利用壓電材料發電的風力發電機及其輔助機具的製作方法
2023-06-02 20:10:56 4
專利名稱：利用壓電材料發電的風力發電機及其輔助機具的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種利用壓電材料發電的風力發電機及其輔助機具，特別是一種可增加風力的利用壓電材料發電的風力發電機及其輔助機具。
背景技術：
隨著科技的發展，現今社會對於能源的需求日益增加。在現今的能源利用中，絕大部分還是利用石化燃料作為最主要的能源來源。但是隨著石化燃料的產量減少及環境保護的觀念日益增加，現今社會需要一種更環保的替代性能源。因此利用風力發電已經成為替代性能源的選擇之一，但風力發電的發電量過低，較不符合經濟效益。在現有技術中已經揭露一種壓電材料，當壓電材料受到外加機械壓力時，內部便能產生電壓。因此壓電材料利用環境中的轉動或震動等動能，通過壓電擷取能量裝置，可將機械振動能轉換為電能。因此在現有技術中已經揭露利用壓電材料進行發電的技術。但現有技術中僅利用壓電材料來直接承受風力而發電，並沒有詳細的系統功能及實用方式的可行性評估。且一般尺寸的單一片壓電材料，其發電量極小，即使使用多片壓電材料，其輔助機構以及電力信號的處理等問題均沒有適當良好的設計，在此情況下發電量仍然太低且效益不佳而不符合經濟效益。因此，有必要實用新型一種新的利用壓電材料發電的風力發電機及其輔助機具， 以解決現有技術的缺陷。
實用新型內容本實用新型的主要目的在於提供一種利用壓電材料發電的風力發電機，可增加風力讓壓電材料產生電力。本實用新型的另一主要目的在於提供一種用於此風力發電機的輔助機具。為達到上述目的，本實用新型利用壓電材料發電的風力發電機包括輔助機具及壓電材料。輔助機具包括風力集中裝置及風力驅動件。風力集中裝置用以收集風力，並增加風力的速度。風力驅動件與風力集中裝置相配合，用以接收風力。壓電材料與風力驅動件相接觸。其中當風力集中裝置接收風力時，經由風力驅動件的作用以振動壓電材料而產生電力。本實用新型的輔助機具用於風力發電機。風力發電機是利用壓電材料產生電力。 輔助機具包括風力集中裝置及風力驅動件。風力集中裝置用以收集風力，並增加風力的速度。風力驅動件與風力集中裝置相配合，以接收風力。該風力集中裝置包括入風處、隔板及出風噴嘴。入風處用以接收風力。隔板與風力的入射角度之間傾斜一角度。出風噴嘴的截面積小於入風處的截面積，用以傳輸風力，當入風處接收該風力後，風力通過該隔板的角度及出風噴嘴以增加該風力的速度。風力驅動件與壓電材料相接觸。其中當風力集中裝置接收風力時，經由風力驅動件的作用以振動壓電材料而產生電力。本實用新型通過輔助機具的作用以振動壓電材料而產生電力，可以提高發電量和發電效率。
圖IA為本實用新型風力發電機的第一實施例的結構圖；圖IB為本實用新型風力發電機的第一實施例的外觀示意圖；圖IC為本實用新型風力發電機的第一實施例的動作示意圖；圖2為本實用新型風力發電機的第二實施例的結構圖；圖3為本實用新型風力發電機的第三實施例的結構圖；圖4A為本實用新型風力發電機的第四實施例的結構圖；圖4B為本實用新型風力發電機的第四實施例的渦輪抽風裝置與壓電材料的示意圖；圖4C為本實用新型風力發電機的第五實施例的渦輪抽風裝置與壓電材料的示意圖；圖5A為本實用新型風力發電機的第六實施例的結構圖；圖5B為本實用新型風力發電機的第六實施例的壓電材料的示意圖；圖6為本實用新型風力發電機所連接的充電電路的電路圖。