一种基于涡激振动的无叶片风力发电机的制作方法

本实用新型涉及风能发电的技术领域，尤其涉及一种基于涡激振动的无叶片风力发电机。

背景技术：

能源是文明发展与延续的重中之重，由于不可再生能源经过数百年消耗，储量堪忧，清洁的可再生能源的地位逐渐凸显。自风力发电机正式投入商用开始，人类在清洁能源领域迈出重要的一步。随着风力发电厂大量建立，风电在电量供给上的地位逐年上升。在中国，2018年1-4月份全国发电量10391亿千瓦时，其中风电占比6.1％；分析历年电力供给占比，火电发电量占比逐年降低，风电等无污染发电占比稳步提升，风电占比与去年同期同比增加5.08个百分点。可见，清洁能源在逐步取代有污染的旧式火力发电，且风力发电是无污染发电中一支能量巨大并且仍处在上升阶段的潜力股。尽管风力发电总量越来多，现有风力发电机的单位(面积/发电机组)产能已然达到瓶颈。如果依然沿袭风叶风力发电机发电模型，保持现有风力发电机机组密度，提高风力发电的产能占比意味着需设立更多风力发电机组，相当面积的土地将被占用作风力发电厂。

现行风力发电设备普遍存在噪声大，占地广，以及对鸟类迁徙影响大等问题。由于风力发电机通过叶轮在风作用下带动电机运转，为了提供足够驱动发电机的扭矩，体积设计外形需尽量大。因此，为减少风力发电时对周边社会和生态环境影响、保证电能输出可控，亟需采用设备占地小、更加清洁的能量收集装置。

技术实现要素：

为解决上述技术问题，本实用新型的目的在于提供一种基于涡激振动的无叶片风力发电机以解决风力发电的技术问题。

本实用新型提供了一种基于涡激振动的无叶片风力发电机，该无叶片风力发电机包括：

支架；

定滑轮，固定于支架上；

发电机；

振动组件，振动组件包括底层钢板和与底层钢板连接的振子，底层钢板与支架连接；及

连接带，穿过定滑轮并分别与振子和发电机连接；

其中，当风作用于振动组件时，振子在卡门涡街效应下做周期性的运动，从而通过连接带和定滑轮带动发电机转动发电。

可选地，振动组件还包括钢片，钢片的相对两端分别与底层钢板和振子连接，钢片的厚度方向与振子的振动方向相同。

可选地，钢片的数量为多个，多个钢片平行排列在底层钢板上；振动组件还包括中层钢板，中层钢板的一侧与振子连接，中层钢板的相对一侧与多个钢片连接，振子通过中层钢板与连接带连接。

可选地，振动组件还包括盖板，振子为中空的圆柱结构，盖板盖封振子的远离底层钢板的一端，中层钢板盖封振子的另一端。

可选地，振动组件还包括角座、第一螺钉和第二螺钉，角座分别与底层钢板和钢片连接，第一螺钉穿设角座与钢片连接，第二螺钉穿设角座与底层钢板连接。

可选地，振子的材质为pvc。

可选地，盖板的材质为铝。

可选地，发电机包括壳体、定子、转子和轴套，定子和转子分别装配于壳体中，且转子从壳体中穿出与轴套连接，轴套与连接带连接；其中，连接带带动轴套转动，轴套带动转子相对定子转动，以切割磁力线产生电。

可选地，轴套和连接带在同一个平面上。

本实用新型的有益效果：

本实用新型的无叶片风力发电机利用卡门涡街现象形成与风向垂直的往复摆动，从而实现风力发电，形式简单可靠。与传统叶轮式风力发电机相比，本实用新型的无叶片风力发电机不需要叶片，能够减少对鸟类的伤害，对风的产生与传播无太大影响，对生态系统的稳定平衡影响不大。另外，本实用新型的无叶片风力发电机成本低，且噪音小。由于本实用新型的无叶片风力发电机没有旋转机构，大大提高其安全性以及降低后期的维修费用。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本实用新型提供的无叶片风力发电机的结构示意图。

具体实施方式

为了使本领域技术人员更好地理解本实用新型的技术方案，下面结合附图对本实用新型进行详细描述，本部分的描述仅是示范性和解释性，不应对本实用新型的保护范围有任何的限制作用。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该实用新型产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

此外，术语“水平”、“竖直”、“悬垂”等术语并不表示要求部件绝对水平或悬垂，而是可以稍微倾斜。如“水平”仅仅是指其方向相对“竖直”而言更加水平，并不是表示该结构一定要完全水平，而是可以稍微倾斜。

在本实用新型的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

请参阅图1，图1是本实用新型提供的无叶片风力发电机10的结构示意图。

本实用新型的无叶片风力发电机10用于将风能转化成电能，以实现绿色发电的目的。该无叶片风力发电机10包括支架11、定滑轮13、发电机15、振动组件17和连接带19。

定滑轮13固定于支架11上；连接带19穿过定滑轮13并分别与振动组件17和发电机15连接；其中，当风作用于振动组件17时，振动组件17在卡门涡街效应下做周期性的运动，从而通过连接带19和定滑轮13带动发电机15转动发电，定滑轮13用于转向，以使连接带19与发电机15成一定的张角，从而确保发电机15可以正常转动。

