CN111188738B - 一种气压传动的扑翼式发电装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种气压传动的扑翼式发电装置，包括捕能装置、能量传输装置、能量转换装置和控制装置，捕能装置通过扑翼收集风能并转化为气缸内活塞和活塞杆沉升的机械能，能量传输装置和能量转换装置将气缸内活塞和活塞杆沉升的机械能转化为压缩气体的动能，并利用压缩气体驱动气动马达带动发电机输出电能，进行发电，控制装置控制整个装置的运动。本发明提供的一种气压传动的扑翼式发电装置，利用扑翼的沉升运动捕捉流体动能，具有高效率，高适应性，高稳定性的特点。

Description

一种气压传动的扑翼式发电装置
技术领域
本发明涉及发电装置技术领域，具体涉及一种气压传动的扑翼式发电装置。
背景技术
随着经济的发展，科学技术的进步，人类对能源的需求越来越大。由于对是石油，天然气等不可再生能源的过度开采和使用，对地球的生态环境以已经造成很大的损害。人们更加注重开发清洁能源。因此传统的风机发电量逐年增长，但传统的风机对自然环境的影响也受到广泛关注，比如传统风机会对鸟类等飞行生物造成伤害。
与传统风机相比，扑翼式发电装置，建造成本低，尺寸小对环境更加友好。更重要的是扑翼发电装置在低风速下也能保证较高的吸收效率，这意味着它可用于我国的微风速地区，可对我国大面积区域的风能进行有效利用。
但是，现有的扑翼发电装置往往利用曲柄连杆等机械将直线运动转化为旋转运动，曲柄连杆这种设计会限制翼的沉升振幅。并且现有的扑翼发电装置往往没有设置反馈装置，没办法稳定输出轴的转速。
发明内容
根据现有技术的不足，本发明的目的是提供一种气压传动的扑翼式发电装置，利用扑翼的沉升运动捕捉流体动能，具有高效率，高适应性，高稳定性的特点。
为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：
一种气压传动的扑翼式发电装置，包括：
捕能装置，包括竖直放置的气缸，设在所述气缸内的活塞，与所述活塞固定连接且竖直向上穿出所述气缸的活塞杆，固定在所述活塞杆顶部的驱动电机和连接在所述驱动电机的输出轴上的扑翼，所述气缸顶部设有与外界连通的第一气口，底部设有与外界连通的第二气口，所述活塞杆上套有弹簧，所述弹簧设在所述气缸内顶面和所述活塞顶面间，所述气缸内顶面上安装有拉压传感器用于感应弹簧的压力或拉力，当所述活塞到达所述气缸顶部时，所述拉压传感器感应到的压力达到压力极限值，当所述活塞到达所述气缸底部时，所述拉压传感器感应到的拉力达到拉力极限值；
能量传输装置，包括设有第一进气单向阀的第一进气管路、设有第二进气单向阀的第二进气管路、设有第一出气单向阀的第一出气管路和设有第二出气单向阀的第二出气管路，所述第一进气管路上的进气口与外界连通，出气口与所述第一气口连通，所述第二进气管路上的进气口与外界连通，出气口与所述第二气口连通，所述第一出气管路上的进气口与第一气口连通，所述第二出气管路上的进气口与第二气口连通；
能量转换装置，包括与所述第一出气管路上的出气口和与所述第二出气管路上的出气口连通的气动三联件，与所述气动三联件连接的第一储气罐，与所述第一储气罐连接的气动马达，与所述气动马达连接的发电机；
控制装置，包括控制器，所述控制器与所述拉压传感器和所述驱动电机电连接，当所述拉压传感器感应到所述弹簧的压力或拉力到达压力极限值或拉力极限值时，所述控制器控制所述驱动电机运动，带动所述扑翼转向。
进一步的，所述扑翼包括扑翼本体和扑翼转轴，所述扑翼转轴与所述驱动电机的输出轴通过联轴器连接，所述扑翼本体套设在所述扑翼转轴上。
进一步的，所述扑翼本体为NACA0015系列翼型。
进一步的，所述扑翼本体的截面轮廓为瓜子形，截面轮廓较大的一端为圆弧形顶部，较小的一端为圆弧形底部，侧面为与圆弧形顶部和圆弧形底部相切连接的侧弧部，侧弧部分别与圆弧形顶部和圆弧形底部所在的圆形的下半部分相切。
进一步的，所述气压传动的扑翼式发电装置还包括反馈装置，所述反馈装置包括风速仪和功率放大器，所述风速仪和所述功率放大器电连接，所述功率放大器与所述控制器电连接，所述风速仪将测量到的风速信号通过功率放大器发送给控制器。
