一种高速车辆风力发电装置的制作方法

本发明属于风力发电技术领域，尤其涉及一种高速车辆风力发电装置。

背景技术：

高速车辆在行驶过程中可能会遭遇停电的紧急情况,这会影响车内照明等用电设备的正常使用，从而影响车辆的正常运行。并且一般的高速车辆上也缺乏充电设备，乘客不能给手机等用电设备及时充电，影响了乘客的出行体验。总所周知，风能可以转换为电能，而车辆在高速行驶过程中会产生高速空气流，如何利用产生的空气流转换成车辆内用电设备所需的电源成为了一个具有发展前景的研究课题。

技术实现要素：

为了及时上述存在的技术问题，本发明提出了一种高速车辆风力发电装置，其环保节能，产生的电能可以作用高速车辆的应急电源使用。

本发明采用的技术方案是：

一种高速车辆风力发电装置，包括通风管道、发电机构和储能装置，所述发电机构包括若干发电单元，若干所述发电单元均匀轴向分布在所述通风管道内；所述通风管道安装在车辆顶部，其进风口正对着车辆行驶的方向；所述发电单元包括三角柱形旋涡发生体、桅杆和应变片；所述三角柱形旋涡发生体的迎流面垂直于所述通风管道的中轴线，所述桅杆固定在所述三角柱形旋涡发生体的后方，所述应变片贴附于所述桅杆的上下表面，所述应变片通过导线与车厢内的储能装置连接，所述储能装置用于为车厢内的用电设备提供应急电源。

较佳的，所述桅杆为水平布置的框形结构，其一边通过焊接固定在所述三角柱形旋涡发生体的后端。

较佳的，所述应变片为金属丝应变片，两片所述金属丝应变片分别覆盖在所述桅杆的顶部开口和底部开口上。

较佳的，所述桅杆由非导磁的金属材料制成。

较佳的，所述桅杆的厚度为2mm，所述金属丝应变片的厚度为1mm。

较佳的，所述通风管道由碳纤维或复合玻璃纤维材料制成。

较佳的，所述三角柱形旋涡发生体由不锈钢材料制成。

较佳的，所述通风管道的进风口为喇叭口状。

与现有技术相比，本发明的有益技术效果在于：

本发明设置通风管道，其进风口为喇叭口状，有利于收集更多风能，提高设备的发电功率；本发明采用三角柱形旋转发生体和应变片，高速气流通过通风管道，在三角柱形旋涡发生体两侧产生卡曼涡街，卡曼涡街气流流过时，桅杆高频率上下摆动，使桅杆上下两个应变片高频反复形变，应变片通过压电原理产生不断变化的电流，最后所有应变片上产生的电流汇总到储能装置中，从而能够为车辆的用电设备供电；本发明采用的发电装置结构简单、安装方便、维护费用低，为高速车辆上的电能来源提供了新的途径。

附图说明

图1为本发明一实施例的一种高速车辆风力发电装置的结构示意图；

图2为本发明一实施例的发电单元的侧视图；

图3为本发明一实施例的发电单元的后视图；

图4为本发明一实施例的通风管道的侧视图；

图5为本发明一实施例的通风管道的后视图。

图中，10-通风管道；20-三角柱形旋涡发生体；30-桅杆；40-应变片；11-进风口。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明的各实施方式进行详细的阐述。

请综合参考图1至图5，一种高速车辆风力发电装置，包括通风管道10、发电机构和储能装置，发电机构包括若干发电单元，若干发电单元均匀轴向分布在通风管道10内，而通风管道10安装在车辆顶部，其进风口11正对着车辆行驶的方向。车辆高速行驶过程中产生高速空气流，高速空气流从通风管道10的进风口11进入通风管道10并依次流经若干发电单元，发电单元将风能转化为电能，若干发电单元产生的电能被汇总存储在车厢内的储能装置中，储能装置作为高速车辆的应急电源使用。

