形。其中，所述機架中空，所述整流単元和穩(wěn)壓單元分別設(shè)于所述機架內(nèi)，所述蓄電單元設(shè)于所述機架的外部。其中，所述風(fēng)カ轉(zhuǎn)換載體由弾性塑膠制成。其中，所述壓電元件為長條狀。其中，所述壓電元件采用有機壓電材料制成。其中，所述整流単元包括與所述壓電元件數(shù)量相等的橋式全波整流器，每個橋式全波整流器與ー個壓電元件連接。其中，多個所述橋式全波整流器的電阻串聯(lián)連接。
(三)有益效果上述技術(shù)方案提供的ー種風(fēng)能發(fā)電裝置，其結(jié)構(gòu)簡單，采用壓電發(fā)電單元將風(fēng)能轉(zhuǎn)化交流電形式的電能，然后交流電經(jīng)整流単元轉(zhuǎn)化為直流電，直流電經(jīng)穩(wěn)壓單元濾波并穩(wěn)定后在蓄電單元中儲存，可不斷地將風(fēng)沙地帯居民區(qū)周邊的風(fēng)能轉(zhuǎn)化為電能，合理利用風(fēng)沙地區(qū)的資源，節(jié)約了能源。進ー步地，枝條結(jié)構(gòu)的風(fēng)カ轉(zhuǎn)換載體可以高效地將風(fēng)能轉(zhuǎn)化為其擺動的機械能，使得壓電元件具有較高的形變程度和頻度，從而產(chǎn)生更多的電能；機架和多根所述風(fēng)カ轉(zhuǎn)換載體整體上為樹形，具有顯著的防風(fēng)作用，可在一定程度上減少風(fēng)沙對人和房屋的侵害。


圖I是本發(fā)明ー種風(fēng)能發(fā)電裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)框架圖；圖3是本發(fā)明的電路圖。其中，I、壓電發(fā)電單元；11、風(fēng)カ轉(zhuǎn)換載體；12、壓電元件；2、整流単元；21、橋式全波整流器；211、ニ極管；3、穩(wěn)壓単元；4、蓄電單元；5、機架。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖和實施例，對本發(fā)明的具體實施方式
作進ー步詳細描述。以下實施例用于說明本發(fā)明，但不用來限制本發(fā)明的范圍。如圖I和圖2所示，ー種風(fēng)能發(fā)電裝置，包括依次連接構(gòu)成回路的壓電發(fā)電單元I、整流単元2、穩(wěn)壓單元3、蓄電單元4和機架5，壓電發(fā)電單元I設(shè)于機架5上，壓電發(fā)電單元I、整流単元2、穩(wěn)壓單元3和蓄電單元4之間分別通過導(dǎo)線連接，壓電發(fā)電單元I借助風(fēng)カ產(chǎn)生交流電形式的電能，交流電經(jīng)整流単元2轉(zhuǎn)化為直流電，直流電經(jīng)穩(wěn)壓單元3濾波并穩(wěn)定后在蓄電單元4中存儲。壓電發(fā)電單元I包括風(fēng)カ轉(zhuǎn)換載體12和附著于該風(fēng)能轉(zhuǎn)換載體12上的壓電元件11，風(fēng)カ轉(zhuǎn)換載體12設(shè)于機架5上。風(fēng)カ轉(zhuǎn)換載體12和壓電元件11可根據(jù)實際情況設(shè)為多根，以提高電量，每根風(fēng)力轉(zhuǎn)換載體12上分別附著有一個壓電元件11。以機架5作為主干，該多根風(fēng)カ轉(zhuǎn)換載體12分別以枝條的形式設(shè)于機架5上，機架5和該多根風(fēng)カ轉(zhuǎn)換載體12整體上為樹形，枝條結(jié)構(gòu)的風(fēng)カ轉(zhuǎn)換載體12可以高效地將風(fēng)能轉(zhuǎn)化為其擺動的機械能，使得壓電元件11具有較高的形變程度和頻度，從而產(chǎn)生更多的電能，達到了合理利用資源、節(jié)約能源的目的；且樹形具有顯著的防風(fēng)作用，可在一定程度上減少風(fēng)沙對人和房屋的侵害。