专利名称：利用压电材料发电的风力发电机及其辅助机具的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种利用压电材料发电的风力发电机及其辅助机具，特别是一种可增加风力的利用压电材料发电的风力发电机及其辅助机具。
背景技术：
随着科技的发展，现今社会对于能源的需求日益增加。在现今的能源利用中，绝大部分还是利用石化燃料作为最主要的能源来源。但是随着石化燃料的产量减少及环境保护的观念日益增加，现今社会需要一种更环保的替代性能源。因此利用风力发电已经成为替代性能源的选择之一，但风力发电的发电量过低，较不符合经济效益。在现有技术中已经揭露一种压电材料，当压电材料受到外加机械压力时，内部便能产生电压。因此压电材料利用环境中的转动或震动等动能，通过压电撷取能量装置，可将机械振动能转换为电能。因此在现有技术中已经揭露利用压电材料进行发电的技术。但现有技术中仅利用压电材料来直接承受风力而发电，并没有详细的系统功能及实用方式的可行性评估。且一般尺寸的单一片压电材料，其发电量极小，即使使用多片压电材料，其辅助机构以及电力信号的处理等问题均没有适当良好的设计，在此情况下发电量仍然太低且效益不佳而不符合经济效益。因此，有必要实用新型一种新的利用压电材料发电的风力发电机及其辅助机具， 以解决现有技术的缺陷。
实用新型内容本实用新型的主要目的在于提供一种利用压电材料发电的风力发电机，可增加风力让压电材料产生电力。本实用新型的另一主要目的在于提供一种用于此风力发电机的辅助机具。为达到上述目的，本实用新型利用压电材料发电的风力发电机包括辅助机具及压电材料。辅助机具包括风力集中装置及风力驱动件。风力集中装置用以收集风力，并增加风力的速度。风力驱动件与风力集中装置相配合，用以接收风力。压电材料与风力驱动件相接触。其中当风力集中装置接收风力时，经由风力驱动件的作用以振动压电材料而产生电力。本实用新型的辅助机具用于风力发电机。风力发电机是利用压电材料产生电力。 辅助机具包括风力集中装置及风力驱动件。风力集中装置用以收集风力，并增加风力的速度。风力驱动件与风力集中装置相配合，以接收风力。该风力集中装置包括入风处、隔板及出风喷嘴。入风处用以接收风力。隔板与风力的入射角度之间倾斜一角度。出风喷嘴的截面积小于入风处的截面积，用以传输风力，当入风处接收该风力后，风力通过该隔板的角度及出风喷嘴以增加该风力的速度。风力驱动件与压电材料相接触。其中当风力集中装置接收风力时，经由风力驱动件的作用以振动压电材料而产生电力。本实用新型通过辅助机具的作用以振动压电材料而产生电力，可以提高发电量和发电效率。
图IA为本实用新型风力发电机的第一实施例的结构图；图IB为本实用新型风力发电机的第一实施例的外观示意图；图IC为本实用新型风力发电机的第一实施例的动作示意图；图2为本实用新型风力发电机的第二实施例的结构图；图3为本实用新型风力发电机的第三实施例的结构图；图4A为本实用新型风力发电机的第四实施例的结构图；图4B为本实用新型风力发电机的第四实施例的涡轮抽风装置与压电材料的示意图；图4C为本实用新型风力发电机的第五实施例的涡轮抽风装置与压电材料的示意图；图5A为本实用新型风力发电机的第六实施例的结构图；图5B为本实用新型风力发电机的第六实施例的压电材料的示意图；图6为本实用新型风力发电机所连接的充电电路的电路图。主要元件符号说明风力发电机la、lb、lc、ld、le辅助机具10a、10b、10c、IOcU IOe风力集中装置20a、20b、20c风力驱动件30a,30b,30c,30c\30d入风处21a、21b出风喷嘴 22a、22b隔板 23a、23b、23c导风装置M轴流风扇311涡轮抽风装置312扇叶 312a齿轮机构321驱动盘322凸出部322a凸轮机构322b连接线323导风管33开合装置；34[0041]风扇；35[0042]弹力件36[0043]压电材料40[0044]压电材料固定件41a、41b[0045]轴51[0046]轴承52[0047]充电电路60[0048]电力储存单元61[0049]负载单元62[0050]第一开关Sl[0051]第二开关S2[0052]第三开关S3[0053]角度θ
具体实施方式
