一种无桨风力发电机制造技术

本发明专利技术公开了一种无桨风力发电机，包括：用于受风力震动的顶帽、弹性杆、底座、磁铁、线圈、上杆固定板以及下杆固定板；风力流体吹过顶帽产生涡流诱导振动，使顶帽垂直于风向振动，带动弹性杆与底座之间相对运动，从而使弹性杆与底座内部的磁铁与线圈相对运动来产生电流。本发明专利技术的发电结构符合电动力学原理，部件之间受摩擦力影响的效率损耗小，发电受启动风力制约小，工作时噪音小，日常维护简单，维护成本极低；而且，相对于传统发电机，装置整体结构紧凑，工作时仅对周围约1m范围内的流场造成影响，可以实现在密集空间内放置多台发电机进行发电。

【技术实现步骤摘要】
一种无桨风力发电机
本专利技术涉及风力发电
，尤其涉及一种无桨风力发电机。
技术介绍
随着科技的发展和新型能源的开发，各种风力发电装置应用越来越广泛，现有的风力发电装置有风扇式发电装置和转筒式发电装置两种。现有的风扇式发电装置普遍存在重量大、成本高、启动风力要求高、风能利用率低、对空气流场影响大等问题；现有的转筒式发电装置的结构是由风叶转筒的中心轴带动发电机组成的，普遍存在风力发电装置部件多、成本高、效率低、散热效果差以及低风速时无法工作等问题，对风力发电造成诸多制约，函待解决。
技术实现思路
本专利技术提供一种无桨风力发电机，以克服上述技术问题。本专利技术一种无桨风力发电机，包括：用于受风力震动的顶帽、弹性杆、底座、磁铁、线圈、上杆固定板以及下杆固定板；所述顶帽的外轮廓是圆柱体；所述顶帽的内壁之间设有带有通孔的所述上杆固定板；所述弹性杆分为上、中、下段；所述弹性杆上段穿过所述上固定板的通孔；所述弹性杆的中段周向设有所述磁铁和线圈，每层所述磁铁和线圈水平方向依次间隔设置；所述弹性杆的中段插入所述底座；所述底座分为上部和下部，所述底座上部的内壁周向设有所述磁铁和线圈，所述磁铁和线圈在纵向上依次间隔设置，在水平方向同为所述磁铁或线圈；所述弹性杆与所述底座上的所述磁铁的位置一一对应，且相对端面的磁极相同；所述底座下部的内壁之间设有带有通孔的所述下杆固定板，所述弹性杆下段穿过所述下杆固定板的通孔。进一步地，通过斯特鲁哈尔数计算设计所述顶帽自下而上的直径分布，使得所述顶帽在每个高度上的频率均保持一致；所述直径分布的计算公式如下：式中，d为顶帽底面的直径，u(y)为当地风速在各个高度上的分布，b(y)为调节参数在各高度的分布，u(L)为L高度处的风速。进一步地，所述弹性杆上所述磁铁的横截面为正梯形，所述底座上所述磁铁的横截面为倒梯形。进一步地，所述线圈的直径大于所述磁铁的直径。进一步地，相邻的所述磁铁和所述线圈的间隔相同，且在径向或轴向上共面。进一步地，所述上杆固定板和下杆固定板的通孔的圆心在同一轴线上，且直径分别与所述弹性杆上段和下段的直径相同。进一步地，所述弹性杆的中段周向设有四层所述磁铁和所述线圈。进一步地，所述底座的侧壁内和所述弹性杆的杆内设有电流收集线路，所述电流收集线路连接所述底座底部设有的整流器。进一步地，所述顶帽采用聚氯乙烯材质，所述弹性杆采用碳纤维材质，所述底座采用铝合金材质，所述线圈采用铜芯线圈。本专利技术基于流体流过圆柱体时，控制斯特鲁哈尔数在一定范围内，则可以产生涡流诱导振动，使顶帽垂直于风向振动，带动弹性杆与底座之间相对运动，从而使弹性杆与底座内部的磁铁与线圈相对运动来产生电流。本专利技术的发电结构符合电动力学原理，部件之间受摩擦力影响的效率损耗小，发电受启动风力制约小，工作时噪音小，日常维护简单，维护成本极低；而且，相对于传统发电机，装置整体结构紧凑，工作时仅对周围约1m范围内的流场造成影响，可以实现在密集空间内放置多台发电机进行发电。附图说明为了更清楚地说明本专利技术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一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1是本专利技术一种无桨风力发电机的结构示意图；图2是本专利技术一种无桨风力发电机的顶帽的剖面图；图3是本专利技术一种无桨风力发电机的弹性杆的结构示意图；图4是本专利技术一种无桨风力发电机的底座的剖面图。附图标号说明：1、顶帽；2、弹性杆；3、底座；4、磁铁；5、线圈；6、上杆固定板；7、下杆固定板。具体实施方式为使本专利技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。本专利技术一种无桨风力发电机，如图1所示，主体结构由顶帽1、弹性杆2、底座3组成，顶帽1的外轮廓是圆柱体，主要是基于流体流过圆柱体时，如果可以控制雷诺系数在一定范围内，则可以产生涡流诱导振动。顶帽1内设有带有通孔的上杆固定板6用来固定弹性杆2的上段，当风力使顶帽1振动发生左右位移时，顶帽1带动弹性杆2发生倾斜。弹性杆2分为上、中、下段，上段和下段是光滑的杆状结构，中段上设有由磁铁4和线圈5组成的发电元器件，磁铁4和线圈5在水平方向依次间隔设置。弹性杆2的上段插入顶帽1，中、下段插入底座3。底座3的上部设有与弹性杆2中段对应结构的磁铁4和线圈5，在水平上，磁铁4均匀排布在底座内侧壁的一周，NS极相互交错。其结构设置主要是能够与弹性杆2上的磁铁4和线圈5在位置、方向、大小上相匹配，当弹性杆2发生倾斜时，线圈5会在磁场中发生切割磁感线运动，导体中的电子会受到洛伦兹力，能引起电势差，从而产生电流。通过设置弹性杆2和底座3二者的磁铁4的相对端面的磁极相同，因为相对磁极相同会产生相斥力，使得弹性杆2在磁场中受力持续摆动，从而达到线圈5持续切割磁感线产生电流。弹性杆2和底座3侧壁的磁铁4除了利用电磁感应来发电的作用外，也起到了一个震动调节的作用。若没有磁铁4，该震动模型可以理想化为一个阻尼+弹簧的震动模型，其频率为：其中，k为弹性系数，m为质量，c为阻尼系数；磁铁在震动中的作用可以看作是一个非线性弹簧，也就是力再与距离成正比，而是与距离的二次方成反比的一个额外弹簧，也就是说磁铁也拥有一个“弹性系数”，但此“弹性系数”与弹性杆2和底座3侧壁之间的距离x有关。所以在加装磁铁后，整个系统的频率可以改写为：其中，k′(x)即为磁铁所对应的与x相关的“弹性系数”。由此可见，当风速增加时，振幅相应增大。当振幅增大时，相应的会激发磁铁间更大的排斥力，导致整个系统相应的频率的增大。因此锁定频率也会达到一个更大的值。也就意味着该装置能适应更大范围内的风速。这是因为，如果没有磁铁4，固有频率是一个定值，在这种情况下有一个固定的工作范围，而具有磁铁4后，由前文公式表明，此时的固有频率不再是一个定值，而与弹性系数k'(x)和磁铁之间的距离x有关，这使得在涡激振动频率上升时，固有频率也能相应的有所上升，扩大了原有的工作范围。另外，当风速超过工作范围时，该装置便会停止震动来保护自身，也就省去了传统风力发电机中的齿轮结构刹车系统。这是因为，震动只会在装置的固有频率和涡激振动频率在一定范围内匹配时才会发生，也就是所说的工作范围，并在固有频率和涡激振动频率相等时震动达到最大化。本实施例中，本专利技术的整体高度为3m，顶帽底端直径为0.35m，顶端直径为0.3m,底座直径为0.35m。与现有技术相比，整体结构非常紧凑小巧，拓展了更多的应本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种无桨风力发电机，其特征在于，包括：/n用于受风力震动的顶帽(1)、弹性杆(2)、底座(3)、磁铁(4)、线圈(5)、上杆固定板(6)以及下杆固定板(7)；/n所述顶帽(1)的外轮廓是圆柱体；所述顶帽(1)的内壁之间设有带有通孔的所述上杆固定板(6)；/n所述弹性杆(2)分为上、中、下段；所述弹性杆(2)上段穿过所述上杆固定板(6)的通孔；所述弹性杆(2)的中段周向设有所述磁铁(4)和线圈(5)，每层所述磁铁(4)和线圈(5)水平方向依次间隔设置；所述弹性杆(2)的中段插入所述底座(3)；/n所述底座(3)分为上部和下部，所述底座(3)上部的内壁周向设有所述磁铁(4)和线圈(5)，所述磁铁(4)和线圈(5)在纵向上依次间隔设置，在水平方向同为所述磁铁(4)或线圈(5)；所述弹性杆(2)与所述底座(3)上的所述磁铁(4)的位置一一对应，且相对端面的磁极相同；/n所述底座(3)下部的内壁之间设有带有通孔的所述下杆固定板(7)，所述弹性杆(2)下段穿过所述下杆固定板(7)的通孔。/n

