CN101800459A - 卡门涡街发电机 - Google Patents

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Abstract

卡门涡街发电机涉及一种新的发电设备，是一种交流电流发生装置，是通过将流体流动过程中产生的动能转化成电能来实现的。流体流过非流线型物体时会在其后产生成对的、交替排列的、旋转方向相反的涡旋，即卡门涡街。卡门涡街又会使物体产生周期性振荡。如果在磁场中利用这种振荡，引起穿过线圈的磁通量周期性的变化，根据电磁感应原理，即可产生交流电。卡门涡街发电机主要用在有风场的地方进行发电，或者安置在运动的载体上，也可以进行发电。

Description

卡门涡街发电机
1.技术领域
本发明涉及发电设备领域。具体是一种交流电流发生装置。这种装置将流体流动过程中产生的动能转化成电能。
2.背景技术
当流体(如空气、水，等)绕过非流线形物体时，物体尾流左右两侧会产生的成对的、交替排列的、旋转方向相反的涡旋。这种涡旋被称作卡门涡街。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。在旋涡发生体后方，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变的作用力。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。理论和实验都已经表明，在一定的条件下(可以用流体的雷诺数表示)，卡门涡街中的旋涡的结构是稳定的，因而旋涡产生频率和流体流速的关系是确定的。广泛使用的卡门涡街流量计就是根据这个原理制成的。
如果在磁场中安置一个金属线圈，通过线圈与磁场的相对运动，可以使穿过线圈的磁通量产生变化。根据电磁感应定律，磁通量的变化会使线圈中产生电流。把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，可以使金属线圈产生振荡。如果这种周期性的振荡改变了穿过金属线圈的磁通量，则在线圈中产生了交流电。图2是利用卡门涡街产生电流的原理图。
利用这种装置产生交流电的前提是必须有流体的流动，因而该装置也可以被视为风能发电设备的一种。
3.发明内容
该发明利用上述背景技术，设计一个装置，它将流体流动时产生的能量转化成电能。
在这个装置中，有一个旋涡发生体，其横截面是梯形的、中空敞口的。旋涡发生体用柔性上支撑和柔性下支撑将其固定在一个壳体内。这个壳体呈管状，两端分别为流体的入口端和出口端。将两块永磁铁的N极和S极分别安装在壳体内，并且在旋涡发生体两侧。永磁铁的高度不超过壳体内腔高度的二分之一。图3和图4分别是卡门涡街发电机正视示意图和俯视示意图。在旋涡发生体上缠有金属线圈。在静止时，由金属线圈围成的封闭面积中，约二分之一部分有磁通量穿过。流体流过时产生的卡门涡街引起的旋涡发生体的振荡，从而带动金属线圈一起运动，于是金属线圈中的磁通量会成周期性变化，所以金属线圈中产生了交流电。
这种装置结构简单、体积小，重量轻，可以被视为一个发电机组的单元。使用时，让多个本发明中提出的卡门涡街发电机一起工作，以产生足够的电能。
4.附图说明
图1卡门涡街形成示意图
图2利用卡门涡街产生电流的原理图
图3卡门涡街发电机正视示意图
图4卡门涡街发电机俯视示意图
5.具体实施方式
以下结合说明书附图和实施例子对本发明做进一步说明。
实施例子：该装置在组装后的工作状态如图3和图4所示。呈梯形截面的旋涡发生体置于壳体中心。梯形底边边长较宽的一侧朝向壳体的流体入口端，即图3和图4中的左侧一端。壳体的总长度应不小于十倍的旋涡发生体的梯形底边边长。其作用是对进入壳体的流体起到的导流作用，并且让旋涡发生体后面的涡街有一个发展空间。两块永磁铁的高度等于壳体内腔高度的二分之一，从壳体内部的底面开始安装。旋涡发生体依靠由二个弹簧组成的柔性上支撑和二个弹簧组成的柔性下支撑，与壳体相连接。
将该装置置于一定方向的来流中，例如风场中，或者将该装置以一定速度运动，则流体会通过壳体的入口端，进入壳体。流体绕过旋涡发生体，在其后部会产生卡门涡街。由于有柔性上、下支撑，卡门涡街会引起旋涡发生体沿来流垂直方向上振荡。缠绕在旋涡发生体上的金属线圈也随之振荡。在旋涡发生体两侧安装有两块极性相反的永磁铁。无振荡情况下，穿过金属线圈的磁通量是固定的。在金属线圈振荡时，由于金属线圈扫过的磁场面积发生周期性变化，磁通量随之发生周期性变化，于是金属线圈中产生了交流电。金属线圈的两个端子通过壳体上的小孔引出。

Claims (6)

1.一种交流电流发生装置。其中，缠有金属线圈的旋涡发生体依靠柔性上支撑和柔性下支撑与壳体相连接，被安置在一对永磁铁之间。
2.根据权利要求1所述的一种交流电流发生装置，包括一个非金属材料制成的壳体。其特征在于所述的壳体是柱状的、中空的、两端敞口的。
3.根据权利要求1所述的一种交流电流发生装置，包括一对永磁铁，分别为N极和S极。其特征是永磁铁的两极分别安装在权利要求2所述的壳体内部壁面的两侧。
4.根据权利要求1所述的一种交流电流发生装置，包括一种非金属材料制成的旋涡发生体。其特征在于：外形是柱状的、薄壁中空的、两端敞口的、横截面是梯形的。被安置在权利要求2所述的壳体内部。
5.根据权利要求1所述的一种交流电流发生装置，包括由二个弹簧组成的柔性上支撑和由二个弹簧组成的柔性下支撑。用来连接权利要求2所述的壳体和权利要求4所述的旋涡发生体。
6.根据权利要求1所述的一种交流电流发生装置，包括一种由金属制成的细丝。被称作金属线圈。它缠绕在权利要求4所述的旋涡发生体上。
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