为让本实用新型的上述和其它目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举出本实用新型的具体实施例，并配合附图，作详细说明如下。以下请一并参考图IA IC关于本实用新型风力发电机的第一实施例的相关示意图，其中图IA为本实用新型风力发电机的第一实施例的结构图，图IB为本实用新型风力发电机的第一实施例的外观示意图，图IC为本实用新型风力发电机的第一实施例的动作示意图。本实用新型风力发电机为利用压电材料的振动以产生电能。在本实用新型的第一实施例中，风力发电机Ia包括辅助机具IOa及压电材料40。辅助机具IOa包括风力集中装置20a及风力驱动件30a。风力集中装置20a用以接收并收集风力，并可进一步增加风力的速度。风力驱动件30与风力集中装置20a相配合，用以接收经由风力集中装置20a加速后的风力。压电材料40固定于压电材料固定件41a，并与风力驱动件30a相接触。在本实用新型的第一实施例中，风力发电机Ia具有四片压电材料40，但本实用新型并不以此数量为限。当风力集中装置20a接收风力时，风力驱动件30a振动压电材料40以产生电力。在本实用新型的一实施例中，压电材料40为聚偏氟乙烯(PVDF)压电膜，但压电材料40也可为钛酸铅(PT)和铌化镁铅(PMN)等具有相同性质的材料，本实用新型并不以上述所列举的材料为限。在本实用新型的第一实施例中，风力集中装置20a为一立方体结构，包括入风处 21a、出风喷嘴2 及隔板23a。入风处21a用以接收风力，再由出风喷嘴2 传送出风力。 其中出风喷嘴22a的截面积小于入风处21a的截面积，用以增加风力的速度。隔板23a与风力的入射角度之间倾斜一角度θ，用以调整风力入射后的方向，使得风力集中装置20a 可集中更多的风力及增加风力的速度。隔板23a与风力的入射角度之间倾斜角度θ的范围为30度到60度之间，而在本实用新型的较佳实施例中，其角度θ实质上为讨度，但本实用新型并不限定于此，只要可增加风力的速度均在本实用新型的保护范围内。风力集中装置20a还可包括一导风装置(Flow-guided Mechanism) M，相邻于入风处21a。导风装置M具有格状的结构，以确保风力的入射角能水平入射入风处21a，让风力经由隔板23a及出风喷嘴2 传送出时能有最佳的加速效果。如此一来，在本实用新型的最佳实施例中，风力集中装置20a可将传送出风力的速度增加为原始风速的14倍。在本实用新型的第一实施例中，风力驱动件30a包括轴流风扇(Axial Fan) 311, 齿轮机构(Gear Mechanism) 321及导风管(Duct)33。轴流风扇311设置于一轴51上，与齿轮机构321及导风管33之间通过轴承52互相连接。在本实用新型的第一实施例中，导风管33配合出风喷嘴2 的形状，为一圆柱形的中空管，并区分成四个导管，但本实用新型并不以图IA所示的形状为限。关于风力发电机Ia的第一实施例的动作方式请参考图1C。当风力经过风力集中装置20a的加速后，再经过导风管33让轴流风扇311得以转动。而轴流风扇311的转动会经由轴承52以带动齿轮机构321而同步转动。齿轮机构321与压电材料40相接触，当齿轮机构321转动时，同时振动压电材料40。压电材料40再与充电电路(图未示)电性连接，以储存压电材料40产生的电力。如此一来，风力发电机Ia即可利用压电材料40而产生电力。接着请参考图2本实用新型风力发电机的第二实施例的结构图。在本实用新型的第二实施例中，风力发电机Ib包括辅助机具IOb及压电材料40。 辅助机具IOb包括风力集中装置20b及风力驱动件30a。相比于本实用新型的第一实施例， 第二实施例的差别仅在于风力集中装置20b为一圆柱体结构。风力集中装置20b也包括入风处21b、出风喷嘴22b及隔板23b。与第一实施例的风力集中装置20a类似，风力集中装置20b的入风处21b用以接收风力，再由出风喷嘴22传送出风力，并且出风喷嘴22b的截面积也小于入风处21b的截面积。隔板23b与风力入射角度之间倾斜一角度θ，用以调整风力入射后的方向，使得风力集中装置20b可集中更多的风力及增加风力的速度。如此一来，风力集中装置20b可增加风力的速度。