发电机和发电方法技术

本发明专利技术涉及一种发电机，该发电机包括：第一部分(1)，第一部分(1)被配置成位于流体中并且被配置成使得当所述流体移动时它在所述流体中生成涡流，使得升力在第一部分(1)上生成，其产生第一部分(1)的振荡移动，所述振荡移动具有幅度。第一部分(1)的固有振荡频率可以借助于互斥的磁体而被调整到风速。磁体还可以用于在线圈中生成电流。第一部分(1)可具有随着发电机的基座上方的距离而增大的直径。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】发电机和发电方法
本专利技术涉及可再生能源领域，并且更具体地涉及基于流体的运动、根据在流体中产生的涡流来发电的领域。
技术介绍
由于诸如基于化石燃料的燃烧或核能的能量的不可再生能量的缺点，已经做出了重大努力来开发所谓的可再生能量，在这些可再生能量中发现了基于使用流体的运动来驱动发电机可再生能量。例如，存在称为多叶片风力发电机的装置，其利用风来使发电机的转子转动。然而，这些在世界范围内取得了巨大成功并且在许多国家中产生所消耗的电能的大部分的风力发电机通常具有大量的移动部件，其中许多移动部件以转动的方式彼此接触，由于润滑剂的消耗、部件磨损等，因此除了其他问题以外，还意味着相对高的维护成本。在一些情况下，叶片的高速度也可能成问题，因为这些叶片可能影响鸟类的生活。作为具有旋转式发电机的多叶片风力发电机的替代品，还提出了使用基于使用压电元件或材料来将机械能转换成电能的发电机。例如，FR-2922607-A1公开了一种发电机，在该发电机中一种类型的杆被支撑在压电元件上，使得当杆被风驱动或移动时，通过压电元件将杆的移动转换成电能。另一方面，CN-201818437-U公开了一种用于为具有低功耗的传感器和系统供电的发电机，该发电机也基于具有叶片的转子。转子设置有与转子一起转动并且与耦合至压电元件的磁体相互作用的磁体，使得转子的转动导致对压力元件的力，从而将转子的转动转换成电能。JP-2006-158113-A描述了使用附接至磁体的压电元件将机械能转换成电能的另一机构。此外，JP-2006-132397-A描述了用水中的卡门(Karman)涡流来使引入水中的耦合至压电板的柱振动。类似地，JP-2006-226221-A和WO-2012/017106-A1引用了基于卡门涡流的发电机。例如，WO-2012/017106-A1描述了一种由风驱动的发电机，该发电机具有由具有高机电耦合的多个元件构成的杆，术语“机电耦合”包括压电元件。杆具有有意地将静止且分层的气流变换成湍流的部分和构造，其中，旋涡或涡流以同步的方式出现在杆的整个长度上。因此，杆承受两个力，即，与风同向的牵引力以及在与垂直于风向的方向上产生的升力，升力的方向随着对应于新涡流出现的频率而改变符号，并且可以使用以下公式来计算：Fv＝S*V/d其中Fv是涡流出现的频率，V是空气的速度，d是杆的特征尺寸，例如，在杆具有圆形横截面的情况下，杆的特征尺寸为杆的直径。S是斯特劳哈尔(Strouhal)无量纲数。假定空气的速度随着高度而增大，则根据赫尔曼(Hellmann)指数定律，为了实现使涡流的出现同步，WO-2012/017106-A1提出随着了高度的增大来增大杆的直径。WO-2012/017106-A1并没有详细说明如何将杆的移动转换成电能。尽管如此，假设指示杆本身由具有高机电耦合的多个元件组成，则应当理解的是，杆的摇摆使元件变形，从而在受影响元件的表面之间产生功率差动。另一方面，WO-2012/017106-A1提出了通过改变具有高机电耦合的元件所承受的电压来主动调制杆的表观杨氏模量或表观弹性模量。通过引用并入本文的WO-2014/135551-A1公开了基于卡门涡流的发电机的其他示例，在这些示例中由压电系统将杆的振荡移动转换成电能。该文献还说明了如何通过向围绕杆的弹性芯的压电材料施加电压来改变杆的振荡的固有频率。