在流体中安置非流线形阻流体，在特定条件下会出现不稳定的边界分离，组流体下游的两侧，会周期性地脱落出旋转方向相反、排列规则的双列线涡，经过非线性作用后，形成卡门涡街现象。

本实用新型的无叶片风力发电机10利用卡门涡街现象形成与风向垂直的往复摆动，从而实现风力发电，形式简单可靠。与传统叶轮式风力发电机15相比，本实用新型的无叶片风力发电机10不需要叶片，能够减少对鸟类的伤害，对风的产生与传播无太大影响，对生态系统的稳定平衡影响不大。另外，本实用新型的无叶片风力发电机10成本低，且噪音小。由于本实用新型的无叶片风力发电机10没有旋转机构，大大提高其安全性以及降低后期的维修费用。

可选地，振动组件17包括底层钢板171和与底层钢板171连接的振子172，底层钢板171与支架11连接，振子172与连接带19连接，底层钢板171作为基石以稳定振子172的摆动；其中，当风作用于振子172时，振子172在卡门涡街效应下做周期性的运动。

可选地，振动组件17还包括钢片173，钢片173的相对两端分别与底层钢板171和振子172连接，钢片173的厚度方向与振子172的振动方向相同，通过钢片173两方向抗弯截面模量的显著差异来控制钢片173屈曲仅对主轴发生，从而保证振子172在涡激振动过程中，振子172仅在横风向平面内产生振动，进而将振子172的受迫振动约束在一个平面内。

具体地，通过钢片173，可以将振子172的振动限制在一个平面内，且基本上保证振子172顶部及底部水平位移一致，借鉴传统手工业中所使用的“木工钻”的原理，将水平位移转换为转动。

可选地，钢片173的数量为多个，多个钢片173平行排列在底层钢板171上。多个钢片173在同一风速下，可以实现卡门涡街现象下的涡激共振。

振动组件17还包括中层钢板174，中层钢板174的一侧与振子172连接，中层钢板174的相对一侧与多个钢片173连接，振子172通过中层钢板174与连接带19连接。

为使钢片173振动的自频率与使用卡门涡街频率计算公式得到的振动自频率达到一致，从而实现多个钢片173组成的振动组件17在相应的风速下，实现卡门涡街现象下的涡激共振，一般使用dhdas动态信号采集分析系统，对使用不同型号钢片173的振子172进行自振频率测定。首先测试了不带传动连接装置的模型的自频率，而后测试了带传动连接装置的模型的自频率。通过将两次测试数据分别使用matlab进行快速傅里叶变换，得出测试频率

可选地，振动组件17还包括盖板175，振子172为中空的圆柱结构，盖板175盖封振子172的远离底层钢板171的一端，中层钢板174盖封振子172的另一端。振子172的材质可以为pvc，pvc的中文学名为聚氯乙烯。盖板175的材质可以为铝。

圆柱结构的振子172在卡门涡街作用下会以漩涡脱落频率沿横风向进行受迫振动，在同一时点中，主要风向仅有一个，不考虑多个方向独立的风力作用，故仅需考虑横风向的涡激振动。

可选地，振动组件17还包括角座176、第一螺钉177和第二螺钉178，角座176分别与底层钢板171和钢片173连接，第一螺钉177穿设角座176与钢片173连接，第二螺钉178穿设角座176与底层钢板171连接。

当钢片173与底层钢板171采用焊接形式，焊接加工工艺难以保障，且由于焊接的钢片173难以实现不同种类钢片173的快速更换，对变量的控制难以保证。本实用新型采用了角座176、第一螺钉177和第二螺钉178固定的方式更换钢片173。

可选地，发电机15包括壳体151、定子、转子和轴套153，定子和转子分别装配于壳体151中，且转子从壳体151中穿出与轴套153连接，轴套153与连接带19连接；其中，连接带19带动轴套153转动，轴套153带动转子相对定子转动，以切割磁力线产生电。

具体地，定子是发出电力的电枢，转子是磁极。转子旋转时，转子磁场随同一起旋转、每转一周，磁力线顺序切割定子的每相绕组，在三相定子绕组内感应出三相交流电势。发电机15带对称负载运行时，三相电枢电流合成产生一个同步转速的旋转磁场。定子磁场和转子磁场相互作用，会产生制动转矩。在本装置中，发电机15的转子往复转动输入的机械转矩克服制动转矩而作功，从而生产电能。

可选地，壳体151与支架11连接，轴套153和连接带19在同一个平面上，从而减少机械传动的能量损失。

需要说明的是，在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。

本文中应用了具体个例对本实用新型的原理及实施方式进行了阐述，以上实例的说明只是用于帮助理解本实用新型的方法及其核心思想。以上仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出，由于文字表达的有限性，而客观上存在无限的具体结构，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以做出若干改进、润饰或变化，也可以将上述技术特征以适当的方式进行组合；这些改进润饰、变化或组合，或未经改进将实用新型的构思和技术方案直接应用于其它场合的，均应视为本实用新型的保护范围。