一种频率可调节的摆动式风力发电设备的制作方法

[0001]
本发明涉及风力发电领域，提供一种可根据风速调整自身固有振动频率的摆动式风力发电设备，在各种风速下均能以最高效率发电，可为小型家用电器设备的供电，也能为偏远山区的测量仪器等小型独立用电装置供电。


背景技术：

[0002]
风绕过非流线形物体时，物体尾流左右两侧会产生的成对的、交替排列的、旋转方向相反的反对称涡旋状卡门涡街。风所产生的卡门涡街，也是风能的一种转化形式。近些年来，随着技术的发展，出现了一些利用风所产生的卡门涡街来发电的设备。但此项技术仍处于起步阶段，所应用的发电设备类型较少，存在对风速适应性不好、发电效率不高、实用性不强等缺点。


技术实现要素：

[0003]
本发明旨在至少在一定程度上解决上述技术问题。为此，本发明提供了一种可根据风速调整自身固有振动频率的摆动式风力发电设备，频率调节装置根据风速调节风能接收装置的固有频率使其振动保持在最大幅值附近，从而获得最大的风能转化效率；针对卡门涡街振幅小、频率高的特点，对磁极的排列进行特殊设计，使线圈在较小振幅下以更高的效率切割磁场，提升发电效率频率。
[0004]
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：包括风能接收装置、振动杆、发电装置、支撑装置、底座、卡环、频率调节装置、支撑架、磁铁、铁芯、支撑杆；所述风能接收装置底部与振动杆相连，振动杆的下端固定在底座上；所述振动杆在风能接收装置带动下周期性摆动，并将动能传递给发电装置转化为电能；所述发电装置有多层结构的磁铁和铁芯以及线圈构成，发电装置中磁铁和铁芯以及线圈的每一组构成一个独立发电单元，独立发电单元相互串联，为多层排列，每层在风能接收装置的摆动方向上两边对称布置磁极相反，相邻两层之间的磁铁相对面的磁极属性相反，在两层磁铁中间布置有铁芯；所述铁芯两个为一对，对称布置在风能接收装置的摆动方向上两边，在一对铁芯的四周水平方向上缠绕有线圈，在风能接收装置的摆动方向上两侧的线圈分别切割磁极相反的磁场，产生方向相反的电流在线圈中构成回路；所述频率调节装置根据风速大小，往风能接收装置注入不同质量的流体来改变风能接收装置的固有振动频率，以与不同风速形成的卡门涡街共振。
[0005]
进一步，风能接收装置外形为圆柱形或圆锥形，以形成更强烈的卡门涡街。
[0006]
进一步，频率调节装置布置在风能接收装置内部，由卡环在两端将其卡住。
[0007]
进一步，发电装置内设有支撑架，内有空槽用于放置磁铁。
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进一步，支撑装置位于发电装置底部，对发电装置形成支撑；支撑装置由多个支撑柱组成，中心部分的支撑柱紧挨振动杆，通过使振动杆底部不能弯曲，减小振动杆能够弯曲部分的长度以提高振动杆整体刚度。
[0009]
本发明的有益效果是：增加频率调节装置，能根据风速调节风能接收装置的固有
频率使其振动保持在最大幅值附近，从而获得最大的风能转化效率；发电单元中磁铁和铁芯采用多层对称式布置，使线圈在较小振幅下以更高的效率切割磁场，提升发电效率频率。
附图说明
[0010]
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
[0011]
图1是本发明的外观示意图；图2是本发明中整体结构剖面图；图3是本发明中发电装置剖面图；图4是本发明中磁铁和铁芯布置图。
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具体实施方式
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下面结合附图和实施例对本发明进行详细说明。
[0014]
参照图1至图4，本发明的树形风力发电机，包括风能接收装置（1）、振动杆（2）、发电装置（3）、支撑装置（4）、底座（5）、卡环（6）、频率调节装置（7）、支撑架（8）、磁铁（9）、铁芯（10）、支撑杆（11）。
[0015]
