[发明专利]一种全风向风柱发电装置

说明书

本发明公布了一种全风向风柱发电装置，涉及清洁能源和电磁发电领域。本发明由圆柱套筒、刚性支撑梁、圆环台、防护罩、底座、弹性钢条、磁铁、线圈、褶皱环形密封膜、弹簧、底板、螺栓和梅花键构成。装置静止时，位于圆环台上下的磁铁与位于底座和防护罩的线圈内部的磁铁处于同轴心位置，且同极正对，弹簧处于压缩状态。当任意方向风吹向本装置时，圆柱套筒会基于涡激振动原理产生垂直于来风方向的振动，并带动圆环台的磁铁振动，其与线圈内的磁铁位置发生偏移，线圈内磁铁在此时受到的斥力发生变化，弹簧处于不断伸长压缩的过程，因而带动磁铁持续上下振动，与线圈发生切割磁感线运动产生感应电流。

技术领域

本发明涉及清洁能源和电磁发电领域，具体是一种全风向风柱发电装置。

背景技术

能源是人类生存、发展的基础，但随着经济的快速发展，化石能源消耗量持续增加，人类正面临着日益严重的能源短缺和环境破坏问题，全球气候变暖已成为国际关注的热点。基于此背景下，发展清洁能源对于保障能源安全、促进环境保护、减少温室气体排放、实现国民经济可持续发展具有重要意义。

环境中的能量无处不在，在过去的几年，俘获环境中的能源为微电子产品供能成为一种很有前景的技术，并引起了研究者的强烈关注。环境中的能源有振动能、太阳能、风能、温差能、射频辐射能、噪声等。其中，振动能在日常生活和工程实际中广泛存在，不易受位置、天气等因素的影响，并且具有较高的能量密度，因此越来越多的学者和专家致力于研究将环境中的振动能俘获并转换成电能，作为一种替代能源为微电子产品供能。风能是一种取之不尽用之不竭的能源，如何有效利用风能也成为当下研究热点。将风能与振动能相结合，就有了风致振动领域，既能利用自然界中取之不尽的风能，又能高效地收集能量，而收集风致振动能量就要用到振动俘能技术。振动俘能技术是一种将环境振动能转化成电能的有效方式，其主要方式有压电式、电磁式、静电式三种。静电式俘能器需要外接电源导致其应用受到限制，电磁俘能和压电俘能则以其各自的优点表现出了潜在的应用价值。其中电磁式振动发电具有能量密度较高、使用寿命长、清洁无污染等多项优点，因而被广泛应用。

目前，针对风致振动的多风向俘能的俘能器研究较少，已开展的多数研究是以探究单一方向的俘能器，其收集能量的风向来源大多是单一方向的，而对于自然界来说，风能无处不在，现有俘能器大多只能收集来自四面八方风能的其中之一方向。因此，设计一种面向多风向的高效俘能器具有重要的研究意义和研究价值。

发明内容

为了解决以往风力发电机只能收集单一方向风力激励发电的局限性和低效性，本发明提出了一种全风向风柱发电装置，本装置由圆柱套筒、刚性支撑梁、圆环台、防护罩、底座、弹性钢条、磁铁、线圈、褶皱环形密封膜、弹簧、底板、螺栓和梅花键构成，具体结构为：底座固定，圆柱套筒通过弹性钢条连接到底座，弹性钢条通过螺栓和底板固定在底座凹槽，圆柱套筒内部置有刚性支撑梁；圆环台固定于圆柱套筒下端，其顶面和底面分别固定有阵列分布的六块磁铁，底座和防护罩内部与磁铁正对位置分别固定有六组线圈，线圈中空，内部弹簧位于线圈底端，弹簧上承载磁铁，与圆环台的磁铁构成十二组磁铁对，装置下半部分整体置于防护罩中，防护罩上端口与圆柱相接处连有紧密的褶皱环形密封膜。

进一步的，当装置静止时，位于圆环台上下表面的磁铁与位于底座和防护罩内部的磁铁处于同轴心位置，且处于同极相斥状态，因此所述弹簧处于压缩状态。

进一步的，所述弹性钢条底端为梅花键状结构，与底座凹槽配合，防止其发生圆周方向转动。

进一步的，所述弹性钢条材质均匀，可实现任意方向弯曲，以此实现全风向振动。

进一步的，当风吹向圆柱套筒时，在基于涡激振动产生垂直于风向振动的同时，圆柱套筒由于自身体积存在阻力，还会受到一个向后的倾覆力，因此所述磁铁对采用强磁铁，两磁铁间强大的磁力可以给圆柱套筒提供足够的支撑力，不仅可以限制受升力时圆柱套筒振动的范围，同时还能防止圆柱套筒受阻力时向后倾覆程度过大而降低振动频率。