風(fēng)カ轉(zhuǎn)換載體12可隨風(fēng)擺動，從而使得壓電元件11發(fā)生形變進而在其兩端產(chǎn)生不規(guī)則的電位差，由此產(chǎn)生了交流電。穩(wěn)壓單元3采用電容器。蓄電單元4采用蓄電池。由于有機壓電材料具有材質(zhì)柔韌，低密度，低阻抗和高壓電電壓常數(shù)等優(yōu)點，因此本實施例的壓電元件11采用有機壓電材料制成 ，如偏聚氟こ烯(簡稱PVDF)。壓電元件11為長條狀，優(yōu)選設(shè)置為長條片狀，使其受風(fēng)カ更易產(chǎn)生變形而形成交流電。如圖3所示，整流単元2包括與壓電元件數(shù)量相等的橋式全波整流器21，每個橋式全波整流器21與一個壓電元件連接，多個橋式全波整流器21的電阻串聯(lián)，圖3中為2兩個橋式全波整流器的電路圖示例。每個橋式全波整流器21包括由ニ極管組合件和ー個電阻，ニ極管組合件由四個ニ極管211構(gòu)成，其中兩兩串聯(lián)后并聯(lián)接入回路中，壓電單元I的兩端分別接入兩組串聯(lián)的ニ極管之間。多個橋式全波整流器21的電阻值相等，均設(shè)為R，條形有機壓電材料12的兩面分別與該ニ極管組合件的兩端連接，其所產(chǎn)生的交流電被橋式全波整流器21轉(zhuǎn)化為直流電，電阻用來減小電流，并承載電壓；該多個橋式全波整流器21中的電阻以串聯(lián)的方式連接在一起形成高電壓，用于高效地為蓄電単元4充電；進ー步地，為了防止相鄰橋式全部整流器中串聯(lián)的電阻之間會產(chǎn)生電流干擾，在該相鄰兩個電阻之間接上ー個指向正極的ニ極管；進ー步地，該串聯(lián)的電阻和穩(wěn)壓單元3并聯(lián)，而且其連接導(dǎo)線上設(shè)有開關(guān)，用于控制充電的起始。進ー步地，機架5中空，壓電發(fā)電單元I固定于于支架5的頂端，整流単元2和穩(wěn)壓単元3設(shè)于機架5的內(nèi)部，蓄電單元4設(shè)于機架5的外部，機架5的作用是為了固定壓電發(fā)電單元I、整流単元2和穩(wěn)壓單元3，以使得整個發(fā)電裝置結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，利于發(fā)電。進ー步地，可將機架5的底部做成樹根狀以方便固定。機架5采用金屬材料制成，優(yōu)選為不銹鋼材料。上述技術(shù)方案所提供的ー種風(fēng)能發(fā)電裝置，其結(jié)構(gòu)簡單，使用時將該裝置安裝在風(fēng)沙地居民區(qū)的周邊，機架5的底部固定在沙地上，首先是通過隨風(fēng)擺動的枝條結(jié)構(gòu)的風(fēng)力轉(zhuǎn)換載體12將風(fēng)能轉(zhuǎn)化為機械能，再通過壓電元件11的壓電效應(yīng)進ー步將機械能轉(zhuǎn)化為電能；當(dāng)有風(fēng)速很大且刮風(fēng)持續(xù)時間長的時候，壓電發(fā)電單元I就會不斷地將風(fēng)能轉(zhuǎn)化為電能，整流単元2和穩(wěn)壓單元3也就不斷工作，不斷為蓄電単元4充電，不斷地將風(fēng)沙地帶居民區(qū)周邊的風(fēng)能轉(zhuǎn)化為電能，達到了合理利用資源、節(jié)約能源的目的；與此同時，本裝置可在一定程度上減少風(fēng)沙對人和房屋的侵害。以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明技術(shù)原理的前提下，還可以做出若干改進和替換，這些改進和替換也應(yīng)視為本發(fā)明的保護范圍。
權(quán)利要求
