CN207994953U - 一种基于涡激振动的车载风能发电装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及基于涡激振动的车载风能发电装置，包括作为钝体物块的箱体，箱体内设有一组表面贴有压电片的悬臂结构；悬臂结构包括压电片、多个悬臂梁或悬臂板，以及设置在悬臂梁或悬臂板末端的摆动片，压电片贴在悬臂梁或悬臂板表面；悬臂结构固定在箱体的一侧面内，箱体中用于固定悬臂结构的面为迎风面，箱体迎风面的两侧面开设有洞口，在箱体迎风面的两侧面将产生交替脱落的漩涡；在交替脱落漩涡的作用下，箱体内的悬臂结构产生振动，压电片将振动产生的机械能转化为电能。本实用新型充分利用了交替脱落漩涡驱动带有压电片的摆动片，将振动产生的机械能转化为电能，给车辆源源不断地提供清洁的可再生能源。

Description

一种基于涡激振动的车载风能发电装置

技术领域

本实用新型涉及风能发电技术，具体为一种基于涡激振动的车载风能发电装置。

背景技术

当下共享单车在中国十分流行，甚至已经推广到国外。共享单车上只有反射光源的警示片，没有主动警示设施；因而晚上在没有路灯的环境下，使用没有照明功能的共享单车，仅通过反光警示片来提醒后方来车，其力度不够，将存在一定的安全隐患。现有技术中，已存在通过太阳能发电技术，为共享单车的电子锁提供电源；但太阳能发电技术在阴雨天和夜晚不能使用。

除了共享单车，电动车、摩托车、汽车等，在行驶过程中都会与大气产生相对运动，使车体受到风荷载作用。风能是一种清洁的可再生能源，如果在车体上安装钝体物块，将会在钝体物块的迎风面两侧产生交替脱落的漩涡，这些规则脱落的漩涡在沿钝体物块侧面的法线方向产生相对规则的周期荷载，荷载的周期(或漩涡脱落周期)主要与钝体物块的特征尺寸及车体与空气的相对速度有关。如果能利用上述因漩涡脱落产生的周期荷载转化为电能，将给车体带来清洁、可再生的能源，提高车体用电设备使用率的同时，绿色环保无污染。

发明内容

为了给现有技术中行驶过程的车体提供清洁可再生能源，本实用新型提供一种基于涡激振动的车载风能发电装置，在车体上安装钝体物块，在钝体物块上安置一组表面贴有压电片的悬臂结构，上述因漩涡脱落产生的周期荷载将驱动该悬臂结构产生振动，而悬臂结构表面的压电片将把振动对应的机械能转化为电能。

本实用新型所采用的技术方案如下：一种基于涡激振动的车载风能发电装置，包括作为钝体物块的箱体，箱体内设有一组表面贴有压电片的悬臂结构；悬臂结构包括压电片、多个悬臂梁或悬臂板，以及设置在悬臂梁或悬臂板末端的摆动片，压电片贴在悬臂梁或悬臂板表面；悬臂结构固定在箱体的一侧面内，箱体中用于固定悬臂结构的面为迎风面，箱体迎风面的两侧面开设有洞口，在箱体迎风面的两侧面将产生交替脱落的漩涡；在交替脱落漩涡的作用下，箱体内的悬臂结构产生振动，压电片将振动产生的机械能转化为电能。

优选地，所述悬臂结构的多个悬臂梁或悬臂板的高度呈倒抛物线设置。

优选地，所述设置在悬臂梁或悬臂板末端的摆动片具有不同的固有频率。

优选地，所述摆动片的厚度或长度不同，或在摆动片的末端加不同的重块。

优选地，所述箱体的底面上设置漏水孔，箱体的底面与箱体迎风面相对。

优选地，所述基于涡激振动的车载风能发电装置还包括控制模块、用电设备和充电电池；控制模块分别与箱体、用电设备、充电电池连接；所述电能在控制模块的控制下输出至用电设备或充电电池。

优选地，所述基于涡激振动的车载风能发电装置还包括光敏开关、遥控开关，遥控开关设置在控制模块内，控制模块分别与箱体、用电设备、充电电池连接，光敏开关、用电设备和充电电池串联连接。