发电单元包括三角柱形旋涡发生体20、桅杆30和应变片40，三角柱形旋涡发生体20的迎流面垂直于通风管道10的中轴线，桅杆30固定在三角柱形旋涡发生体20的后方，桅杆30的上下表面均贴附有应变片40，应变片40通过导线与车厢内的储能装置连接。空气流经过三角柱形旋涡发生体20的迎流面后在三角柱形旋涡发生体20的两侧交替产生旋涡，且在脱离后形成旋涡尾流，这种现象称为卡曼涡街。卡曼涡街的旋涡以一定的频率产生、脱离和逸散，三角柱形旋涡发生体20的两侧的压强也以相同的频率发生周期性变化，当旋涡脱落频率等于三角柱形旋涡发生体20的某一振型的自振频率时，三角柱形旋涡发生体20就会发生激烈的振动，从而会诱导位于三角柱形旋涡发生体20后方的桅杆30高频率地上下摆动，而贴附在桅杆30上下表面的应变片40也会产生高频震动，由压电效应可知，这时应变片40会产生高频电流，再由与应变片40连接的导线把高频电流传入到车辆内的储能装置中，供车辆内的用电设备使用。

设旋涡的发生频率为f，安装有通风管道10的车辆的平均速度为v，三角柱形旋涡发生体20的迎面宽度为d，通风管道10的通径为d，根据卡曼涡街原理，有如下关系式：

式中，v1为三角柱形发生体两侧的平均流速；sr为斯特劳哈尔数，为无量纲参数，与三角柱形旋涡发生体20的形状有关；m为三角柱形旋涡发生体20的两侧弓形面积与通风管道10的横截面面积之比，其关系式为：

结合公式(1)和公式(2)可知，当车辆速度v一定时,设计合适的通风管道10的通径d和三角柱形旋涡发生体20的迎面宽度d，可以使旋涡的发生频率达到很高。

在本发明的一个实施例中，桅杆30为水平布置的框形结构，其一边通过焊接固定在三角柱形旋涡发生体20的后端。该设计中，桅杆30为矩形框，可以减轻重量，有利于产生高频震动。

在本发明的一个实施例中，两片应变片40分别覆盖在桅杆30的顶部开口上和底部开口上。该设计中，应变片40随桅杆30产生高频震动，应变片40因高频震动产生的高频电流通过导线存储到车厢内的储能装置中，储能装置可以为乘客的手机等电子设备进行充电，也可以为车厢内的照明设备提供应急电源。

在本发明的一个实施例中，桅杆30由非导磁的金属材料制成，其可以防止桅杆30干扰应变片40产生高频电流，且能与三角柱形旋涡发生体20稳固连接。

在本发明的一个实施例中，三角柱形旋涡发生体20由不锈钢材料制成，其可以有效防止三角柱形旋涡发生体20因振动而损坏。

在本发明的一个实施例中，应变片40为金属丝应变片，其性能稳定，容易贴附在桅杆30的上下表面。

在本发明的一个实施例中，通风管道10由碳纤维或复合玻璃纤维材料制成，其质感轻薄、抗拉，能适用于长期振动的工作环境，拥有较长的使用寿命。

在本发明的一个实施例中，通风管道10的进风口11为喇叭口状，其可以收集更多风能，提高设备的发电功率。

在本发明的一个实施例中，通风管道10的长度l视车长而定，其通径d为494mm；喇叭口状的进气口呈45°倾斜角度，其最大口径为700mm。

在本发明的一个实施例中，桅杆30的长*宽*高的尺寸为320mm*300mm*2mm；应变片40的长*宽*高的尺寸为280mm*260mm*1mm。该设计中，桅杆30和应变片40的厚度都十分薄，且韧性高，有利于应变片40产生高频震动。

在本发明的一个实施例中，三角柱形旋涡发生体20外轮廓两侧的弧度半径为247mm，三角柱形旋涡发生体20的两侧是有曲率的曲面，且与通风管道10配合。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。