进一步的，所述第一储气罐和所述气动马达间设有第二储气罐。
进一步的，所述第一储气罐和所述第二储气罐间设有电气比例阀，所述电气比例阀与所述功率放大器电连接。
进一步的，所述第一储气罐和所述电气比例阀之间设有单向阀，使得气体只能从所述第一储气罐通向所述电气比例阀。
进一步的，两个所述驱动电机对称安装在所述活塞顶部且输出轴均向外设置，每一所述驱动电机的输出轴上连接有一个扑翼，两个所述扑翼相对于所述活塞对称设置。
进一步的，所述控制器为单片机。
与现有技术相比，本发明具有以下优点和有益效果：
1.本发明所述的一种气压传动的扑翼式发电装置，通过扑翼的沉升运动捕捉流体动能，并将扑翼的沉升运动转化为气缸中活塞和活塞杆的沉升运动，气动系统能代替曲柄滑块等机械机构完成将直线运动转化为旋转运动的功能；另外，气动回路没有以往常用曲柄滑块机构的死点，相比于曲柄滑块机构，气动传动具有的传动性能更适用于本装置。
2.本发明所述的一种气压传动的扑翼式发电装置，设有反馈装置，反馈装置利用风速仪测量风速，并将风速仪检测到的风速通过功率放大器将信号放大后发送给控制器，控制器根据接收到的信号控制电气比例阀的开口大小，从而控制驱动气动马达带动发电机转动的速度，以使用发电机的转速。
附图说明
图1为本发明捕能装置的正视图。
图2为本发明捕能装置中扑翼为正倾角时的侧视图。
图3为本发明捕能装置中扑翼为负倾角时的侧视图。
图4为本发明扑翼的结构示意图。
图5为本发明的示意图。
图6为本发明的电路原理框图。
其中：100、捕能装置；110、气缸；111、第一气口；112、第二气口；120、活塞；130、活塞杆；140、驱动电机；150、扑翼；151、扑翼转轴；152、扑翼本体；160、弹簧；170、拉压传感器；
200、能量传输装置；210、第一进气管路；211、第一进气单向阀；220、第二进气管路；221、第二进气单向阀；230、第一出气管路；231、第一出气单向阀；240、第二出气管路；241、第二出气单向阀；
300、能量转换装置；310、气动三联件；320、第一储气罐；330、气动马达；340、发电机；350、第二储气罐；360、电气比例阀；370、第三出气单向阀；
400、控制装置；410、控制器；
500、反馈装置；510、功率放大器；520、风速仪。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。
参照图1-图5所示，一种气压传动的扑翼150式发电装置，包括捕能装置100、能量传输装置200、能量转换装置300和控制装置400。
参照图1-图4所示，捕能装置100包括气缸110、活塞120、活塞杆130、驱动电机140和扑翼150，气缸110竖直放置，活塞120设在气缸110内，活塞杆130与活塞120顶部固定连接且竖直向上穿出气缸110的顶部，驱动电机140固定在活塞杆130顶部，扑翼150连接在驱动电机140的输出轴上，通过驱动电机140运动带动扑翼150运动，可实现扑翼150的攻角变换。气缸110顶部设有与外界连通的第一气口111，底部设有与外界连通的第二气口112，活塞杆130上套有弹簧160，弹簧160设在气缸110内顶面和活塞120顶面间，气缸110内顶面上安装有拉压传感器170，拉压传感器170用于感应弹簧160的压力或拉力。使用过程中，参照图2所示，扑翼150为正倾角，风给扑翼150提供一个向上的升力，扑翼150带动活塞杆130和活塞120向上运动，当活塞120到达气缸110顶部时，拉压传感器170感应到的压力达到压力极限值；参照图3所示，扑翼150负倾角，风给扑翼150提供一个向下的推力，扑翼150带动活塞杆130和活塞120向下运动，当活塞120到达气缸110底部时，拉压传感器170感应到的拉力达到拉力极限值。
参照图5所示，能量传输装置200包括第一进气管路210、第二进气管路220、第一出气管路230和第二出气管路240，第一进气管路210上设有第一进气单向阀211，第二进气管路220上设有第二进气单向阀221，第一出气管路230上设有第一出气单向阀231，第二出气管路240上设有第二出气单向阀241。