主要元件符號說明風力發電機la、lb、lc、ld、le輔助機具10a、10b、10c、IOcU IOe風力集中裝置20a、20b、20c風力驅動件30a,30b,30c,30c\30d入風處21a、21b出風噴嘴 22a、22b隔板 23a、23b、23c導風裝置M軸流風扇311渦輪抽風裝置312扇葉 312a齒輪機構321驅動盤322凸出部322a凸輪機構322b連接線323導風管33開合裝置；34[0041]風扇；35[0042]彈力件36[0043]壓電材料40[0044]壓電材料固定件41a、41b[0045]軸51[0046]軸承52[0047]充電電路60[0048]電力儲存單元61[0049]負載單元62[0050]第一開關Sl[0051]第二開關S2[0052]第三開關S3[0053]角度θ
具體實施方式
為讓本實用新型的上述和其它目的、特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉出本實用新型的具體實施例，並配合附圖，作詳細說明如下。以下請一併參考圖IA IC關於本實用新型風力發電機的第一實施例的相關示意圖，其中圖IA為本實用新型風力發電機的第一實施例的結構圖，圖IB為本實用新型風力發電機的第一實施例的外觀示意圖，圖IC為本實用新型風力發電機的第一實施例的動作示意圖。本實用新型風力發電機為利用壓電材料的振動以產生電能。在本實用新型的第一實施例中，風力發電機Ia包括輔助機具IOa及壓電材料40。輔助機具IOa包括風力集中裝置20a及風力驅動件30a。風力集中裝置20a用以接收並收集風力，並可進一步增加風力的速度。風力驅動件30與風力集中裝置20a相配合，用以接收經由風力集中裝置20a加速後的風力。壓電材料40固定於壓電材料固定件41a，並與風力驅動件30a相接觸。在本實用新型的第一實施例中，風力發電機Ia具有四片壓電材料40，但本實用新型並不以此數量為限。當風力集中裝置20a接收風力時，風力驅動件30a振動壓電材料40以產生電力。在本實用新型的一實施例中，壓電材料40為聚偏氟乙烯(PVDF)壓電膜，但壓電材料40也可為鈦酸鉛(PT)和鈮化鎂鉛(PMN)等具有相同性質的材料，本實用新型並不以上述所列舉的材料為限。在本實用新型的第一實施例中，風力集中裝置20a為一立方體結構，包括入風處 21a、出風噴嘴2 及隔板23a。入風處21a用以接收風力，再由出風噴嘴2 傳送出風力。 其中出風噴嘴22a的截面積小於入風處21a的截面積，用以增加風力的速度。隔板23a與風力的入射角度之間傾斜一角度θ，用以調整風力入射後的方向，使得風力集中裝置20a 可集中更多的風力及增加風力的速度。隔板23a與風力的入射角度之間傾斜角度θ的範圍為30度到60度之間，而在本實用新型的較佳實施例中，其角度θ實質上為討度，但本實用新型並不限定於此，只要可增加風力的速度均在本實用新型的保護範圍內。風力集中裝置20a還可包括一導風裝置(Flow-guided Mechanism) M，相鄰於入風處21a。導風裝置M具有格狀的結構，以確保風力的入射角能水平入射入風處21a，讓風力經由隔板23a及出風噴嘴2 傳送出時能有最佳的加速效果。如此一來，在本實用新型的最佳實施例中，風力集中裝置20a可將傳送出風力的速度增加為原始風速的14倍。在本實用新型的第一實施例中，風力驅動件30a包括軸流風扇(Axial Fan) 311, 齒輪機構(Gear Mechanism) 321及導風管(Duct)33。軸流風扇311設置於一軸51上，與齒輪機構321及導風管33之間通過軸承52互相連接。