这种基于卡门涡流的类型的发电机可以在没有轴承、齿轮和润滑剂的情况下运行，并且不需要启动系统。虽然压电元件的使用似乎是对下述问题的理想解决方案：将杆调谐到流体的移动速度例如风速的变化，以及将振荡和非旋转移动比如由卡门涡流自然产生的移动转换成电，但是人们发现，找到在技术上和经济上可行的对于大量压电材料的使用的替代方案可能是有趣的。US-2008/0048455-A1描述了基于卡门涡流的发电机的另一示例，该示例基于陀螺仪发电机的使用。然而，这种类型的机构涉及需要相应维护的旋转式发电元件。WO-2012/066550-A1描述了基于使用卡门涡流的另一发电机，该发电机主动控制涡流形成的频率以将其调整为捕捉元件的固有振荡频率。US-2005/0230973-A1公开了另一种基于振动的发电机，该发电机包括涡流脱落装置。所描述的实施方式涉及利用从形成中产生的流体的井中能量产生的背景。该文献公开了用于将振动转换成电力的不同装置，包括压电装置以及与线圈相互作用的磁体。JP-2012-151985-A和JP-2012-151982-A公开了基于相对于线圈振荡的磁体的振动式发电器，并且包括用于改变共振频率的装置。
技术实现思路
本专利技术的第一方面涉及一种发电机，该发电机包括例如呈桩、柱或杆状的第一部分，第一部分被配置成位于流体例如空气中，尽管流体还存在其他可能性例如水。该流体可以具有基本上静止且分层的流，这是风中通常存在的特性。第一部分被配置成使得当所述流体移动时它以使得升力在第一部分上生成从而产生第一部分的振荡移动的方式在所述流体中生成涡流，例如，如JP-2006-226221-A、JP-A-2006-132397-A、WO-2012/017106-A1或WO-2014/135551-A1中所述。振荡移动具有幅度，该幅度以某种方式与风速相关。此外，发电机具有第二部分，该第二部分可以是基本静态的，并且至少部分地围绕第一部分，例如与第一部分的基座对应。在本专利技术的一些实施方式中，第二部分以其圆周的360度围绕第一部分，而在本专利技术的其他实施方式中，第二部分被布置为仅围绕第一部分的周界的一个或更多个部分，例如，对应于与第一部分的沿直径相对的两个区域。第一部分可以包括基本上刚性的部以及被锚定在基座或锚定点中的另一个基本上挠性且弹性的部，使得给定基本上挠性的部的挠性或弹性，第一部分能够执行相对于锚定点的振荡或摇摆或摆动运动。第二部分能够至少部分地与所述基座对应地围绕第一部分，使得当第一部分相对于基座产生振荡移动时，第一部分(例如第一部分的挠性部)可以交替地倾斜到第二部分的一侧和第二部分的另一侧，逼近第二部分的一侧然后逼近第二部分另一侧。因此，第一部分在振荡的每半个周期从其中性位置逼近第二部分一次。根据本专利技术的这个方面，该发电机包括用于生成磁场的系统，该磁场在第一部分与第二部分之间产生磁斥力，斥力随着第一部分的振荡移动而变化并且具有最大值(即，在振荡移动的每个半周期中，当第一部分到达与第二部分的最靠近的逼近点时发生一次最大值)，当第一部分的振荡移动的幅度增大时该最大值增大。因此，当振荡移动的幅度增大时，第一部分与第二部分之间的磁斥力增大，并且当振荡移动的幅度减小时，第一部分与第二部分之间的磁斥力减小。人们观察到，当风速增大时，第一部分的振荡移动的幅度也增大，并且斥力的最大值也增大。随着风速继续增大，虽然幅度以下降的速率增长，但是相反地，斥力增大得非常快(因为该增大优选地与第一部分和第二部分之间的距离的平方成反比)使得系统能够将势能存储在磁体中，当第一部分通过零弯曲的中性位置时，势能被完全或者基本上转换成动能(速度)，这使得能够增大第一部分的固有振荡频率。换言之，斥力改变了第一部分的行为，就好像第一部分的杨氏模量或弹性模量是可变的一样。