一体式卡门涡街发电装置

本发明涉及卡门涡街发电装置，具体涉及一种一体式卡门涡街发电装置。

背景技术：

1、海上风电场拥有数量众多的风机塔筒，这些矗立于海中的大型结构物在水流绕流后，其后方会形成卡门涡街效应，当旋涡脱落频率与结构自振频率接近或一致时会产生共振，也即涡激振动（viv）和诱导振动（wiv）。因此，本领域内常利用风机塔筒这一现成的“钝体”，采用涡激振动和诱导振动技术将涡旋能量转化为电能进行卡门涡街发电，形成的卡门涡街发电装置具有结构简单、无转动部件及适应低速水流等优点。

2、然而，现有应用于海上风电场景的卡门涡街发电装置的结构大多是采用独立的上游干扰体与下游发电振子的分体式设计，这不仅增加了制造成本与水下安装难度，且分体式的结构在水流冲击下很容易发生相对位移，影响尾流激励的稳定性与发电效率；同时，现有的卡门涡街发电装置普遍采用单一的压电或电磁转换技术，压电转换对高频小幅振动敏感，而电磁转换适合低频大幅振动，故这种单一的转换方式难以高效覆盖卡门涡街诱导振动的全部频带，导致装置的整体能量利用率偏低，尤其在实际海况为低流速的条件下（通常指流速为0.5～1.5m/s），振子震动的幅度更加微弱，故单一发电方式的输出功率很低，无法满足实际供电需求。

3、因此，如何设计一种与风机塔筒高度集成、并能通过复合能量转换方式高效捕获宽频带振动能量的卡门涡街发电装置是本领域亟需解决的一项技术问题。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种一体式卡门涡街发电装置，以解决现有应用于海上风电场景的卡门涡街发电装置存在的稳定性较差及整体能量利用率偏低的技术问题。

2、本发明为解决上述技术问题所采用的技术方案如下：

3、一种一体式卡门涡街发电装置，包括：

4、固定组件，其一端配合连接于风机塔筒的中下部；

5、移动组件，其滑动连接于所述固定组件的另一端；

6、振子组件，其垂直设置于所述移动组件的底部，所述振子组件能够在卡门涡街效应下产生横向往复振动，以使得所述移动组件相对于所述固定组件作往复运动；

7、压电发电组件，设置于所述振子组件上，所述压电发电组件在振子组件的振动下发生弯曲变形以产生电荷；

8、电磁发电组件，其两端分别与固定组件和移动组件连接，所述电磁发电组件能够在移动组件的带动下对其内部的磁感线进行往复切割以产生感应电流。

9、在一些实施例中，所述电磁发电组件包括壳体、永磁体、切割线圈及连接杆，所述壳体固定于所述固定组件靠近风机塔筒的一端，所述永磁体设置于所述壳体的内部，所述切割线圈也设置于所述壳体内部且与所述永磁体同轴设置，所述切割线圈与所述连接杆的一端固定连接，所述连接杆的另一端伸出所述壳体与所述移动组件固定连接，所述切割线圈通过该连接杆在所述移动组件的带动下对永磁体产生的磁感线进行切割以产生感应电流。

10、在一些实施例中，所述电磁发电组件还包括复位件，所述复位件套设于所述连接杆外部，且所述复位件的两端分别与所述壳体和所述移动组件抵接。

11、在一些实施例中，所述电磁发电组件还包括惯性放大单元，所述惯性放大单元设置于所述壳体的内部，且两端分别与所述切割线圈和所述连接杆固定连接。

12、在一些实施例中，所述惯性放大单元包括铰接杆及质量块，两个所述铰接杆的两端分别与所述切割线圈和所述连接杆铰接，每个所述铰接杆由中间断开，所述质量块分别设置于每个铰接杆的断开处，且质量块的两端与所述铰接杆固定连接。

13、在一些实施例中，所述固定组件包括安装框架、锁紧件及悬臂梁，所述安装框架具有与所述风机塔筒相适配的安装孔，所述安装框架通过该安装孔套设于风机塔筒外部并通过所述锁紧件固定，所述悬臂梁与所述安装框架呈直角布置且一端固定于所述安装框架，所述移动组件滑动连接于所述悬臂梁的另一端。