在本實用新型的第一實施例中，導風管33配合出風噴嘴2 的形狀，為一圓柱形的中空管，並區分成四個導管，但本實用新型並不以圖IA所示的形狀為限。關於風力發電機Ia的第一實施例的動作方式請參考圖1C。當風力經過風力集中裝置20a的加速後，再經過導風管33讓軸流風扇311得以轉動。而軸流風扇311的轉動會經由軸承52以帶動齒輪機構321而同步轉動。齒輪機構321與壓電材料40相接觸，當齒輪機構321轉動時，同時振動壓電材料40。壓電材料40再與充電電路(圖未示)電性連接，以儲存壓電材料40產生的電力。如此一來，風力發電機Ia即可利用壓電材料40而產生電力。接著請參考圖2本實用新型風力發電機的第二實施例的結構圖。在本實用新型的第二實施例中，風力發電機Ib包括輔助機具IOb及壓電材料40。 輔助機具IOb包括風力集中裝置20b及風力驅動件30a。相比於本實用新型的第一實施例， 第二實施例的差別僅在於風力集中裝置20b為一圓柱體結構。風力集中裝置20b也包括入風處21b、出風噴嘴22b及隔板23b。與第一實施例的風力集中裝置20a類似，風力集中裝置20b的入風處21b用以接收風力，再由出風噴嘴22傳送出風力，並且出風噴嘴22b的截面積也小於入風處21b的截面積。隔板23b與風力入射角度之間傾斜一角度θ，用以調整風力入射後的方向，使得風力集中裝置20b可集中更多的風力及增加風力的速度。如此一來，風力集中裝置20b可增加風力的速度。由於第二實施例中的風力驅動件30a與第一實施例相同，並且風力發電機Ib的外觀與第一實施例類似，故在此不再贅述其作用方式。如此一來，風力發電機Ib即可利用壓電材料40而產生一電力。接著請參考圖3本實用新型風力發電機的第三實施例的結構圖。在本實用新型的第三實施例中，風力發電機Ic包括輔助機具IOc及壓電材料40。 輔助機具IOc具有風力集中裝置20c及風力驅動件30b，風力驅動件30b包括渦輪抽風裝置 (Roof Turbine Ventilator) 312及齒輪機構321。風力集中裝置20c為一圓柱體結構，但構造與第二實施例的風力集中裝置20b並不相同。風力集中裝置20c的隔板23c排列成渦輪狀，以調整風力入射後的方向。渦輪抽風裝置312具有多個扇葉31加，並設置於風力集中裝置20c的內部，以通過風力集中裝置20c所集中的風力而轉動。在本實用新型的較佳實施方式中，多個扇葉31 的角度與風力的入射角度之間實質上互相垂直，以使得風力能更有效率地轉動渦輪抽風裝置312。接著渦輪抽風裝置312再通過軸51與軸承52的作用以同步帶動齒輪機構321的轉動。齒輪機構321與壓電材料40相接觸，當齒輪機構321轉動時，同時振動壓電材料40。如此一來，風力發電機Ic的壓電材料40即可產生電力。接著請同時參考圖4A到圖4B關於本實用新型風力發電機的第四實施例的相關示意圖，其中圖4A為本實用新型風力發電機的第四實施例的結構圖，圖4B為本實用新型風力發電機的第四實施例的渦輪抽風裝置與壓電材料的示意圖。[0066]在本實用新型的第四實施例中，風力發電機Id包括輔助機具IOd及壓電材料40。 輔助機具IOd具有風力集中裝置20c及風力驅動件30c，風力集中裝置20c的構造與本實用新型的第三實施例相同，故在此不再贅述。風力驅動件30c包括渦輪抽風裝置312、驅動盤 (Driving Disk) 322及連接線323。渦輪抽風裝置312設置於風力集中裝置20c的內部，以通過風力集中裝置20c所集中的風力而轉動。同時渦輪抽風裝置312與驅動盤322相接， 當渦輪抽風裝置312轉動時，可同步帶動驅動盤322旋轉。