一种环境俘能装置的制作方法

本发明涉及一种发电设备，具体的说，涉及了一种环境俘能装置。

背景技术：

近年来，环境俘能技术是新能源发电的重要领域，在风力发电领域，我们所看见的风力发电机都是水平轴扇叶风机，他们有着很大的风机叶片，以此来吸收风能并发电。然而，这样的风电机有一些弊端。由于需要的风力较大，对环境要求较高，一个风电场的众多风机之间的排列需要较大的安全距离，也就是说一块固定大小的地面上能够安装的风电机数量是有限的。且当风向改变时，扇叶难以进行相应的方向调整，发电效率较低。

在水力发电领域，目前采用的是水轮发电机，其原理与风力发电机类似，也存在与风力发电机相同的缺陷。

为了扩展环境俘能技术，弥补前述发电领域存在的问题，人们一直在寻求一种理想的技术解决方案。

涡激振动是一种自然界广泛存在的物理现象，其产生是由于流体流经钝体表面时可产生旋涡从而带动钝体振动。在涡激振动中有一种特殊的锁定现象，可使钝体在旋涡脱落频率接近其本征固有频率时达到共振状态，从而获得较大的能量。利用涡激振动进行发电的研究目前尚属探索阶段，其对风力要求低，可使用的环境广泛，是一种适合推广应用的新的发电手段。

技术实现要素：

本发明的目的是针对现有技术的不足，从而提供一种设计科学、环境要求低、发电能力强、维护成本低的一种环境俘能装置。

为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：一种环境俘能装置，包括柱状钝体、连接在所述柱状钝体下部的炭纤维棒、架体和安装在所述炭纤维棒下端的直线发电机，所述炭纤维棒的中下部铰接在所述架体上，所述直线发电机安装在所述架体上，所述炭纤维棒的底端联动所述直线发电机的动子。

基上所述，所述柱状钝体的下部包裹所述炭纤维棒的上部。

基上所述，所述碳纤维棒通过关节轴承铰接在所述安装架体上。

基上所述，所述炭纤维棒的底端通过球头万向节连接一柔性连接件的一端，所述柔性连接件的另一端通过球头万向节连接所述直线发电机的动子。

基上所述，所述直线发电机的定子轨道呈圆弧形，所述动子沿所述轨道滑动。

基上所述，所述直线发电机通过一滚动轴承安装在所述架体上，所述直线发电机通过该滚动轴承实现水平360°的旋转，所述直线发电机的定子轨道呈圆弧形，所述动子沿所述轨道滑动。

基上所述，所述直线发电机固定在所述架体上，所述炭纤维棒通过铰链铰接在架体上做一个水平面内的摆动，所述直线发电机的定子轨道沿所述炭纤维棒的摆动方向设置并呈圆弧形，所述动子沿所述轨道滑动。

基上所述，所述柱状钝体为上细下粗或上粗下细或两端粗中间细或两端细中间粗的平滑过渡的柱体。

基上所述，所述炭纤维棒的下部安装一内环状磁铁，所述架体的对应位置安装一对外环形磁铁，两磁铁同心排布使得内环形磁铁悬浮，所述内环形磁铁和所述外环形磁铁位于所述磁感应发电机的上方。

本发明相对现有技术具有突出的实质性特点和显著的进步，具体的说，本发明将涡激振动的原理利用起来，空气流动或水体流动时产生的涡量就能造成柱状钝体振荡与摇晃，进而发电。一旦柱状钝体开始振荡，振荡时产生的机械能就会通过底部的直线发电机，将机械能转换为电能。

由于减少了大量的中间设备，结构简单，与一般的风机相比，其成本可减少40%，其中扇叶的取消，使得其制造成本降低了53%。由于整体设备的安装接近地面，从而便于组装和维护。更重要的是，对风吹来的方向没有限制——这和传统的水平轴风机相比是一个极大的优势。

进一步的，为保证摆动的传递性良好，选用炭纤维棒，利用其较轻的特点，同时炭纤维棒的一部分被钝体包裹，一致性更好。

进一步的，炭纤维棒通过关节轴承铰接在架体上，实现大范围360°的摆动。为了适应360°摆动，炭纤维棒的下端通过球头万向节和柔性连接件联动直线发电机的动子，无论炭纤维棒朝哪个方向摆动，都能够通过球头万向节和柔性连接件，转化为动子的直线运动。

