[发明专利]一种具有宽频能量采集特性的涡振发电装置

说明书

本发明公开了一种具有宽频能量采集特性的涡振发电装置，包括发电机、齿条、非线性能量阱、空心圆柱和连接架；所述连接架安装在空心圆柱的两端；所述非线性能量阱和齿条安装在连接架上；所述连接架的端部伸入非线性能量阱内；所述齿条和发电机的齿轮相啮合。本发明通过非线性能量阱的设置，该非线性能量阱具有立方非线性的特点，能够拓宽与之相连物体的频带，使之能够在较宽的风速范围下发生涡激振动，从而进行发电，解决了涡脱频率时刻变化的问题；本发明直接将振动能量转化为电能，结构简单，能量损耗小。

技术领域

本发明涉及一种涡振发电装置，具体地说是一种具有宽频能量采集特性的涡振发电装置，属于流体力学、新能源发电领域。

背景技术

风能作为一种相对容易开发的新能源，取之不尽又绿色环保，近年来得到了相当快的发展。我国风能资源丰富，但是分布不均，风资源丰富的地区多位于沿海与山地及西北等偏远地区，复杂的地形条件增加了风能利用的难度。作为目前利用风力发电的主要设备，风力机占地体积大，结构复杂，切入风速要求高，且难以小型化，难以利用微风发电，存在诸多的局限性。

当流体流过物体表面时，会在物体两侧交替地产生脱离结构物体表面的旋涡，旋涡脱离固体有一定频率的。当这个频率和固体的固有频率接近时，就会产生共振，也就会涡激振动，涡激振动产生会导致物体振动，可以利用这一特性来发电。目前，利用涡激振动发电应用广泛，但是用于发电物体的固有频率固定，只能与某个确定流速下流过其表面产生的泻涡频率重合，从而激发涡激振动，利用涡振进行发电。但是自然界中，无论是风还是水等流体的流速都是时刻发生变化的，这严重限制了目前各种涡振装置的应用。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供了种基于流固耦合涡激振动发电装置，以解决现有技术中存在的涡脱频率时刻变化的问题。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：

一种具有宽频能量采集特性的涡振发电装置，包括发电机、齿条、非线性能量阱、空心圆柱和连接架；所述连接架安装在空心圆柱的两端；所述非线性能量阱和齿条安装在连接架上；所述连接架的端部伸入非线性能量阱内；所述齿条和发电机的齿轮相啮合。

进一步的，所述非线性能量阱包括壳体、载框和导轨；所述载框安装在壳体内；所述载框的上下两侧各安装有一个锥形弹簧；所述载框的左右两侧各安装有一个线性弹簧；所述锥形弹簧的一端安装在内侧壳体的顶端，另一端安装在载框上；所述线性弹簧的一端安装在内侧壳体的侧壁，另一端安装在载框上；所述连接架安装在载框上；与所述连接架相对的内侧壳体上安装有导轨；所述载框通过直线轴承安装在导轨上。

进一步的，所述锥形弹簧通过托盘安装在内侧壳体的顶端和载框上；所述线性弹簧通过连接部件安装在内侧壳体的侧壁和载框上。

进一步的，所述载框的左右两侧和内侧壳体的侧壁上设置有连接柱；所述连接柱通过销轴与连接部件连接。

进一步的，所述壳体包括外壳和端盖；所述端盖上设置有矩形孔洞；所述连接架穿过矩形孔洞固定在载框上。

进一步的，所述装置还包括旋转底座和支架；所述支架固定安装在旋转底座上；所述非线性能量阱和发电机安装在支架上。

与现有技术相比，本发明所达到的有益效果是：

本发明通过非线性能量阱的设置，该非线性能量阱具有立方非线性的特点，能够拓宽与之相连物体的频带，使之能够在较宽的风速范围下发生涡激振动，利用涡激振动带动发电机，消弱了涡脱频率时刻变化的问题，进行发电；本发明直接将振动能量转化为电能，结构简单，能量损耗小。

附图说明

图1是本发明一种具有宽频能量采集特性的涡振发电装置整体结构主视图；

图2是本发明一种具有宽频能量采集特性的涡振发电装置结构拆解示意图；