与现有技术相比，本实用新型具有如下有益效果：

1、充分利用了钝体物块迎风面的两侧面所产生的交替脱落漩涡，驱动钝体物块内带有压电片的摆动片，压电片将振动产生的机械能转化为电能，输出至用电设备或充电电池，给车辆源源不断地提供清洁的可再生能源。

2、将多个摆动片的长度或厚度设计成不同的数值，或者在摆动片的末端增加重块，以将悬臂结构上的多个摆动片设计成不同的固有频率，使悬臂结构的振动频率段与车辆振动的频率段相一致，最大限度地将车辆振动所产生的机械能转化为电能，转换效率高。

附图说明

图1是本实用新型的结构示意图；

图2是作为钝体物块的箱体结构示意图之一；

图3是作为钝体物块的箱体结构示意图之二；

图4是箱体迎风面的风向和所产生的漩涡示意图。

具体实施方式

下面结合实施例及附图对本实用新型作进一步详细的描述，但本实用新型的实施方式不限于此。

实施例

本实施例以共享单车为例进行说明，其他车辆的实施例也与此相类似。参见图1，本基于涡激振动的车载风能发电装置的电路中，包括作为钝体物块的箱体、光敏开关、遥控开关、控制模块、用电设备和充电电池。本实施例中，控制模块采用单片机，用电设备包括LED灯。遥控开关设置在单片机内，单片机分别与箱体、用电设备、充电电池连接，光敏开关、LED灯和充电电池串联连接。

如图2、3，箱体内设有一组表面贴有压电片的悬臂结构1，悬臂结构包括压电片11、悬臂梁或悬臂板12，以及设置在悬臂梁或悬臂板末端的摆动片13，压电片11贴在悬臂梁或悬臂板12表面。悬臂结构固定在箱体的一侧面内，箱体中用于固定悬臂结构的面为迎风面3，箱体迎风面的两侧面开设有洞口2；吹到迎风面的来风5，将在箱体迎风的两侧面产生交替脱落的漩涡4，如图4所示；在交替脱落漩涡的作用下，箱体内的悬臂结构产生振动，压电片将振动产生的机械能转化为电能，在控制模块的控制下输出至用电设备或充电电池。为了减少相邻悬臂梁或悬臂板上的摆动片之间的相互影响，悬臂结构设有多个悬臂梁或悬臂板，多个悬臂梁或悬臂板的高度呈倒抛物线设置，即位于中间的悬臂梁或悬臂板的高度最高，往箱体迎风面的两侧面的洞口方向，悬臂梁或悬臂板的高度递减。

箱体上的涡激来源：当单车前进时，即便外界处于无风环境，单车也会与大气产生相对运动，进而车体受到风荷载作用；在单车适当位置(如车把上部)安装前述箱体作为钝体物块，则在箱体迎风面的两侧面将产生交替脱落的漩涡。这些规则脱落的漩涡会在沿该物块侧面的法线方向产生相对规则的周期荷载，荷载的周期(或漩涡脱落周期)主要与钝体物块的特征尺寸及自行车与空气的相对速度有关。通过在钝体物块安置一组表面贴有压电片的悬臂梁(或悬臂板)系统，上述因漩涡脱落产生的周期荷载将驱动该悬臂梁系统产生振动，而悬臂梁(板)表面的压电片会把系统振动对应的机械能转化为电能。

由于涡激脱落在迎风面附近数量最多，于是在外围迎风面的两侧面设置局部洞口的箱体内设置了可以感受左右方向来风的摆动片。当摆动片被风吹得左右摆动，将会带动压电片变形，摆动片上的压电片将会产生电流；所产生的电流将通过压电片上的电线流入电路。将摆动片截面设计更大，可以增加风对其摆动的作用力；本实施例将摆动片设置为方形，还可以将摆动片设计成其他增大迎风面的形状。这些摆动片在没有风的作用下，也可以跟随单车的振动发电。