【技术特征摘要】
1.一种无桨风力发电机，其特征在于，包括：
用于受风力震动的顶帽(1)、弹性杆(2)、底座(3)、磁铁(4)、线圈(5)、上杆固定板(6)以及下杆固定板(7)；
所述顶帽(1)的外轮廓是圆柱体；所述顶帽(1)的内壁之间设有带有通孔的所述上杆固定板(6)；
所述弹性杆(2)分为上、中、下段；所述弹性杆(2)上段穿过所述上杆固定板(6)的通孔；所述弹性杆(2)的中段周向设有所述磁铁(4)和线圈(5)，每层所述磁铁(4)和线圈(5)水平方向依次间隔设置；所述弹性杆(2)的中段插入所述底座(3)；
所述底座(3)分为上部和下部，所述底座(3)上部的内壁周向设有所述磁铁(4)和线圈(5)，所述磁铁(4)和线圈(5)在纵向上依次间隔设置，在水平方向同为所述磁铁(4)或线圈(5)；所述弹性杆(2)与所述底座(3)上的所述磁铁(4)的位置一一对应，且相对端面的磁极相同；
所述底座(3)下部的内壁之间设有带有通孔的所述下杆固定板(7)，所述弹性杆(2)下段穿过所述下杆固定板(7)的通孔。


2.根据权利要求1所述的一种无桨风力发电机，其特征在于，通过斯特鲁哈尔数计算设计所述顶帽(1)自下而上的直径分布，使得所述顶帽(1)在每个高度上的频率均保持一致；所述直径分布的计算公式如下：



式中，d为所述顶帽(1)底面的直径，u(y)为当地风速在各个高度上的分布，b(y)为调节...

【专利技术属性】
技术研发人员：张瀚之，
申请(专利权)人：张瀚之，
类型：发明
国别省市：辽宁;21