1.一種風(fēng)能發(fā)電裝置，其特征在于，包括壓電發(fā)電單元、整流單元、穩(wěn)壓單元、蓄電單元和機架；所述壓電發(fā)電單元設(shè)于所述機架上，其借助風(fēng)力產(chǎn)生交流電形式的電能，交流電經(jīng)整流單元轉(zhuǎn) 化為直流電，直流電經(jīng)穩(wěn)壓單元濾波并穩(wěn)定后在蓄電單元中儲存。
2.如權(quán)利要求I所述的風(fēng)能發(fā)電裝置，其特征在于，所述壓電發(fā)電單元包括風(fēng)力轉(zhuǎn)換載體和附著于所述風(fēng)力轉(zhuǎn)換載體上的壓電元件，所述風(fēng)力轉(zhuǎn)換載體設(shè)于所述機架上，所述風(fēng)力轉(zhuǎn)換載體可隨風(fēng)擺動以促使壓電元件發(fā)生彎曲形變而產(chǎn)生電位差。
3.如權(quán)利要求2所述的風(fēng)能發(fā)電裝置，其特征在于，所述風(fēng)力轉(zhuǎn)換載體設(shè)為多根，每根所述風(fēng)力轉(zhuǎn)換載體上分別附著有一個壓電元件。
4.如權(quán)利要求3所述的風(fēng)能發(fā)電裝置，其特征在于，以所述機架作為主干，多根所述風(fēng)力轉(zhuǎn)換載體分別以枝條的形式設(shè)于所述機架上，所述機架和多根所述風(fēng)力轉(zhuǎn)換載體整體上為樹形。
5.如權(quán)利要求I所述的風(fēng)能發(fā)電裝置，其特征在于，所述機架中空，所述整流單元和穩(wěn)壓單元分別設(shè)于所述機架內(nèi)，所述蓄電單元設(shè)于所述機架的外部。
6.如權(quán)利要求2所述的風(fēng)能發(fā)電裝置，其特征在于，所述風(fēng)力轉(zhuǎn)換載體由彈性塑膠制成。
7.如權(quán)利要求2所述的風(fēng)能發(fā)電裝置，其特征在于，所述壓電元件為長條狀。
8.如權(quán)利要求2所述的風(fēng)能發(fā)電裝置，其特征在于，所述壓電元件采用有機壓電材料制成。
9.如權(quán)利要求2所述的風(fēng)能發(fā)電裝置，其特征在于，所述整流單元包括與所述壓電元件數(shù)量相等的橋式全波整流器，每個橋式全波整流器與一個壓電元件連接。
10.如權(quán)利要求9所述的風(fēng)能發(fā)電裝置，其特征在于，多個所述橋式全波整流器的電阻串聯(lián)連接。
全文摘要
本發(fā)明涉及壓電技術(shù)領(lǐng)域，公開了一種風(fēng)能發(fā)電裝置，該裝置包括壓電發(fā)電單元、整流單元、穩(wěn)壓單元、蓄電單元和機架；所述壓電發(fā)電單元設(shè)于所述機架上，其借助風(fēng)力產(chǎn)生交流電形式的電能，交流電經(jīng)整流單元轉(zhuǎn)化為直流電，直流電經(jīng)穩(wěn)壓單元濾波并穩(wěn)定后在蓄電單元中儲存。其中，所述壓電發(fā)電單元包括風(fēng)力轉(zhuǎn)換載體和附著于所述風(fēng)力轉(zhuǎn)換載體上的壓電元件，所述風(fēng)力轉(zhuǎn)換載體設(shè)于所述機架上，所述風(fēng)力轉(zhuǎn)換載體可隨風(fēng)擺動以促使壓電元件發(fā)生彎曲形變而產(chǎn)生電位差。本發(fā)明可不斷地將風(fēng)沙地帶居民區(qū)周邊的風(fēng)能轉(zhuǎn)化為電能，達到了合理利用資源、節(jié)約能源的目的；同時，機架和多根風(fēng)力轉(zhuǎn)換載體整體上為樹形，具有顯著的防風(fēng)作用，可在一定程度上減少風(fēng)沙對人和房屋的侵害。
文檔編號H02J7/32GK102868203SQ20121035099
公開日2013年1月9日 申請日期2012年9月19日 優(yōu)先權(quán)日2012年9月19日
發(fā)明者張宇清, 邵晨曦, 吳斌, 秦樹高, 馮薇 申請人:北京林業(yè)大學(xué)