根据斯特劳哈尔数St＝L×f/v，其中L为箱体的迎风面边长；f为旋涡脱落一个完整的频率，即涡激脱落频率；v为来流速度，即单车与风的相对运动速度。当钝体物块确定时，根据典型截面的斯托洛哈数列表可以查得当正方形截面受到垂直迎风面的来流，斯特劳哈尔数就确定了，St＝0.12。L为定值，v一般约为4米每秒。因此用斯特劳哈尔数的公式，可以反推出f的范围。根据涡激脱落频率，再设计摆动片的厚度或长度不同，或在摆动片的末端加不同的重块，使得摆动片的固有频率与涡激脱落频率基本一致，以达到共振目的，使旋涡振动的利用率最大化。

因为风速越大，涡激脱落越多，引发的摆动片摆动越多。惯性和动态平衡产生的振动也会引发摆动片振动。这两种引发振动的原因都有频率段，若这两种频率段几乎重叠，则摆动片的振动与摆动都会增大。根据动态平衡的需要，求出振动的频率段f1～f2，再通过优化盒子的大小，来优化涡激脱落频率，使涡激脱落引发的摆动片摆动频率大致处于f1～f2之间，以使摆动片摆动更多，从而发电量更大。可根据需要将摆动片设置为多层。

由于箱体迎风面的两侧没有外壁，为防止下雨天的雨水飘进箱体并积聚在箱体中，可以在箱体的底面外壁(即与迎风面相对的底面)上设置一些漏水小孔，有利于将箱体中的雨水排出。

本实施例的替代方案为：用骑车时产生的涡激脱落，在车上放置一个内部有风压感应发电装置的小盒子，当手机扫描启动单车，并且在黑暗中，单车骑动的同时发电并供给车灯。其中配有充电电池，将多余的电储存，并供应电子锁。

上述实施例为本实用新型较佳的实施方式，但本实用新型的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本实用新型的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种基于涡激振动的车载风能发电装置，其特征在于，包括作为钝体物块的箱体，箱体内设有一组表面贴有压电片的悬臂结构；悬臂结构包括压电片、多个悬臂梁或悬臂板，以及设置在悬臂梁或悬臂板末端的摆动片，压电片贴在悬臂梁或悬臂板表面；悬臂结构固定在箱体的一侧面内，箱体中用于固定悬臂结构的面为迎风面，箱体迎风面的两侧面开设有洞口，在箱体迎风面的两侧面将产生交替脱落的漩涡；在交替脱落漩涡的作用下，箱体内的悬臂结构产生振动，压电片将振动产生的机械能转化为电能。

2.根据权利要求1所述的基于涡激振动的车载风能发电装置，其特征在于，所述悬臂结构的多个悬臂梁或悬臂板的高度呈倒抛物线设置。

3.根据权利要求1所述的基于涡激振动的车载风能发电装置，其特征在于，所述设置在悬臂梁或悬臂板末端的摆动片具有不同的固有频率。

4.根据权利要求3所述的基于涡激振动的车载风能发电装置，其特征在于，所述摆动片的厚度或长度不同，或在摆动片的末端加不同的重块。

5.根据权利要求1所述的基于涡激振动的车载风能发电装置，其特征在于，所述摆动片为方形。

6.根据权利要求1所述的基于涡激振动的车载风能发电装置，其特征在于，所述摆动片设置为多层。

7.根据权利要求1所述的基于涡激振动的车载风能发电装置，其特征在于，所述箱体的底面上设置漏水孔，箱体的底面与箱体迎风面相对。

8.根据权利要求1所述的基于涡激振动的车载风能发电装置，其特征在于，所述基于涡激振动的车载风能发电装置还包括控制模块、用电设备和充电电池；控制模块分别与箱体、用电设备、充电电池连接；所述电能在控制模块的控制下输出至用电设备或充电电池。

9.根据权利要求8所述的基于涡激振动的车载风能发电装置，其特征在于，所述控制模块采用单片机，用电设备包括LED灯。

10.根据权利要求8所述的基于涡激振动的车载风能发电装置，其特征在于，所述基于涡激振动的车载风能发电装置还包括光敏开关、遥控开关，遥控开关设置在控制模块内，控制模块分别与箱体、用电设备、充电电池连接，光敏开关、用电设备和充电电池串联连接。