车辆用全工况涡街发电机制造技术

本实用新型专利技术公开了一种车辆用全工况涡街发电机，它包括壳体、永磁铁、旋涡发生体和金属线圈，其中所述壳体的两端设置有带有连接法兰的入口端和带有连接法兰的出口端，永磁铁分别位于所述壳体内的两对应面，一面永磁铁N极与另一面永磁铁S极对应，在壳体内形成磁场；所述旋涡发生体位于壳体内靠近入口端处的纵向中间位置；所述金属线圈位于所述磁场中。从而将流体通过旋涡发生体产生的卡门涡街振动的动能转化成电能。本实用新型专利技术车辆用全工况涡街发电机安置在发动机进气和空气滤清器之间，不仅可以再运动车辆上进行发电，也可以在车辆怠速工况下进行发电。（*该技术在2021年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种发电装置，尤其是一种利用卡门涡街产生交流电流的装置，该装置将流体流动过程中产生的动能转化成电能，适合车辆在包括怠速工况在内的全工况下使用。
技术介绍
描述流体(如空气、水等)的运动时，经常用到一个无量纲数，雷诺数(Reynolds number)，它描述了流体的惯性力和粘性力之比。可压缩流体的雷诺数Re可以用下式来表示，Re =-/" (1)其中，ρ ,V00, μ分别代表流体的密度，速度和动力粘性系数；L代表物体的特征长度尺度。当流体绕过非流线形物体时，由于物体表面的粘性边界层中存在逆压梯度，表面边界层开始分离，经过一定时间的发展，物体后方的尾迹中，根据不同的雷诺数，形成不同流动模式。大量的理论和实验证明，雷诺数从50到500范围内，尾迹区域内会形成稳定的、成对的、交替排列的、旋转方向相反的、固定间距的，以层流为核心的旋涡。这样的流动模式被称为卡门涡街。因为德国的流体力学家冯 卡门(1881 1963)率先对这种现象进行了研究而得名。图1是卡门涡街形成示意图。卡门涡街中的旋涡的结构可以用环量守恒的原理来解释。即当一个涡从非流线型物体(或称旋涡发生体)的边界层脱落时，必然有与之环量相反的涡的存在。在现实中，当流体流过建筑物、电线、桥墩时都会产生卡门涡街。卡门涡街中的旋涡的结构是稳定的，而且旋涡产生频率和流体流速的关系是确定的。卡门涡街中还常用到无量纲参数Mrouhal数来描述流场的特征，Strouhal数M定义为= (2)其中，f为旋涡的脱落频率，其他变量如前所述。Mrouhal数一般为固定值0.21。 因而流速可以通过测量旋涡脱落频率来获得。广泛使用的卡门涡街流量计就是根据这个原理制成的。在旋涡发生体后方的卡门涡街中，旋涡会沿来流方向向后运动。同时由于单个旋涡的环量的存在，这个涡会受到一个与来流垂直方向上的作用力，即升力。因而在卡门涡街中，流体会在与来流方向垂直的方向上受到周期性交替变化的作用力。根据作用力和反作用力原理，流体也会对这个非流线型物体产生一个周期性交变的、与来流方向垂直的作用力，因而物体会在来流方向垂直的方向上产生振荡。某些工程实践中应该避免这类现象的发生，因为这种振荡会引起物体的疲劳和损坏。例如美国塔科玛峡谷桥(Tacoma Narrow Bridge)风毁事故即是由卡门涡街引起的。如何利用卡门涡街产生的这种振荡的能量转化成可利用的能量，如电能，是本专利技术解决的一个技术问题。为此本专利技术中设计了一个装置。将其安置在形式的车辆中，因为空气与车辆的相对运动，可以使用卡门涡街的原理进行发电。在车辆的怠速工况时，车辆静止，无法产生空气的流动。针对这种情况，本专利技术特别设计了针对车辆的全工况中是使用的涡街发电机结构，即为车辆用全工况涡街发电装置。
技术实现思路
本专利技术的目的是解决上述技术问题，并利用上述
技术介绍