驅動盤322的形狀構成多個凸出部32加。驅動盤322的側邊與連接線323相接觸，連接線323與壓電材料40相接。壓電材料40的其中一側固定於壓電材料固定件41b上，另一側則與連接線323相接。當驅動盤 322轉動時，多個凸出部32 會推動連接線323，使得壓電材料40振動。如此一來，風力發電機Id的壓電材料40即可產生電力。接著請參考圖4C本實用新型風力發電機的第五實施例的渦輪抽風裝置與壓電材料的示意圖。在本實用新型的第五實施例之中，風力驅動件30c』包括渦輪抽風裝置312、驅動盤322及連接線323，而驅動盤322具有凸輪機構(Cam Mechanism) 322b。凸輪機構322b與連接線323相接，連接線323再與壓電材料40相連。當驅動盤322轉動時，凸輪機構322b 會帶動連接線323，使得壓電材料40振動。如此一來，壓電材料40即可產生電力。由於本實用新型的第五實施例與第四實施例的差別僅在於通過凸輪機構322b帶動連接線323，因此在此不再贅述其餘部分的作用方式。接著請同時參考圖5A到圖5B關於本實用新型風力發電機的第六實施例的相關示意圖，其中圖5A為本實用新型風力發電機的第六實施例的結構圖，圖5B為本實用新型風力發電機的第六實施例的壓電材料的示意圖。在本實用新型的第六實施例中，風力發電機Ie包括輔助機具IOe及壓電材料40， 輔助機具IOe包括風力集中裝置20a及風力驅動件30d。由於第五實施例的風力集中裝置 20a與第一實施例相似，故在此不再贅述其作用方式。風力驅動件30d包括齒輪機構321、 導風管33、開合裝置(Open-closed Mechanism) ；34、風扇；35及彈力件36。開合裝置；34設置於風力集中裝置20a與導風管33之間，風力發電機Ie可通過開合裝置34的轉動，讓風力間斷性地進入導風管33的其中一導管。並且需注意的是，風力集中裝置20a的出風噴嘴 22a、開合裝置34的開口處及導風管33的導管的截面積大小互相配合，使得經過出風噴嘴 22a的風力能完全進入導風管33的導管。風扇35與齒輪機構321互相連接，並且齒輪機構321與開合裝置34相配合。風扇 35可通過周邊風力的推力而轉動。當風扇35通過周邊風力轉動時，會帶動齒輪機構321， 進一步使得開合裝置34得以轉動。如此一來，當風力經過風力集中裝置20a後，即可間斷性地進入導風管33的其中一導管。壓電材料40設置於導風管33的內部，並與彈力件36相連接，即如圖5B所示。彈力件36可為一彈簧或其它具有彈性的元件，但本實用新型並不以此為限。當風力進入導風管33後，會使得壓電材料40擺動，而在風力消失後，壓電材料40通過彈力件36的彈力以回復到原始的形狀與位置。因此通過開合裝置34及彈力件36，可使得壓電材料40不斷地振動，以達到發電的目的。為了使本實用新型的壓電材料40的發電更有效率，壓電材料40可由多個聚偏氟乙烯壓電膜疊合併聯而成，即如圖5B所示。最後壓電材料40再與充電電路60(即如圖6 所示)電性連接。需注意的是，由多個聚偏氟乙烯壓電膜疊合併聯而成的壓電材料40並不限用於本實用新型的第六實施例，也可用於前述的第一實施例到第五實施例中，本實用新型並不以此為限。接著請參考圖6本實用新型風力發電機所連接的充電電路的電路圖。充電電路60與壓電材料40電性連接，充電電路60包括電力儲存單元61、負載單元62、第一開關Si、第二開關S2及第三開關S3。當壓電材料40產生的電力充足時，第一開關Sl導通，而讓第二開關S2及第三開關S3截止。