所述风能接收装置（1）底部与振动杆（2）相连，振动杆（2）的下端固定在底座（5）上；所述振动杆（2）在风能接收装置（1）带动下周期性摆动，并将动能传递给发电装置（3）转化为电能；所述发电装置（3）有多层结构的磁铁（9）和铁芯（10）以及线圈构成，其中磁铁（9）有4层、铁芯（10）有3层，发电装置（3）中磁铁（9）和铁芯（10）以及线圈的每一组构成一个独立发电单元，独立发电单元相互串联，为多层排列，每层在风能接收装置（1）的摆动方向上两边对称布置磁极相反，相邻两层之间的磁铁（9）相对面的磁极属性相反，在两层磁铁（9）中间布置有铁芯（10）；所述铁芯（10）两个为一对，对称布置在风能接收装置（1）的摆动方向上两边，铁芯（10）与振动杆（2）固定连接和振动杆（2）一起摆动，在一对铁芯（10）的四周水平方向上缠绕有线圈，在风能接收装置（1）的摆动方向上两侧的线圈分别切割磁极相反的磁场，产生方向相反的电流在线圈中构成回路；所述频率调节装置（7）根据风速大小，往风能接收装置（1）注入不同质量的流体来改变风能接收装置（1）的固有振动频率，以与不同风速形成的卡门涡街共振。
[0016]
所述风能接收装置（1）外形为圆柱形或圆锥形，以形成更强烈的卡门涡街。
[0017]
所述频率调节装置（7）布置在风能接收装置（1）内部，由卡环（6）在两端将其卡住。
[0018]
所述发电装置（3）内设有支撑架（8），内有空槽用于放置磁铁（9）。
[0019]
所述支撑装置（4）位于发电装置（3）底部，对发电装置（3）形成支撑；支撑装置（4）由多个支撑柱组成，中心部分的支撑柱为中空桶形圆柱结构并紧挨振动杆（2），通过使振动杆（2）底部不能弯曲，减小振动杆（2）能够弯曲部分的长度以提高振动杆（2）整体刚度。
[0020]
本装置工作原理如下：风绕过风能接收装置（1）时，风能接收装置（1）尾流左右两侧产生的成对的、交替排列的、旋转方向相反的反对称涡旋状卡门涡街。这些卡门涡街产生一个周期性的左右摆动的交变作用力带动风能接收装置（1）左右摆动。风能接收装置（1）带动与之相连的振动杆（2）一起摆动，振动杆（2）底部被支撑装置（4）限制只有中上部能够弯曲摆动，铁芯（10）与振动
杆（2）固定连接一起摆动。
[0021]
成对铁芯（10）的四周水平方向上缠绕有线圈，铁芯（10）布置在两层磁铁（9）中间。当铁芯（10）摆动时其上的线圈在磁场中运动，对磁力线形成切割产生电流。由于每层磁铁（9）在风能接收装置（1）的摆动方向上两边对称布置磁极相反，在风能接收装置（1）的摆动方向上两侧的线圈分别切割磁极相反的磁场，产生方向相反的电流在线圈中构成回路。
[0022]
卡门涡街频率的计算式：f=st(v/d)，其中其中st为斯特劳哈尔数，在正常工作条件下为常数，v为风速，d为风能接收装置（1）的宽度。卡门涡街频率与风速成正比，当风速增大时，卡门涡街频率也增大。而物体的固有频率随着质量增大而减小。
[0023]
当风速减小时，风能接收装置（1）尾部形成的卡门涡街频率减小。为了形成共振，要增加风能接收装置（1）的质量以减小其固有频率。此时频率调节装置（7）从外部将流体注入风能接收装置（1）以增加质量减小固有频率，使风能接收装置（1）固有频率与卡门涡街频率接近，使其振动保持在最大幅值附近，从而获得最大的风能转化效率。
[0024]
反之，当风速减小时，频率调节装置（7）将风能接收装置（1）中的流体向外排出以增加固有频率。
[0025]
本实施例中，磁铁（9）和铁芯（10）采用多层对称式布置，其中磁铁（9）有4层、铁芯（10）有3层；频率调节装置（7）布置在风能接收装置（1）内部，由卡环（6）在两端将其卡住；支撑装置（4）由多个支撑柱组成，中心部分的支撑柱为中空桶形圆柱结构并紧挨振动杆（2）。根据风力发电设备内部的实际布置情况，这些部分也可以采用其他数量，或其他的形状，以及其他布置和连接方式。
[0026]
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而并非对其进行限制，凡未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本发明技术方案的范围内。