由于第二实施例中的风力驱动件30a与第一实施例相同，并且风力发电机Ib的外观与第一实施例类似，故在此不再赘述其作用方式。如此一来，风力发电机Ib即可利用压电材料40而产生一电力。接着请参考图3本实用新型风力发电机的第三实施例的结构图。在本实用新型的第三实施例中，风力发电机Ic包括辅助机具IOc及压电材料40。 辅助机具IOc具有风力集中装置20c及风力驱动件30b，风力驱动件30b包括涡轮抽风装置 (Roof Turbine Ventilator) 312及齿轮机构321。风力集中装置20c为一圆柱体结构，但构造与第二实施例的风力集中装置20b并不相同。风力集中装置20c的隔板23c排列成涡轮状，以调整风力入射后的方向。涡轮抽风装置312具有多个扇叶31加，并设置于风力集中装置20c的内部，以通过风力集中装置20c所集中的风力而转动。在本实用新型的较佳实施方式中，多个扇叶31 的角度与风力的入射角度之间实质上互相垂直，以使得风力能更有效率地转动涡轮抽风装置312。接着涡轮抽风装置312再通过轴51与轴承52的作用以同步带动齿轮机构321的转动。齿轮机构321与压电材料40相接触，当齿轮机构321转动时，同时振动压电材料40。如此一来，风力发电机Ic的压电材料40即可产生电力。接着请同时参考图4A到图4B关于本实用新型风力发电机的第四实施例的相关示意图，其中图4A为本实用新型风力发电机的第四实施例的结构图，图4B为本实用新型风力发电机的第四实施例的涡轮抽风装置与压电材料的示意图。[0066]在本实用新型的第四实施例中，风力发电机Id包括辅助机具IOd及压电材料40。 辅助机具IOd具有风力集中装置20c及风力驱动件30c，风力集中装置20c的构造与本实用新型的第三实施例相同，故在此不再赘述。风力驱动件30c包括涡轮抽风装置312、驱动盘 (Driving Disk) 322及连接线323。涡轮抽风装置312设置于风力集中装置20c的内部，以通过风力集中装置20c所集中的风力而转动。同时涡轮抽风装置312与驱动盘322相接， 当涡轮抽风装置312转动时，可同步带动驱动盘322旋转。驱动盘322的形状构成多个凸出部32加。驱动盘322的侧边与连接线323相接触，连接线323与压电材料40相接。压电材料40的其中一侧固定于压电材料固定件41b上，另一侧则与连接线323相接。当驱动盘 322转动时，多个凸出部32 会推动连接线323，使得压电材料40振动。如此一来，风力发电机Id的压电材料40即可产生电力。接着请参考图4C本实用新型风力发电机的第五实施例的涡轮抽风装置与压电材料的示意图。在本实用新型的第五实施例之中，风力驱动件30c’包括涡轮抽风装置312、驱动盘322及连接线323，而驱动盘322具有凸轮机构(Cam Mechanism) 322b。凸轮机构322b与连接线323相接，连接线323再与压电材料40相连。当驱动盘322转动时，凸轮机构322b 会带动连接线323，使得压电材料40振动。如此一来，压电材料40即可产生电力。由于本实用新型的第五实施例与第四实施例的差别仅在于通过凸轮机构322b带动连接线323，因此在此不再赘述其余部分的作用方式。接着请同时参考图5A到图5B关于本实用新型风力发电机的第六实施例的相关示意图，其中图5A为本实用新型风力发电机的第六实施例的结构图，图5B为本实用新型风力发电机的第六实施例的压电材料的示意图。在本实用新型的第六实施例中，风力发电机Ie包括辅助机具IOe及压电材料40， 辅助机具IOe包括风力集中装置20a及风力驱动件30d。由于第五实施例的风力集中装置 20a与第一实施例相似，故在此不再赘述其作用方式。风力驱动件30d包括齿轮机构321、 导风管33、开合装置(Open-closed Mechanism) ；34、风扇；35及弹力件36。开合装置；34设置于风力集中装置20a与导风管33之间，风力发电机Ie可通过开合装置34的转动，让风力间断性地进入导风管33的其中一导管。并且需注意的是，风力集中装置20a的出风喷嘴 22a、开合装置34的开口处及导风管33的导管的截面积大小互相配合，使得经过出风喷嘴 22a的风力能完全进入导风管33的导管。风扇35与齿轮机构321互相连接，并且齿轮机构321与开合装置34相配合。