[發明專利]渦激共振風力渦輪機

有效

• 申請號: 201180038079.1
• 申請日: 2011-08-01
• 公開（公告）號: CN103052798A
• 公開（公告）日: 2013-04-17
• 發明（設計）人: 大衛·吉瑟斯·亞內斯·維拉里爾
• 申請（專利權）人: 德泰科諾有限公司
• 主分類號: F03G7/08
• 分類號: F03G7/08;F03D5/06;F03D9/00
• 代理公司: 北京華夏正合知識產權代理事務所(普通合伙) 11017
• 代理人: 韓登營

技術領域

本發明涉及一種新型發電設備。

本發明客體包括屬于再生能源工業的將風能轉化為可用電勢的發電設備。其設計整合了三種已知物理原理：與振蕩固有頻率的結構耦合、流體旋渦的生成以及一些由諸如鐵電效應或壓電效應引起的某種材料的機電耦合。

本系統的新穎性在于在發電裝置中協調整合這三種物理原理，使發電裝置的固有振蕩頻率與整個結構中以同步方式生成的旋渦生成頻率相一致。

背景技術

作為分布最廣泛的再生能源之一的風能依賴于一次能源（primary?energy）—風。

將風能轉化為電能的最常見裝置為多葉片式風力渦輪機。盡管該領域持續不斷地實現了清晰、公認的技術改進，但這些系統仍受到四點根本缺陷的影響：

a)因為這些系統包含機械零件，例如齒輪、繞阻等，由于潤滑劑的消耗、零件的磨損、絕緣樹脂的熱衰減以及其他由摩擦力引起的摩擦及熱效應等，使這些系統需要一定的維護費用；

b)基于貝茨（Betz）于1927年完成的理論而進行工作的常規多葉片使風力渦輪機通過較高的轉子旋轉速度來提高其工作效率。結合下述事實，即，環形表面上的可用能量與葉片長度的平方成正比，這意味著葉片頂端的速度非常高，由此會對鳥群造成極大的威脅，顯而易見地會帶來許多意外事故；

c)葉片尺寸的蓄意增加會轉化為系統總成復雜度的增加，以及初裝成本的增加；

d)風力渦輪機的主觀視覺影響可以用許多方法描述，但不管怎樣，因其動作的寬度范圍的增加，其所占空間也相應地變大。

為了使風力渦輪機的上述方面有所改善，本發明所創造的裝置基于三種物理原理或理論。這些原理分別廣泛地應用于工業領域。

第一種原理為機電耦合。當某些物質間被施加一定力時，會在其表面之間產生電勢差，由此產生機電耦合效應。就任意一種發電機而言，其操作是可逆的，而且其表面間存在的電壓會引起形變。其中，上述物質為鐵電物質（例如鋯鈦酸鉛及其衍生物）和壓電物質（某種晶體，例如石英等）。

帶有某種類型機電耦合特性的物質應用范圍較廣，例如應用于致動器（定位器、馬達）、揚聲器（導入電能獲得機械能）、諸如壓力、位置、接觸、形變傳感器以及各種類型的轉換器（導入機械能以獲得電能）。

這些物質于發電領域的應用并不廣泛，但已存在將行人在人行道和地板上行走的腳步所產生的能量轉化為可用電能的應用。目前，已存在利用從人體移動中獲取的能量為便攜式電子設備進行充電的服裝、鞋類甚至硅酮植入物的設計方案。這些物質于電弧照明裝置和鍵盤中的應用已有一段時間，其應用于電弧照明裝置以在照明裝置中產生瞬態放電，其應用于鍵盤中以通過用戶的擊鍵等操作為其所在設備進行充電。同樣地，這些物質還應用于從波體或風的沖擊中聚集脈沖和湍流能的發電機中。

第二種原理為非湍動層流中湍動旋渦的形成?！翱ㄩT渦街”（Karman?vortex?street）由匈牙利科學家希歐多爾·馮·卡門（Theodore?von?Karman）于1911年提出，其最廣泛的技術應用為被稱作渦街流量計（vortex?flowmeter）的特殊類型流量計。該流量計用于通過計算因具有已知幾何形狀的部件的存在而形成在導體中的旋渦的個數來測量經過該導體的流體量。這一理論的知識及模型同樣應用于大氣及海洋預報中。

第三種原理與物體的固有振蕩頻率有關。這種原理專門應用于樂器、揚聲器和電子器件（諧振器）的制造以及與顯微鏡等（原子力顯微鏡、磁共振力顯微鏡等顯微鏡中的“輕敲”（tapping），原子力顯微鏡、磁共振力顯微鏡具有使振蕩和諧進而提高探針讀取能力的懸臂（cantilever））相關的應用中。另一方面，如果可能的話，在其他技術領域諸如自動化和機械學（結構聲耦合控制）中需要無效掉這類原理產生的影響以降低發動機噪音，以及在與剎車片相關的應用中需要無效掉這類原理產生的影響。同樣，這種原理在諸如煙囪或橋梁等建筑及大型結構中會帶來一些不良影響（例如，塔科馬海峽大橋或核電站冷卻塔，在這些建筑中還產生了前文提到的卡門旋渦）。

至今還未有風力渦輪發電設備在其幾何結構上設法同步遍及其整個結構的湍動旋渦的生成。

至今還未有發電機企圖以物體固有振蕩作為工作原理。以物體固有振蕩頻率及湍動旋渦生成頻率之間的任意類型調諧或諧振為控制方式的發電機還未創造出來。

至今還未有基于機電耦合物質、把包含在穩定層狀氣流中的能源作為一次能源使用的發電機。

發明內容