进一步的，为了提升传动效率，将直线发电机的定子轨道进行改造，设置成换弧形，与炭纤维棒的摆动行程对应，运动更加顺滑。

进一步的，为了适应炭纤维棒的动作，将直线发电机通过一滚动轴承装在支架上，使得直线发电机实现水平360度的转动，在炭纤维棒的带动下，动子跟随炭纤维棒摆动，进而带动直线发电机转动，以适应炭纤维棒的摆动方向。

进一步的，为了让钝体能尽可能产生最大值振荡，两个环形相斥磁铁作为非电动马达，当钝体朝其中一个方向摆荡，底部相斥的磁铁便会将其推往另一个方向，因此无论风速如何，钝体本身都能持续产生最大值振荡。

其具有设计科学、环境要求低、发电能力强、维护成本低的优点。

附图说明

图1是本发明实施例1中环境俘能装置的结构示意图。

图2是本发明实施例2中环境俘能装置的结构示意图。

图3是本发明实施例3中环境俘能装置的结构示意图。

图中：1.柱状钝体；2.炭纤维棒；3.架体；4.直线发电机；5.动子；6.定子；7.轨道；8.柔性连接件；9.滚动轴承。

具体实施方式

下面通过具体实施方式，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。

实施例1

如图1所示，一种环境俘能装置，包括柱状钝体1、连接在所述柱状钝体1下部的炭纤维棒2、架体3和安装在所述炭纤维棒2下端的直线发电机4，所述炭纤维棒2的中下部通过关节轴承铰接在所述架体3上，所述直线发电机4安装在所述架体3上，所述炭纤维棒2的底端通过球头万向节连接一柔性连接件8的一端，所述柔性连接件8的另一端通过球头万向节连接所述直线发电机的动子5。所述柱状钝体1的下部包裹所述炭纤维棒2的上部。

其中，直线发电机属于常规设备，包括定子6、轨道7、线圈和动子5，通过动子5在轨道7上的往复运动，与线圈绕组作用，进行发电。

工作原理，柱状钝体1在风力或水力作用下，产生涡激振动，柱状钝体1带动炭纤维棒2摆动，摆动过程中，炭纤维棒2的下端通过柔性连接件8将摆动动作传导至直线发电机4的动子5，带动动子5沿轨道7移动，由于球头万向节的存在，炭纤维棒2的多角度摆动作用到动子5上时均转化为单向的运动。

为了适应不同环境下的风速，所述柱状钝体1设计为上细下粗或上粗下细或两端粗中间细或两端细中间粗的平滑过渡的柱体。原因是，当柱状钝体1的振动频率与自振频率相同发生共振时，振动幅度最大，而钝体的直径与共振相关，保证总有一个位置能够发生共振。

为了降低传动的能量消耗，所述直线发电机4的定子轨道7呈圆弧形，所述动子5沿所述轨道7滑动，圆弧形的轨道7与炭纤维棒2的摆动轨迹匹配。

为了让钝体能尽可能产生最大值振荡，所述炭纤维棒的下部安装一内环状磁铁，所述架体的对应位置安装一对外环形磁铁，两磁铁同心排布使得内环形磁铁悬浮，所述内环形磁铁和所述外环形磁铁位于所述磁感应发电机的上方。当钝体朝其中一个方向摆荡，底部相斥的磁铁便会将其推往另一个方向，因此无论风速如何，钝体本身都能持续产生最大值振荡。

实施例2

如图2所示，本实施例与实施例1的区别在于：所述直线发电机4通过一滚动轴承9安装在所述架体3上，所述直线发电机4通过该滚动轴承9实现水平360°的旋转，所述直线发电机4的定子轨道7呈圆弧形，所述动子5沿所述轨道7滑动。同样是为了适应碳纤维棒2的多角度摆动，在炭纤维棒2摆动过程中，当炭纤维棒2的摆动面与直线发电机4的动子5的运动面不匹配时，直线发电机4在炭纤维棒2的带动下沿滚动轴承9转动相应角度，直到两者匹配，即可进行发电动作。

实施例3

如图3所示，本实施例与实施例1和2的区别在于：所述直线发电机4固定在所述架体3上，所述炭纤维棒2通过铰链铰接在架体3上做一个水平面内的摆动，所述直线发电机4的定子轨道7沿所述炭纤维棒2的摆动方向设置并呈圆弧形，所述动子5沿所述轨道7滑动，为了保证设备稳定以及方便维护，仅保留铰链允许的一个方向上的振动能量收集，当其他方向发生振动时，钝体摆动不再向下传导，直线电机固定安装，结构更加稳定，不易损坏。

最后应当说明的是:以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制；尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者对部分技术特征进行等同替换；而不脱离本发明技术方案的精神，其均应涵盖在本发明请求保护的技术方案范围当中。