[發明專利]發電機和發電方法

有效

• 申請號: 201580046602.3
• 申請日: 2015-10-02
• 公開（公告）號: CN107078621B
• 公開（公告）日: 2020-05-15
• 發明（設計）人: 大衛·耶蘇·亞涅斯維拉里爾
• 申請（專利權）人: 沃特克斯布萊德萊絲有限公司
• 主分類號: H02K35/02
• 分類號: H02K35/02;H02K7/09;F03D5/06
• 代理公司: 北京集佳知識產權代理有限公司 11227
• 代理人: 康建峰;楊華

本發明涉及一種發電機，該發電機包括：第一部分(1)，第一部分(1)被配置成位于流體中并且被配置成使得當所述流體移動時它在所述流體中生成渦流，使得升力在第一部分(1)上生成，其產生第一部分(1)的振蕩移動，所述振蕩移動具有幅度。第一部分(1)的固有振蕩頻率可以借助于互斥的磁體而被調整到風速。磁體還可以用于在線圈中生成電流。第一部分(1)可具有隨著發電機的基座上方的距離而增大的直徑。

技術領域

本發明涉及可再生能源領域，并且更具體地涉及基于流體的運動、根據在流體中產生的渦流來發電的領域。

背景技術

由于諸如基于化石燃料的燃燒或核能的能量的不可再生能量的缺點，已經做出了重大努力來開發所謂的可再生能量，在這些可再生能量中發現了基于使用流體的運動來驅動發電機可再生能量。例如，存在稱為多葉片風力發電機的裝置，其利用風來使發電機的轉子轉動。然而，這些在世界范圍內取得了巨大成功并且在許多國家中產生所消耗的電能的大部分的風力發電機通常具有大量的移動部件，其中許多移動部件以轉動的方式彼此接觸，由于潤滑劑的消耗、部件磨損等，因此除了其他問題以外，還意味著相對高的維護成本。在一些情況下，葉片的高速度也可能成問題，因為這些葉片可能影響鳥類的生活。

作為具有旋轉式發電機的多葉片風力發電機的替代品，還提出了使用基于使用壓電元件或材料來將機械能轉換成電能的發電機。例如，FR-2922607-A1公開了一種發電機，在該發電機中一種類型的桿被支撐在壓電元件上，使得當桿被風驅動或移動時，通過壓電元件將桿的移動轉換成電能。

另一方面，CN-201818437-U公開了一種用于為具有低功耗的傳感器和系統供電的發電機，該發電機也基于具有葉片的轉子。轉子設置有與轉子一起轉動并且與耦合至壓電元件的磁體相互作用的磁體，使得轉子的轉動導致對壓力元件的力，從而將轉子的轉動轉換成電能。

JP-2006-158113-A描述了使用附接至磁體的壓電元件將機械能轉換成電能的另一機構。

此外，JP-2006-132397-A描述了用水中的卡門(Karman)渦流來使引入水中的耦合至壓電板的柱振動。類似地，JP-2006-226221-A和WO-2012/017106-A1引用了基于卡門渦流的發電機。

例如，WO-2012/017106-A1描述了一種由風驅動的發電機，該發電機具有由具有高機電耦合的多個元件構成的桿，術語“機電耦合”包括壓電元件。桿具有有意地將靜止且分層的氣流變換成湍流的部分和構造，其中，旋渦或渦流以同步的方式出現在桿的整個長度上。因此，桿承受兩個力，即，與風同向的牽引力以及在與垂直于風向的方向上產生的升力，升力的方向隨著對應于新渦流出現的頻率而改變符號，并且可以使用以下公式來計算：

F_v＝S*V/d

其中F_v是渦流出現的頻率，V是空氣的速度，d是桿的特征尺寸，例如，在桿具有圓形橫截面的情況下，桿的特征尺寸為桿的直徑。S是斯特勞哈爾(Strouhal)無量綱數。假定空氣的速度隨著高度而增大，則根據赫爾曼(Hellmann)指數定律，為了實現使渦流的出現同步，WO-2012/017106-A1提出隨著了高度的增大來增大桿的直徑。

WO-2012/017106-A1并沒有詳細說明如何將桿的移動轉換成電能。盡管如此，假設指示桿本身由具有高機電耦合的多個元件組成，則應當理解的是，桿的搖擺使元件變形，從而在受影響元件的表面之間產生功率差動。另一方面，WO-2012/017106-A1提出了通過改變具有高機電耦合的元件所承受的電壓來主動調制桿的表觀楊氏模量或表觀彈性模量。

通過引用并入本文的WO-2014/135551-A1公開了基于卡門渦流的發電機的其他示例，在這些示例中由壓電系統將桿的振蕩移動轉換成電能。該文獻還說明了如何通過向圍繞桿的彈性芯的壓電材料施加電壓來改變桿的振蕩的固有頻率。