如此一來，壓電材料40產生的電力直接供應至負載單元62。另一方面，也可讓第一開關Sl與第二開關S2導通，而讓第三開關S3截止，以傳輸壓電材料40產生的電力至電力儲存單元61以儲存其電力。而在壓電材料40產生的電力較為不足時，即可控制第一開關Sl與第三開關S3導通，而讓第二開關S2截止，讓壓電材料 40產生的電力與電力儲存單元61所儲存的電力可同時供應至負載單元62，讓負載單元62 可正常地接收其所需的電力。通過上述的三種電路的控制方式，充電電路60即可根據壓電材料40產生的電力大小以決定提供電力的方式，可更有效率地管理壓電材料40所產生的電力。通過上述的第一實施例到第六實施例可知，本實用新型的上述風力發電機la、lb、 lc、ld與Ie可以達到利用壓電材料發電的目的，並可利用其輔助機具10a、10b、10c、10d與 IOe增加風速，再進一步通過充電電路60管理壓電材料40所產生的電力，即可解決現有技術中直接利用壓電材料進行風力發電時會有發電效率不高的問題。應注意的是，上述諸多實施例僅為了便於說明而舉例而已，本實用新型所主張的保護範圍應以權利要求所述為準，而非僅限於上述實施例。
權利要求1.一種利用壓電材料發電的風力發電機，其特徵在於，包括一輔助機具，包括一風力集中裝置，用以收集一風力，並增加該風力的速度；以及一風力驅動件，與該風力集中裝置相配合，用以接收該風力；以及一壓電材料，與該風力驅動件相接觸；其中當該風力集中裝置接收該風力時，經由該風力驅動件的作用以振動該壓電材料而產生一電力。
2.如權利要求1所述的利用壓電材料發電的風力發電機，其特徵在於，該風力集中裝置為一立方體結構或一圓柱體結構。
3.如權利要求2所述的利用壓電材料發電的風力發電機，其特徵在於，該風力集中裝置包括一入風處，用以接收該風力；一隔板，與該風力的一入射角度之間傾斜一角度，用以調整該風力的方向；以及一出風噴嘴，該出風噴嘴的截面積小於該入風處的截面積，用以傳送該風力，當該入風處接收該風力後，該風力通過該隔板的該角度及該出風噴嘴以增加該風力的速度。
4.如權利要求3所述的利用壓電材料發電的風力發電機，其特徵在於，該角度為M度。
5.如權利要求3所述的利用壓電材料發電的風力發電機，其特徵在於，該風力集中裝置的該入風處與一導風裝置相連接。
6.如權利要求1所述的利用壓電材料發電的風力發電機，其特徵在於，該風力驅動件包括一軸流風扇，用以通過該風力轉動；以及一齒輪機構，與該軸流風扇互相連接並接觸該壓電材料，用以連接該風力驅動件，該軸流風扇利用該風力轉動時，同步帶動該齒輪機構轉動，以振動該壓電材料而產生該電力。
7.如權利要求6所述的利用壓電材料發電的風力發電機，其特徵在於，還包括一導風管。
8.如權利要求1所述的利用壓電材料發電的風力發電機，其特徵在於，該風力驅動件包括一渦輪抽風裝置，具有多個扇葉，用以通過該風力轉動；以及一齒輪機構，與該渦輪抽風裝置互相連接並接觸該壓電材料，用以連接該風力驅動件， 當該渦輪抽風裝置利用該風力轉動時，同步帶動該齒輪機構轉動，以振動該壓電材料而產生該電力。
9.如權利要求1所述的利用壓電材料發電的風力發電機，其特徵在於，該風力驅動件包括一渦輪抽風裝置，具有多個扇葉，用以通過該風力轉動；以及一驅動盤，具有多個凸出部，該驅動盤與該渦輪抽風裝置相連接，並且該多個凸出部通過一連接線與該壓電材料相接觸，該渦輪抽風裝置轉動時，經由該驅動盤的該多個凸出部推動該連接線，以振動該壓電材料而產生該電力。