14、在一些实施例中，所述移动组件包括滑块、固定块及固定梁，所述悬臂梁形成有滑轨，多个所述滑块分别滑动连接于所述滑轨上，每相邻两个滑块之间设置有固定块，且所述固定块通过所述固定梁与滑块固定连接，所述固定块与所述电磁发电组件固定连接。

15、在一些实施例中，所述振子组件包括柱体及传力杆，所述传力杆的数量与所述固定块相对应，所述传力杆的一端垂直固定于对应的固定块的底部，所述传力杆的另一端均固定连接一所述柱体。

16、在一些实施例中，所述柱体的迎流面为圆弧形，所述柱体的背流面为平面。

17、在一些实施例中，所述压电发电组件包括弹性载体及压电片，所述弹性载体的两端分别与所述传力杆和柱体连接，所述压电片粘贴在所述弹性载体的表面。

18、与现有技术相比，本发明的有益效果主要包括：

19、本发明提供的一体式卡门涡街发电装置，是将振子组件、压电发电组件及电磁发电组件集中安装至固定组件上，且固定组件集成于风机塔筒的中下部，如此，与现有分体式设计相比，本发明一体式的结构降低了水下安装难度，且在水流冲击下不容易发生相对位移，提高了整个装置的稳定性，进而提高了发电效率；同时，本发明同时设置有压电发电组件和电磁发电组件，这种复合的发电结构形式能够覆盖卡门涡街诱导振动的全部频带，进而提高了装置的整体能量利用率，满足了实际供电的需求。

1.一种一体式卡门涡街发电装置，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的一体式卡门涡街发电装置，其特征在于，所述电磁发电组件包括壳体、永磁体、切割线圈及连接杆，所述壳体固定于所述固定组件靠近风机塔筒的一端，所述永磁体设置于所述壳体的内部，所述切割线圈也设置于所述壳体内部且与所述永磁体同轴设置，所述切割线圈与所述连接杆的一端固定连接，所述连接杆的另一端伸出所述壳体与所述移动组件固定连接，所述切割线圈通过该连接杆在所述移动组件的带动下对永磁体产生的磁感线进行切割以产生感应电流。

3.根据权利要求2所述的一体式卡门涡街发电装置，其特征在于，所述电磁发电组件还包括复位件，所述复位件套设于所述连接杆外部，且所述复位件的两端分别与所述壳体和所述移动组件抵接。

4.根据权利要求3所述的一体式卡门涡街发电装置，其特征在于，所述电磁发电组件还包括惯性放大单元，所述惯性放大单元设置于所述壳体的内部，且两端分别与所述切割线圈和所述连接杆固定连接。

5.根据权利要求4所述的一体式卡门涡街发电装置，其特征在于，所述惯性放大单元包括铰接杆及质量块，两个所述铰接杆的两端分别与所述切割线圈和所述连接杆铰接，每个所述铰接杆由中间断开，所述质量块分别设置于每个铰接杆的断开处，且质量块的两端与所述铰接杆固定连接。

6.根据权利要求1所述的一体式卡门涡街发电装置，其特征在于，所述固定组件包括安装框架、锁紧件及悬臂梁，所述安装框架具有与所述风机塔筒相适配的安装孔，所述安装框架通过该安装孔套设于风机塔筒外部并通过所述锁紧件固定，所述悬臂梁与所述安装框架呈直角布置且一端固定于所述安装框架，所述移动组件滑动连接于所述悬臂梁的另一端。

7.根据权利要求6所述的一体式卡门涡街发电装置，其特征在于，所述移动组件包括滑块、固定块及固定梁，所述悬臂梁形成有滑轨，多个所述滑块分别滑动连接于所述滑轨上，每相邻两个滑块之间设置有固定块，且所述固定块通过所述固定梁与滑块固定连接，所述固定块与所述电磁发电组件固定连接。

8.根据权利要求7所述的一体式卡门涡街发电装置，其特征在于，所述振子组件包括柱体及传力杆，所述传力杆的数量与所述固定块相对应，所述传力杆的一端垂直固定于对应的固定块的底部，所述传力杆的另一端均固定连接一所述柱体。

9.根据权利要求8所述的一体式卡门涡街发电装置，其特征在于，所述柱体的迎流面为圆弧形，所述柱体的背流面为平面。

10.根据权利要求9所述的一体式卡门涡街发电装置，其特征在于，所述压电发电组件包括弹性载体及压电片，所述弹性载体的两端分别与所述传力杆和柱体连接，所述压电片粘贴在所述弹性载体的表面。