风扇 35可通过周边风力的推力而转动。当风扇35通过周边风力转动时，会带动齿轮机构321， 进一步使得开合装置34得以转动。如此一来，当风力经过风力集中装置20a后，即可间断性地进入导风管33的其中一导管。压电材料40设置于导风管33的内部，并与弹力件36相连接，即如图5B所示。弹力件36可为一弹簧或其它具有弹性的元件，但本实用新型并不以此为限。当风力进入导风管33后，会使得压电材料40摆动，而在风力消失后，压电材料40通过弹力件36的弹力以回复到原始的形状与位置。因此通过开合装置34及弹力件36，可使得压电材料40不断地振动，以达到发电的目的。为了使本实用新型的压电材料40的发电更有效率，压电材料40可由多个聚偏氟乙烯压电膜叠合并联而成，即如图5B所示。最后压电材料40再与充电电路60(即如图6 所示)电性连接。需注意的是，由多个聚偏氟乙烯压电膜叠合并联而成的压电材料40并不限用于本实用新型的第六实施例，也可用于前述的第一实施例到第五实施例中，本实用新型并不以此为限。接着请参考图6本实用新型风力发电机所连接的充电电路的电路图。充电电路60与压电材料40电性连接，充电电路60包括电力储存单元61、负载单元62、第一开关Si、第二开关S2及第三开关S3。当压电材料40产生的电力充足时，第一开关Sl导通，而让第二开关S2及第三开关S3截止。如此一来，压电材料40产生的电力直接供应至负载单元62。另一方面，也可让第一开关Sl与第二开关S2导通，而让第三开关S3截止，以传输压电材料40产生的电力至电力储存单元61以储存其电力。而在压电材料40产生的电力较为不足时，即可控制第一开关Sl与第三开关S3导通，而让第二开关S2截止，让压电材料 40产生的电力与电力储存单元61所储存的电力可同时供应至负载单元62，让负载单元62 可正常地接收其所需的电力。通过上述的三种电路的控制方式，充电电路60即可根据压电材料40产生的电力大小以决定提供电力的方式，可更有效率地管理压电材料40所产生的电力。通过上述的第一实施例到第六实施例可知，本实用新型的上述风力发电机la、lb、 lc、ld与Ie可以达到利用压电材料发电的目的，并可利用其辅助机具10a、10b、10c、10d与 IOe增加风速，再进一步通过充电电路60管理压电材料40所产生的电力，即可解决现有技术中直接利用压电材料进行风力发电时会有发电效率不高的问题。应注意的是，上述诸多实施例仅为了便于说明而举例而已，本实用新型所主张的保护范围应以权利要求所述为准，而非仅限于上述实施例。
权利要求1.一种利用压电材料发电的风力发电机，其特征在于，包括一辅助机具，包括一风力集中装置，用以收集一风力，并增加该风力的速度；以及一风力驱动件，与该风力集中装置相配合，用以接收该风力；以及一压电材料，与该风力驱动件相接触；其中当该风力集中装置接收该风力时，经由该风力驱动件的作用以振动该压电材料而产生一电力。
2.如权利要求1所述的利用压电材料发电的风力发电机，其特征在于，该风力集中装置为一立方体结构或一圆柱体结构。
3.如权利要求2所述的利用压电材料发电的风力发电机，其特征在于，该风力集中装置包括一入风处，用以接收该风力；一隔板，与该风力的一入射角度之间倾斜一角度，用以调整该风力的方向；以及一出风喷嘴，该出风喷嘴的截面积小于该入风处的截面积，用以传送该风力，当该入风处接收该风力后，该风力通过该隔板的该角度及该出风喷嘴以增加该风力的速度。
4.如权利要求3所述的利用压电材料发电的风力发电机，其特征在于，该角度为M度。
5.如权利要求3所述的利用压电材料发电的风力发电机，其特征在于，该风力集中装置的该入风处与一导风装置相连接。
6.如权利要求1所述的利用压电材料发电的风力发电机，其特征在于，该风力驱动件包括一轴流风扇，用以通过该风力转动；以及一齿轮机构，与该轴流风扇互相连接并接触该压电材料，用以连接该风力驱动件，该轴流风扇利用该风力转动时，同步带动该齿轮机构转动，以振动该压电材料而产生该电力。
7.如权利要求6所述的利用压电材料发电的风力发电机，其特征在于，还包括一导风管。
8.如权利要求1所述的利用压电材料发电的风力发电机，其特征在于，该风力驱动件包括一涡轮抽风装置，具有多个扇叶，用以通过该风力转动；以及一齿轮机构，与该涡轮抽风装置互相连接并接触该压电材料，用以连接该风力驱动件， 当该涡轮抽风装置利用该风力转动时，同步带动该齿轮机构转动，以振动该压电材料而产生该电力。