10.如權利要求1所述的利用壓電材料發電的風力發電機，其特徵在於，該風力驅動件包括一渦輪抽風裝置，具有多個扇葉，用以通過該風力轉動；以及一驅動盤，具有一凸輪機構，該驅動盤與該渦輪抽風裝置相連接，並且該凸輪機構通過一連接線與該壓電材料相接，該渦輪抽風裝置轉動時，經由該驅動盤的該凸輪機構牽動該連接線，以振動該壓電材料而產生該電力。
11.如權利要求1所述的利用壓電材料發電的風力發電機，其特徵在於，該風力驅動件包括一導風管，用以輸送該風力；一開合裝置，設置於風力集中裝置及該導風管之間轉動，使得該風力間斷性地進入該導風管；一風扇，通過一周邊風力而轉動；以及一齒輪機構，連接該風扇並與該開合裝置相配合，當風扇轉動時，經由該齒輪機構以帶動該開合裝置，其中該壓電材料設置於該導風管的內側，並連接一彈力件，當該風力集中裝置接收該風力時，通過該開合裝置及該彈力件的作用以振動該壓電材料，而產生該電力。
12.如權利要求1所述的利用壓電材料發電的風力發電機，其特徵在於，該壓電材料為多個聚偏氟乙烯壓電膜疊合併聯而成。
13.一種輔助機具，用於一風力發電機，該風力發電機利用一壓電材料產生一電力，其特徵在於，該輔助機具包括一風力集中裝置，用以收集一風力，並增加該風力的速度，該風力集中裝置包括一入風處，用以接收該風力；一隔板，與該風力的一入射角度之間傾斜一角度，用以調整該風力的方向；以及一出風噴嘴，該出風噴嘴的截面積小於該入風處的截面積，用以傳送該風力，當該入風處接收該風力後，該風力通過該隔板的該角度及該出風噴嘴以增加該風力的速度；以及一風力驅動件，與該風力集中裝置相配合，以接收該風力，該風力驅動件與該壓電材料相接觸；其中當該風力集中裝置接收該風力時，經由該風力驅動件的作用以振動該壓電材料而產生該電力。
14.如權利要求13所述的輔助機具，其特徵在於，該風力集中裝置為一立方體結構或一圓柱體結構。
15.如權利要求13所述的輔助機具，其特徵在於，該角度為M度。
16.如權利要求13所述的輔助機具，其特徵在於，該風力集中裝置的該入風處與一導風裝置相連接。
17.如權利要求13所述的輔助機具，其中該風力驅動件包括一軸流風扇，用以通過該風力轉動；以及一齒輪機構，與該軸流風扇互相連接並接觸該壓電材料，用以連接該風力驅動件，該軸流風扇利用該風力轉動時，同步帶動該齒輪機構轉動，以振動該壓電材料而產生該電力。
18.如權利要求17所述的輔助機具，其特徵在於，還包括一導風管。
19.如權利要求13所述的輔助機具，其特徵在於，該風力驅動件包括一導風管，用以輸送該風力；一開合裝置，設置於風力集中裝置及該導風管之間轉動，使得該風力間斷性地進入該導風管；一風扇，通過一周邊風力而轉動；以及一齒輪機構，連接該風扇並與該開合裝置相配合，當風扇轉動時，經由該齒輪機構以帶動該開合裝置，其中該壓電材料設置於該導風管的內側，並連接一彈力件，當該風力集中裝置接收該風力時，通過該開合裝置及該彈力件的作用以振動該壓電材料，而產生該電力。
專利摘要本實用新型為一種利用壓電材料發電的風力發電機及其輔助機具。其中，風力發電機包括輔助機具及壓電材料。輔助機具包括風力集中裝置及風力驅動件。風力集中裝置用以收集風力，並增加風力的速度。風力驅動件與風力集中裝置相配合，用以接收風力。壓電材料與風力驅動件相接觸。其中當風力集中裝置接收風力時，經由風力驅動件的作用以振動壓電材料而產生電力。本實用新型通過輔助機具的作用以振動壓電材料而產生電力，可以提高發電量和發電效率。
文檔編號F03D9/00GK202190224SQ201120014730
公開日2012年4月11日 申請日期2011年1月13日 優先權日2010年9月2日
發明者丁鏞 申請人:丁鏞