第一进气管路210上的进气口与外界连通，出气口与第一气口111连通，由于第一进气单向阀211的作用，第一进气管路210中，气体只能从第一进气管路210上的进气口进入，从第一进气管路210上的出气口出来。
第二进气管路220上的进气口与外界连通，出气口与第二气口112连通，由于第二进气单向阀221的作用，第二进气管路220中，气体只能从第二进气管路220上的进气口进入，从第二进气管路220上的出气口出来。
第一出气管路230上的进气口与第一气口111连通，由于第一出气单向阀231的作用，第一出气管路230中，气体只能从第一气口111进入第一出气管路230。
第二出气管路240上的进气口与第二气口112连通，由于第二出气单向阀241的作用，第二出气管路240中，气体只能从第二气口112进入第二出气管路240。
为了简化，第一出气管路230上的进气口与第一进气管路210的出气口连接后与第一气口111连通，第二出气管路240上的进气口与第二进气管路220的出气口连接后与第二气口112连通，第一出气管路230上的出气口与第二出气管路240的出气口连接。
参照图5所示，能量转换装置300包括气动三联件310、第一储气罐320、气动马达330和发电机340。气动三联件310的进气口与第一出气管路230上的出气口和第二出气管路240上的出气口连接，为了简化，第一出气管路230上的出气口与第二出气管路240的出气口连接后与气动三连接310连接，气动三联件310将空气过滤器、减压阀和油雾器三种气源处理元件组装在一起，将从第一出气管路230上的出气口和第二出气管路240上的出气口出来的气体进行净化和稳压。第一储气罐320的进气口与气动三联件310的出气口连接，气动马达330与第一储气罐320连接，发电机340与气动马达330连接，从第一储气罐320进入气动马达330的气体为压缩气体，利用压缩气体驱动气动马达330带动发电机340输出电能。
参照图5所示，控制装置400包括控制器410，控制器410与拉压传感器170和驱动电机140电连接，当拉压传感器170感应到弹簧160的压力或拉力到达压力极限值或拉力极限值，将信号发送给控制器，控制器410控制驱动电机140运动，带动扑翼150转向。
参照图4所示，扑翼150包括扑翼本体152和扑翼转轴151，扑翼转轴151与驱动电机140的输出轴通过联轴器连接，扑翼本体152套设在扑翼转轴151上。扑翼本体152为NACA0015系列翼型。扑翼本体152的截面轮廓为瓜子形，截面轮廓较大的一端为圆弧形顶部，较小的一端为圆弧形底部，侧面为与圆弧形顶部和圆弧形底部相切连接的侧弧部，侧弧部分别与圆弧形顶部和圆弧形底部所在的圆形的下半部分相切。
参照图5所示，气压传动的扑翼150式发电装置还包括反馈装置500，反馈装置500包括风速仪520和功率放大器510，风速仪520和功率放大器510电连接，功率放大器510与控制器410电连接，风速仪520将测量到的风速信号通过功率放大器510发送给控制器410。
第一储气罐320和气动马达330间设有电气比例阀360，从第一储气罐320的出气口出来的气体经过电气比例阀360进入气动马达330。
电气比例阀360通过电控方式实现对气体流量的节流控制。当风速仪520检测迎风风速降低，风速仪520通过功率放大器510将信号放大后发送给控制器410，控制器410通过功率放大器510发送信号控制电气比例阀360的开口变大，驱动气动马达330带动发电机340转动的速度变快，以此适应发电机340的转速。
第一储气罐320和气动马达330间设有第二储气罐350，进一步稳定气体流量，稳定动气动马达330运动速度，以此适应发电机340的转速。
第一储气罐320和电气比例阀360之间设有第三出气单向阀370，使得气体只能从第一储气罐320通向电气比例阀360，使压缩气体的传输更加稳定。