因此，当风速增大时，第一部分的固有振荡频率也自动增大，反之亦本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种发电机，包括：第一部分(1)，所述第一部分(1)被配置成位于流体中并且被配置成使得当所述流体移动时它在所述流体中生成涡流，使得升力在所述第一部分(1)上生成，其产生所述第一部分(1)的振荡移动，所述振荡移动具有幅度；以及第二部分(2)，所述第二部分(2)至少部分地围绕所述第一部分(1)；所述发电机包括用于生成磁场的系统，所述磁场在所述第一部分(1)与所述第二部分(2)之间产生磁斥力，所述磁斥力随着所述第一部分(1)的振荡移动而变化，并且所述磁斥力具有当所述第一部分(1)的振荡移动的幅度增大时增大的最大值。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.10.06 EP 14382381.3;2015.05.28 EP 15169713.31.一种发电机，包括：第一部分(1)，所述第一部分(1)被配置成位于流体中并且被配置成使得当所述流体移动时它在所述流体中生成涡流，使得升力在所述第一部分(1)上生成，其产生所述第一部分(1)的振荡移动，所述振荡移动具有幅度；以及第二部分(2)，所述第二部分(2)至少部分地围绕所述第一部分(1)；所述发电机包括用于生成磁场的系统，所述磁场在所述第一部分(1)与所述第二部分(2)之间产生磁斥力，所述磁斥力随着所述第一部分(1)的振荡移动而变化，并且所述磁斥力具有当所述第一部分(1)的振荡移动的幅度增大时增大的最大值。2.根据权利要求1所述的发电机，其中，所述用于生成磁场的系统包括与所述第一部分(1)相关联的至少一个第一磁体(30)以及与所述第二部分(2)相关联的至少一个第二磁体(40)，所述至少一个第一磁体(30)和所述至少一个第二磁体(40)以使得它们互斥的方式、并且以使得当所述第一部分(1)的振荡移动产生时所述至少一个第一磁体与所述至少一个第二磁体之间的距离根据所述振荡移动而变化的方式来布置。3.根据权利要求2所述的发电机，其中，所述至少一个第一磁体(30)包括至少两个在直径上相对的部分，并且其中，所述至少一个第二磁体(40)包括面对所述至少一个第一磁体(30)的所述至少两个在直径上相对的部分的至少两个在直径上相对的部分。4.根据权利要求3所述的发电机，其中，所述至少一个第一磁体被配置为至少一个环(30)。5.根据权利要求3或4中的任一项所述的发电机，其中，所述至少一个第二磁体(40)被配置为至少一个环。6.根据权利要求2至5中的任一项所述的发电机，其中，所述至少一个第一磁体(30)包括被布置在所述发电机的基座上方的不同高度处的多个磁体(30)，并且其中，所述至少一个第二磁体(40)包括被布置在所述发电机的基座上方的不同高度处的多个磁体(40)。7.根据权利要求2至6中的任一项所述的发电机，其中，所述至少一个第一磁体(30)包括彼此基本上相邻地布置的第一多个磁体(30)，所述第一多个磁体(30)的极性被布置成使得由所述第一多个磁体(30)产生的磁场在所述磁体的面对所述至少一个第二磁体(40)的一侧比在相对侧强，并且/或者其中，所述至少一个第二磁体(40)包括彼此基本上相邻地布置的第二多个磁体(40)，所述第二多个磁体(40)的极性被布置成使得由所述第二多个磁体(40)产生的磁场在面对所述至少一个第一磁体(30)的一侧比在相对侧强。8.根据权利要求2至7中的任一项所述的发电机，其中，所述至少一个第一磁体(30)和所述至少一个第二磁体(40)以相对于所述第一部分(1)的纵轴倾斜的方式布置。9.根据前述权利要求中的任一项所述的发电机，其中，所述第一部分(1)被布置成使得所述振荡移动的幅度至少在特定速度范围内随着所述流体的速度而增大。10.