阅读说明：本技术 面向风能获取的振动能量采集装置 (Vibration energy collecting device for wind energy acquisition ) 是由 宋玉旺 陈元立 刘微 王虎 于 2021-05-28 设计创作，主要内容包括：本发明是一种面向风能获取的振动能量采集装置,属于可再生能源的风力发电领域。包括风力机底座(1)、可调节立柱(2)、拾振装置(3)、壳体(4)、线圈装置(5)、磁体装置(6)六部分。通过任意方向来风吹过拾振装置(3)的柱形采风钝体(3-1)时产生涡激振动现象,振动进而使闭合密集线圈(5-1-2,5-2-2)交替切割环形永磁体(6-1-1,6-2-1)所提供的磁感线,产生交流电流进行发电。该装置无需传统风机叶片,利用涡流振动产生磁场切割进而形成电能,可接受任何风向的风荷载,无需额外装置引导风方向就可以获得最大的风能,符合可持续发展的要求。(The invention relates to a vibration energy collecting device for acquiring wind energy, and belongs to the field of wind power generation of renewable energy sources. The wind power generator comprises a wind power generator base (1), an adjustable upright post (2), a vibration pickup device (3), a shell (4), a coil device (5) and a magnet device (6). When wind blows in any direction and blows through the cylindrical wind collection bluff body (3-1) of the vibration pickup device (3), a vortex-induced vibration phenomenon is generated, and the vibration enables the closed dense coils (5-1-2, 5-2-2) to alternately cut magnetic induction lines provided by the annular permanent magnets (6-1-1, 6-2-1) to generate alternating current for power generation. The device does not need traditional fan blades, utilizes vortex vibration to generate magnetic field cutting to further form electric energy, can receive wind load in any wind direction, can obtain maximum wind energy without an additional device for guiding the wind direction, and meets the requirement of sustainable development.)

面向风能获取的振动能量采集装置

技术领域

本发明专利涉及的是一种基于涡激振动原理与电磁感应原理的振动能量采集装置，属于可再生能源的风力发电领域。

背景技术

近几年来，伴随着一系列新兴风电技术的提出与应用，风电这一能源形式的发展速度已经超越了绝大多数其他能源，排名世界前列。世界各国也开始对风电进行深入研究并获得了丰厚成果，因此，在我国风能发电领域培养自主创新能力和新技术的革新迫在眉睫。

传统的叶轮式风力发电机有诸多缺陷，如噪声污染严重、叶轮旋转影响鸟类正常栖息、结构复杂，维修不便、对风向有较高要求，需要偏航装置等等。

作为一种常见的流体力学现象，涡激振动具有重要的应用前景。1911年，匈牙利裔美国空气动力学家Theodore von Karman在理论上首次提出了卡门涡街。当流体流经阻流体时,流体达到一定流速时，流体从阻流体两侧剥离，形成交替的涡流作用在物体上进而使其发生振动。我们可以利用这个原理，来设计基于卡门涡街和电磁感应原理的风力发电装置。

发明内容

本发明专利设计了一种基于涡激振动原理的风力发电装置，目的是为了有效解决现有叶轮式发电技术中发电效率低、占地多、噪音大、对鸟类造成伤害等技术问题。

所述基于卡门涡街理论的无叶片风力发电装置，其主要由风力机底座(1)、可调节立柱(2)、拾振装置(3)、电磁壳体(4)、线圈装置(5)、磁体装置(6)六部分组成。在拾振装置(3)中，一根柱形的采风钝体(3-1)，通过柔性连杆(3-2)固定在面包板(1-1)上；线圈装置分为大线圈装置(5-1)及小线圈装置(5-2))，其位于电磁壳体(4)中，并与柱形采风钝体(3-1)同轴心。

本发明中，采用圆柱形采风钝体(3-1)收集振动能量，任意方向来风吹过采风装置时，来风经过采风钝体(3-1)产生脱落漩涡，对采风钝体(3-1)表面施加交替相间的流体力，使得采风钝体(3-1)及柔性连接杆(3-2)进行往复振动，进而带动磁体装置(6)运动，闭合线圈(5-1-2，5-2-2)与环形永磁体(6-1-1，6-2-1)所提供的磁感线产生相对位移，从而产生交变电流。

优选的，环形永磁体(6-1-1，6-2-1)采用钕铁硼永磁材料或磁性更佳的稀土永磁材料。

优选的，所用连接杆(3-2)为柔性材料，采用综合性价比较高的橡胶棒。

优选的，圆柱形采风钝体(3-1)外表面采用玻璃纤维材质覆盖。

优选的，圆柱形采风钝体(3-1)整体为圆柱形，底部留有一个连接口与柔性连杆(3-2)进行连接。

优选的，环形永磁环(6-1-1，6-2-1)，即与磁铁架(6-1-2，6-2-2)相互组合构成磁体装置，固定在柔性连杆(3-2)中上部适合的位置，来风使圆柱形采风钝体(3-1)产生涡激振动，进而带动柔性连杆(3-2)与磁体装置一同振动。