9.如权利要求1所述的利用压电材料发电的风力发电机，其特征在于，该风力驱动件包括一涡轮抽风装置，具有多个扇叶，用以通过该风力转动；以及一驱动盘，具有多个凸出部，该驱动盘与该涡轮抽风装置相连接，并且该多个凸出部通过一连接线与该压电材料相接触，该涡轮抽风装置转动时，经由该驱动盘的该多个凸出部推动该连接线，以振动该压电材料而产生该电力。
10.如权利要求1所述的利用压电材料发电的风力发电机，其特征在于，该风力驱动件包括一涡轮抽风装置，具有多个扇叶，用以通过该风力转动；以及一驱动盘，具有一凸轮机构，该驱动盘与该涡轮抽风装置相连接，并且该凸轮机构通过一连接线与该压电材料相接，该涡轮抽风装置转动时，经由该驱动盘的该凸轮机构牵动该连接线，以振动该压电材料而产生该电力。
11.如权利要求1所述的利用压电材料发电的风力发电机，其特征在于，该风力驱动件包括一导风管，用以输送该风力；一开合装置，设置于风力集中装置及该导风管之间转动，使得该风力间断性地进入该导风管；一风扇，通过一周边风力而转动；以及一齿轮机构，连接该风扇并与该开合装置相配合，当风扇转动时，经由该齿轮机构以带动该开合装置，其中该压电材料设置于该导风管的内侧，并连接一弹力件，当该风力集中装置接收该风力时，通过该开合装置及该弹力件的作用以振动该压电材料，而产生该电力。
12.如权利要求1所述的利用压电材料发电的风力发电机，其特征在于，该压电材料为多个聚偏氟乙烯压电膜叠合并联而成。
13.一种辅助机具，用于一风力发电机，该风力发电机利用一压电材料产生一电力，其特征在于，该辅助机具包括一风力集中装置，用以收集一风力，并增加该风力的速度，该风力集中装置包括一入风处，用以接收该风力；一隔板，与该风力的一入射角度之间倾斜一角度，用以调整该风力的方向；以及一出风喷嘴，该出风喷嘴的截面积小于该入风处的截面积，用以传送该风力，当该入风处接收该风力后，该风力通过该隔板的该角度及该出风喷嘴以增加该风力的速度；以及一风力驱动件，与该风力集中装置相配合，以接收该风力，该风力驱动件与该压电材料相接触；其中当该风力集中装置接收该风力时，经由该风力驱动件的作用以振动该压电材料而产生该电力。
14.如权利要求13所述的辅助机具，其特征在于，该风力集中装置为一立方体结构或一圆柱体结构。
15.如权利要求13所述的辅助机具，其特征在于，该角度为M度。
16.如权利要求13所述的辅助机具，其特征在于，该风力集中装置的该入风处与一导风装置相连接。
17.如权利要求13所述的辅助机具，其中该风力驱动件包括一轴流风扇，用以通过该风力转动；以及一齿轮机构，与该轴流风扇互相连接并接触该压电材料，用以连接该风力驱动件，该轴流风扇利用该风力转动时，同步带动该齿轮机构转动，以振动该压电材料而产生该电力。
18.如权利要求17所述的辅助机具，其特征在于，还包括一导风管。
19.如权利要求13所述的辅助机具，其特征在于，该风力驱动件包括一导风管，用以输送该风力；一开合装置，设置于风力集中装置及该导风管之间转动，使得该风力间断性地进入该导风管；一风扇，通过一周边风力而转动；以及一齿轮机构，连接该风扇并与该开合装置相配合，当风扇转动时，经由该齿轮机构以带动该开合装置，其中该压电材料设置于该导风管的内侧，并连接一弹力件，当该风力集中装置接收该风力时，通过该开合装置及该弹力件的作用以振动该压电材料，而产生该电力。
专利摘要本实用新型为一种利用压电材料发电的风力发电机及其辅助机具。其中，风力发电机包括辅助机具及压电材料。辅助机具包括风力集中装置及风力驱动件。风力集中装置用以收集风力，并增加风力的速度。风力驱动件与风力集中装置相配合，用以接收风力。压电材料与风力驱动件相接触。其中当风力集中装置接收风力时，经由风力驱动件的作用以振动压电材料而产生电力。本实用新型通过辅助机具的作用以振动压电材料而产生电力，可以提高发电量和发电效率。
文档编号F03D9/00GK202190224SQ201120014730
公开日2012年4月11日 申请日期2011年1月13日 优先权日2010年9月2日
发明者丁镛 申请人:丁镛