根据权利要求2至8中的任一项所述的发电机，其中，所述至少一个第一磁体与所述至少一个第二磁体之间的斥力与所述第一磁体与所述第二磁体之间的距离的平方成反比，并且其中，当所述流体的速度增大时，所述振荡移动的幅度趋向于增大，从而在每个振荡周期的最大逼近的一部分期间所述磁体趋向于更靠近，从而在每个振荡周期中在所述至少一个第一磁体与所述至少一个第二磁体之间产生的最大斥力相应地增大，从而所述斥力的增大使所述第一部分(1)的共振频率增大，从而所述发电机的结构贡献于当所述流体的速度增大时所述第一部分(1)的共振频率的自动增大，反之亦然。11.一种发电机，包括：第一部分(1)，所述第一部分(1)被配置成位于流体中并且被配置成使得当所述流体移动时它在所述流体中生成涡流，使得升力在所述第一部分(1)上生成，其产生所述第一部分(1)的振荡移动；以及第二部分(2)，所述第二部分(2)至少部分地围绕所述第一部分(1)；所述发电机包括磁体子系统(30，31，32，300)和至少一个线圈(50，500)，所述发电机被配置成使得所述第一部分(1)的振荡移动产生所述磁体子系统(30，31，32，300)与所述至少一个线圈(50，500)之间的相对位移，使得电动势在所述至少一个线圈(50，500)中生成。12.根据权利要求11所述的发电机，所述磁体子系统(30，31，32，300)包括多个磁体，所述多个磁体被布置成使得当所述第一部分(1)在所述振荡移动期间从中性位置移动到极度倾斜位置时，所述至少一个线圈经受至少一个磁场方向改变，优选地经受多个磁场方向改变。13.根据权利要求12所述的发电机，所述磁体子系统包括被布置在所述发电机的基座上方的不同高度处的至少两组磁体，每组磁体包括围绕所述第一部分(1)同轴布置的多个磁体环(30，31，32)，并且使得在径向上具有至少一个方向改变、优选地具有至少两个方向改变、更优选具有至少四个方向改变的磁场在所述组磁体之间建立。14.根据权利要求11至13中的任一项所述的发电机，所述线圈被布置在所述第二部分(2)上，并且所述磁体子系统被布置在所述第一部分(1)上。15.根据权利要求11所述的发电机，包括发电机子系统，所述发电机子系统包括第一发电机模块(200)和第二发电机模块(400)，所述第二发电机模块(400)能够相对于所述第一发电机模块(200)、与所述第一部分(1)的纵轴(100)平行地移动，以产生所述磁体子系统(300)与所述至少一个线圈(50，500)之间的相对位移。16.根据权利要求15所述的发电机，其中，所述第一发电机模块(200)是静止的发电机模块。17.根据权利要求15和16中的任一项所述的发电机，其中，所述第二发电机模块(400)借助于多个连接构件(605)连接至所述第一发电机模块(200)，所述多个连接构件(605)被布置成允许所述第二发电机模块(400)与所述第一部分(1)的纵轴(100)平行地移动，并且防止所述第二发电机模块(400)接触所述第一发电机模块(200)。18.根据权利要求17所述的发电机，其中，所述多个连接构件(605)中的每一个在第一连接点(605A)处连接至所述第一发电机模块(200)，并且在第二连接点(605B)处连接至所述第二发电机模块(400)，其中，所述第一连接点(605A)和所述第二连接点(605B)在与所述第一部分(1)的纵轴垂直的平面内以角度α分开，其中，相对于所述第二发电机模块(400)的对称轴(606)，α≥20°。19.根据权利要求17或18所述的发电机，其中，所述多个连接构件(605)被布置成通过弯曲允许所述第二发电机模块(400)在与所述第一部分(1)的纵轴(100)平行的方向上的移动。20.根据权利要求17至19中的任一项所述的发电机，其中，所述第一发电机模块(200)包括至少一个第一环形框架构件(601)，并且其中，所述第二发电机模块(400)包括至少一个第二环形框架构件(602)，所述第一环形框...

【专利技术属性】
技术研发人员：大卫·耶苏·亚涅斯维拉里尔，
申请(专利权)人：沃特克斯布莱德莱丝有限公司，
类型：发明
国别省市：西班牙,ES