，设计了一种可将流体流动时产生的动能转化成电能的装置，而且可以在车辆的多工况条件下使用，包括怠速工况。本专利技术卡门涡街发电装置通过下述技术方案予以实现一种车辆用全工况涡街发电机，包括，壳体，所述壳体的两端贯通，其中一端为带有法兰的入口端，一端带有法兰的为出口端；永磁铁，分别位于所述壳体内的两对应面，并且所述一面永磁铁N极与另一面永磁铁S极对应，在壳体内形成磁场；旋涡发生体，位于壳体内；金属线圈，位于所述磁场中。当流体通过旋涡发生体时，其后方能产生卡门涡街；金属线圈在所述卡门涡街作用下规律性切割磁力线，并使穿过所述金属线圈的磁通量发生变化，产生感应电流。在上述技术方案中，所述永磁铁沿壳体底部或顶端设置在壳体的左右对应面上，所述永磁铁的高度h满足公式h = ^"(// + 1)，其中H为壳体内腔的高度，L为2 2旋涡发生体的特征长度；所述金属线圈设置在所述旋涡发生体上。其中，本专利技术提供了由弹性高分子材料制成的弹性旋涡发生体的实施方式，所述弹性旋涡发生体的两端分别固定设置在左右两对应面永磁铁或壳体上，与其上设置的金属线圈处于磁场的上端。所述弹性旋涡发生体是柱状的、薄壁中空的、两端敞口的弹性物体， 所述金属线圈镶嵌在所述弹性旋涡发生体的内壁上或均勻缠绕在所述弹性旋涡发生体的外表面上。在上述技术方案中，所述壳体的纵截面优选为圆形或矩形或方形或其他多边形。使用时，将该装置安置在车辆的进气管和空气滤清器之间。带有连接法兰的出口端与进气管相连，带有连接法兰的入口端与空气滤清器的管道相连。也就是将该发电装置安装在车辆原有的进气管和空气滤清器之间。本专利技术的卡门涡街发电装置的有益效果是本专利技术卡门涡街发电装置通过在壳体内设置一个涡街发生体，流体流过时产生的卡门涡街引起旋涡发生体的振荡，从而带动或引起处在磁场中的闭合金属线圈一起运动， 由于卡门涡街的规律性振荡，使穿过闭合线圈的磁通量发生周期性变化，从而在金属线圈中产生交流电，将卡门涡街振动的动能转化成电能，在行驶的车辆和静止的车辆中都可使用，即全工况下使用。其次，本装置只有几个部件组成，结构简单，占用空间小，重量轻，对应用环境要求低；附图说明图1是卡门涡街形成的示意图；图中，1.来流方向，2.旋涡发声体，3.卡门涡街。图2是本专利技术实施方式的卡门涡街发电装置的纵向剖视示意图；图3是图2的A-A，向剖视示意图；图4是图2的立体图；图中，1.壳体，2.带连接法兰入口端，3.永磁铁N极，4.旋涡发生体，5.金属线圈， 6.永磁铁S极，7.带连接法兰的出口端，11小孔。具体实施方式本专利技术的设计思路在磁场中安置一个金属线圈，当闭合金属线圈在磁场中做切割磁力线的运动，且让金属线圈在磁力线方向的投影面积产生变化，即使穿过线圈的磁通量产生变化。根据电磁感应定律，闭合的金属线圈中将产生电流。根据这个思路，如果把
技术介绍
中的卡门涡街这种作用于旋涡发生体上的周期性的、交替方向的力传递给一个放置在固定的磁场中的金属线圈，将可以使金属线圈产生振荡，只要保证这种周期性的振荡改变了穿过金属线圈的磁通量，则在金属线圈中将会产生了交流电。如果在行驶的车辆中，空气的相对运动会产生上述效果。在车辆的怠速工况下，车辆时是静止的，但发动机的运转任然会使发动机进气管内产生空气的流动。一个在车辆的多工况下使用涡街发电装置的途径是将涡街发电装置安置在进气管之前。这样，只要是发动机运转，就有空气进入发电机的壳体，发电机就能工作。车辆中已有的连接方式是，进气管前面连接空气滤清器的管道。所以，一个在车辆全工况下使用涡街发电装置的途径是将涡街发电机安置在进气管和空气滤清器之间。根据上述设计思路，如图2到3所示，本专利技术给了一种卡门涡街发电装置，包括壳体1、两块永磁铁(3，6)、旋涡发生体4以及金属线圈5，壳体1的两端设置有带有连接法兰入口端2和带有连接法兰出口端7 ；壳体内的两对应面分别设置有永磁铁(3，6)，并且一面永磁铁3的N极与另一面永磁铁6的S极相对应，从而在两块永磁铁(3，6)中间形成磁场， 壳体内靠近入口端处的纵向中间位置设置有旋涡发生体4，当流体通过时，其在尾迹区域能产生卡门涡街；所述金属线圈5设置在永磁铁(3，6)的中间磁场中，其在所述卡门涡街作用下规律性切割磁力线，并使穿过所述金属线圈5的磁通量发生变化，产生感应电流。金属线圈5的两个端子通过壳体上的小孔11引出。下面通过具体实施方式及本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：路明，
申请(专利权)人：天津空中代码工程应用软件开发有限公司，
类型：实用新型
国别省市：