优选的，线圈(5-1-2，5-2-2)缠绕为环状结构，且与静止状态下的柔性连杆(3-2)及环形永磁环(6-1-1，6-2-1)呈同轴心布置，从而使环形永磁环(6-1-1，6-2-1)振动时通过闭合线圈(5-1-2，5-2-2)的磁通量变化率足够大。

本发明的优点：本发明舍弃了传统叶轮式风力发电机依靠叶片迎风发电的方式，利用空气动力学中的涡激振动理论进行发电，具有占地少，安装维修便捷等优点，使其适应于小型民用发电，有利于进一步推广新能源利用的社会效益；同时任意方向来风均可发电，风能利用率高，对风场限制要求低，在路灯、楼宇平台、狭长街道等环境中均可进行安装；同时可减少噪声污染和对鸟类的危害，符合可持续发展的要求。

附图说明

图1为本发明所述基于涡激振动的振动能量采集装置整体结构示意图；

图2是本发明所述振动能量采集装置拾振装置示意图；

图3为本发明所述振动能量采集装置底座及立柱示意图；

图4为本发明所述振动能量采集装置磁体装置示意图；

图5为本发明所述振动能量采集装置线圈及磁体装置示意图；

风力机底座(1)；

面包板(1-1)、安装台(1-2)；

可调节立柱(2)；

四根可调节立柱(2-1，2-2，2-3，2-4)；

拾振装置(3)；

圆柱形采风钝体(3-1)、柔性连杆(3-2)；

壳体(4)；

两个壳体(4-1，4-2)；

线圈装置(5)；

大线圈装置(5-1)、小线圈装置(5-2)；

大线圈面板(5-1-1)、大线圈(5-1-2)、小线圈面板(5-2-1)、小线圈(5-2-2)；

磁体装置(6)；

环形永磁体(6-1-1，6-2-1)、磁铁架(6-1-2，6-2-2)；

具体实施方式

本实施方式所述基于涡激振动原理的振动能量采集装置，主要有风力机底座(1)、可调节立柱(2)、拾振装置(3)、电磁壳体(4)、线圈装置(5)、磁体装置(6)六部分。

装置最下层部分，有一面包板(1-1)与安装台(1-2)通过螺钉相互固定连接，一是为了增大底面积进行稳固，二是方面加入其他电路元件进行组装调试。

风力机底座(1)上方，使用四根可调节立柱(2-1，2-2，2-3，2-4)将安装台(1-2)与之连接固定。立柱(2-1，2-2，2-3，2-4)均已打孔，可便于上下调节。

环形永磁体(6-1-1，6-2-1)共两组，将其分别与两个磁铁架(6-1-2，6-2-2)组装成磁体装置(6)。

柔性连杆(3-2)一段固定于面包板(1-1)，另一端连接圆柱形采风钝体(3-1)，且磁体装置(6)安装在柔性连杆(3-2)上，并随柔性连杆(3-2)的振动而产生相应的振动。

将线圈(5-1-2，5-2-2)采用单层环状结构缠绕方式缠绕于线圈面板(5-1-1，5-2-1)上，小线圈(5-2-2)对应小线圈面板(5-2-1)，大线圈(5-1-2)对应大线圈面板(5-1-1)，其与静止状态下的柔性连杆(3-2)以及环形永磁环(6-1-1，6-2-1)同轴心布置。

分别将一个组装完成的大线圈装置(5-1)、小线圈装置(5-2)安装于壳体(4)中，然后将大线圈装置(5-1)固定安装在壳体(4)的上部，小线圈装置(5-2)固定安装于壳体(4)下部。磁体装置(6)处于大线圈装置(5-1)与小线圈装置(5-2)之间的位置，共有两个组装完成的壳体(4-1，4-2)装置，将其在竖直方向重合布置。

使用刚性连杆元件将两个壳体(4-1，4-2)固定于四根立杆(2-1，2-2，2-3，2-4)的上端。同时，也要使用螺钉进行刚性连杆与壳体(4)的固定。

圆柱形采风钝体(3-1)与柔性连杆(3-2)进行连接安装于其最上端。采风筒通过涡激振动原理的螺旋脱落效应采集风能，进而使柔性连杆(3-2)及磁体装置(6)产生振动，圆柱形采风钝体(3-1)可利用来自不同方向的风能，将风能转化成机械能，其外壁采用玻璃纤维材质覆盖，具有一定的刚度，使其在风力作用下不发生变形。

以上依据图示所示的实施例详细说明了本发明专利的构造、特征及作用效果，以上所述仅为本发明专利的较佳实施例，但本发明专利不以图片所示的效果限定实施范围，凡是依照本发明专利的构想、原理所作的改变，或修改为等同变化的等效实施例，仍未超出说明书于图示所涵盖的精神时，均应在本发明专利的保护范围内。