参照图1所示，本发明中，设有两组扑翼150，每组扑翼150通过一个驱动电机140带动转动，两个驱动电机140对称安装在活塞120顶部且输出轴均向外设置，每一驱动电机140的输出轴上连接有一个扑翼150，两个扑翼150相对于活塞120对称设置。具体的，两个驱动电机140对称安装在活塞120顶部且输出轴均向外设置，每一驱动电机140的输出轴通过联轴器连接一个扑翼转轴151，每一扑翼转轴151上套设一个扑翼本体152。
本发明主要适用于低风速区域，在低风速下也能保证较高的吸收效率，可用于我国的微风速地区，可对我国大面积区域的风能进行有效利用。
显然，上述所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

Claims (10)

1.一种气压传动的扑翼式发电装置，其特征在于，包括：
捕能装置，包括竖直放置的气缸，设在所述气缸内的活塞，与所述活塞固定连接且竖直向上穿出所述气缸的活塞杆，固定在所述活塞杆顶部的驱动电机和连接在所述驱动电机的输出轴上的扑翼，所述气缸顶部设有与外界连通的第一气口，底部设有与外界连通的第二气口，所述活塞杆上套有弹簧，所述弹簧设在所述气缸内顶面和所述活塞顶面间，所述气缸内顶面上安装有拉压传感器用于感应弹簧的压力或拉力，当所述活塞到达所述气缸顶部时，所述拉压传感器感应到的压力达到压力极限值，当所述活塞到达所述气缸底部时，所述拉压传感器感应到的拉力达到拉力极限值；
能量传输装置，包括设有第一进气单向阀的第一进气管路、设有第二进气单向阀的第二进气管路、设有第一出气单向阀的第一出气管路和设有第二出气单向阀的第二出气管路，所述第一进气管路上的进气口与外界连通，出气口与所述第一气口连通，所述第二进气管路上的进气口与外界连通，出气口与所述第二气口连通，所述第一出气管路上的进气口与第一气口连通，所述第二出气管路上的进气口与第二气口连通；
能量转换装置，包括与所述第一出气管路上的出气口和与所述第二出气管路上的出气口连通的气动三联件，与所述气动三联件连接的第一储气罐，与所述第一储气罐连接的气动马达，与所述气动马达连接的发电机；
控制装置，包括控制器，所述控制器与所述拉压传感器和所述驱动电机电连接，当所述拉压传感器感应到所述弹簧的压力或拉力到达压力极限值或拉力极限值时，所述控制器控制所述驱动电机运动，带动所述扑翼转向。
2.根据权利要求1所述的气压传动的扑翼式发电装置，其特征在于：所述扑翼包括扑翼本体和扑翼转轴，所述扑翼转轴与所述驱动电机的输出轴通过联轴器连接，所述扑翼本体套设在所述扑翼转轴上。
3.根据权利要求2所述的气压传动的扑翼式发电装置，其特征在于：所述扑翼本体为NACA0015系列翼型。
4.根据权利要求3所述的气压传动的扑翼式发电装置，其特征在于：所述扑翼本体的截面轮廓为瓜子形，截面轮廓较大的一端为圆弧形顶部，较小的一端为圆弧形底部，侧面为与圆弧形顶部和圆弧形底部相切连接的侧弧部，侧弧部分别与圆弧形顶部和圆弧形底部所在的圆形的下半部分相切。
5.根据权利要求1所述的气压传动的扑翼式发电装置，其特征在于：所述气压传动的扑翼式发电装置还包括反馈装置，所述反馈装置包括风速仪和功率放大器，所述风速仪和所述功率放大器电连接，所述功率放大器与所述控制器电连接，所述风速仪将测量到的风速信号通过功率放大器发送给控制器。
6.根据权利要求5所述的气压传动的扑翼式发电装置，其特征在于：所述第一储气罐和所述气动马达间设有第二储气罐。
7.根据权利要求6所述的气压传动的扑翼式发电装置，其特征在于：所述第一储气罐和所述第二储气罐间设有电气比例阀，所述电气比例阀与所述功率放大器电连接。
8.根据权利要求7所述的气压传动的扑翼式发电装置，其特征在于：所述第一储气罐和所述电气比例阀之间设有单向阀，使得气体只能从所述第一储气罐通向所述电气比例阀。
9.根据权利要求1-6任一项所述的气压传动的扑翼式发电装置，其特征在于：两个所述驱动电机对称安装在所述活塞顶部且输出轴均向外设置，每一所述驱动电机的输出轴上连接有一个扑翼，两个所述扑翼相对于所述活塞对称设置。
10.根据权利要求1-6任一项所述的气压传动的扑翼式发电装置，其特征在于：所述控制器为单片机。
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