特許 7083546 渦励共振複合発電装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2022-06-03

(45)【発行日】2022-06-13

(54)【発明の名称】渦励共振複合発電装置

(51)【国際特許分類】

   H02N 2/18 20060101AFI20220606BHJP

   H02K 35/02 20060101ALI20220606BHJP

【ＦＩ】

H02N2/18

H02K35/02

【請求項の数】 7

(21)【出願番号】P 2021150697

(22)【出願日】2021-09-16

(65)【公開番号】P2022058210

(43)【公開日】2022-04-11

【審査請求日】2021-09-16

(31)【優先権主張番号】202011062561.6

(32)【優先日】2020-09-30

(33)【優先権主張国・地域又は機関】CN

【早期審査対象出願】

(73)【特許権者】

【識別番号】519295166

【氏名又は名称】▲広▼州大学

(74)【代理人】

【識別番号】110000291

【氏名又は名称】弁理士法人コスモス国際特許商標事務所

(72)【発明者】

【氏名】何 運成

(72)【発明者】

【氏名】黄 斌聡

(72)【発明者】

【氏名】傳 継陽

【審査官】尾家 英樹

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１１－１５２００４（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２０１６／１８１６０３（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開２００３－２８６９６０（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００６－２２６２２１（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０２Ｎ ２／１８

Ｈ０２Ｋ ３５／０２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

台座と、
前記台座に垂直に配置された支持ロッドと、
前記支持ロッドに搭載され、底板と、前記底板両側に配置された側板とを含む筐体と、
前記底板に垂直に配置された垂直構造と、前記側板に突出配置された横方向構造とを含み、前記垂直構造及び前記横方向構造の両方が可撓性材質であり、且つ前記垂直構造及び前記横方向構造の両方には圧電アセンブリが設けられる振動組立体と、
誘導部材と磁気部材とを含み、前記磁気部材は前記垂直構造に設けられ、前記垂直構造は振動して前記磁気部材を運動させ、前記誘導部材は前記磁気部材の運動経路に設けられ、前記磁気部材は前記誘導部材と感応が発生する電磁誘導部品と、
前記圧電アセンブリと電磁誘導部品とにそれぞれ接続されている電気量収集モジュールとを含み、
前記垂直構造と前記横方向構造は複数組が設けられており、一つの前記垂直構造には、２組の前記磁気部材と２組の前記誘導部材が対応して設けられており、２組の前記磁気部材は、それぞれ前記垂直構造の両側面に位置されており、２組の前記誘導部材は、それぞれ二枚の前記側板に位置されており、前記誘導部材は、前記横方向構造と上下間隔になっており、
前記磁気部材は磁石であり、前記誘導部材は中空管路及び前記中空管路外に設けられた誘導コイルからなり、前記磁石の中心は前記誘導コイルの円心、前記中空管路の中心軸線と同一の水平線上にあり、
異なる前記垂直構造における磁石の寸法は、いずれも異なる、ことを特徴とする渦励共振複合発電装置。

【請求項2】

各前記垂直構造は互いに間隔になっており、各前記垂直構造は前記底板の中部位置に排列されており、各前記横方向構造は２組に分けられており、各前記横方向構造は二枚の前記側板にそれぞれ設けられており、各前記横方向構造は列をなす各前記垂直構造に対して対称に配置されている、ことを特徴とする請求項１に記載の渦励共振複合発電装置。

【請求項3】

二枚前記側板上の各前記横方向構造は、いずれも水平方向に沿って順次配置されている、ことを特徴とする請求項２に記載の渦励共振複合発電装置。

【請求項4】

前記垂直構造の中心線と垂直構造両側に位置する前記横方向構造の中心線は、同一の平面にある、ことを特徴とする請求項３に記載の渦励共振複合発電装置。

【請求項5】

一つの前記垂直構造と垂直構造両側に位置する前記横方向構造とで１組を構成し、同組の前記垂直構造の長さと前記横方向構造の長さは、同じであり、異なる組の前記垂直構造の長さと前記横方向構造の長さは、互いに異なる、ことを特徴とする請求項４に記載の渦励共振複合発電装置。

【請求項6】

前記支持ロッドは、前記台座に回転可能に配置されており、且つ前記支持ロッドは、伸縮可能な構造である、ことを特徴とする請求項１に記載の渦励共振複合発電装置。

【請求項7】

前記支持ロッドの側壁には、ガイド盤が設けられている、ことを特徴とする請求項６に記載の渦励共振複合発電装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、エネルギー収集装置技術分野に関し、特に渦励共振複合発電装置に関する。

【背景技術】

【0002】

自然界には、豊富な風力エネルギーが埋蔵されており、空気流が構造表面を旋回通過すると、構造両側の背後後流に交互に離脱する渦巻が生じ、構造表面の圧力を周期的に変化させることによって、構造上に周期的渦励起力を発生させ、構造に渦励起振動を発生させる。渦巻の離脱振動数は、構造の形状、特徴寸法及び風速と関係があり、風速がある適切な値に達すると、渦励起力又はモーメントの振動数は、構造のある固有振動数に近くなり、それによって、構造の渦励起振動を励起する。一旦、構造が共振し始めると、構造の振動幅が著しく増大し、且つ構造運動と気流との間に、激しい相互作用、即ち、ガス弾効果が生じる場合がある。これらのガス弾効果は、一定の風速範囲内で渦巻の離脱振動数が風速によって変化しなくなり、即ち、渦励共振振動数ロック現象を発生させる。渦励共振とその振動数ロック現象を合理的にすれば、風力エネルギーの収集効率を高め、相応な経済と社会効益を産生することができる。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0003】

本発明は、従来技術に存在する技術的課題の一つを少なくとも解決することを目的とする。そのために、本発明は、圧電及び磁電気の複合発電方式により、エネルギー収集効益を向上させる渦励共振複合発電装置を提供する。

【課題を解決するための手段】

【0004】

第一の方面の実施例によれば、本発明は、台座と、台座に垂直に配置された支持ロッドと、支持ロッドに搭載され、底板と、底板両側に配置された側板とを含む筐体と、底板に垂直に配置された垂直構造と、側板に突出配置された横方向構造とを含み、垂直構造及び横方向構造の両方が可撓性材質であり、且つ垂直構造及び横方向構造の両方には圧電アセンブリが設けられる振動組立体と、誘導部材と磁気部材とを含み、磁気部材は垂直構造に設けられ、垂直構造は振動して磁気部材を運動させ、誘導部材は磁気部材の運動経路に設けられ、磁気部材は誘導部材と感応が発生する電磁誘導部品と、圧電アセンブリと電磁誘導部品とにそれぞれ接続されている電気量収集モジュールとを含む渦励共振複合発電装置を提供する。

【発明の効果】

【0005】

本発明は、以下の有益な効果を有する。

【0006】

この渦励共振複合発電装置は、振動組立体を介して外部の風力エネルギーを感じ、渦励共振に伴う高周波と大幅振動特徴を利用して、垂直構造と横方向構造の揺動振動数及び振幅を大幅に向上させ、発電収益性を高めるとともに、垂直構造の振動を利用して、磁気部材と誘導部材との相対移動関係を駆動させ、電磁気誘導原理に基づいて電気エネルギーを発生させ、圧電と磁電気との複合方式を組み合わせることにより、発電収益性をさらに高める。

【0007】

本発明の第一の方面の実施例に係る渦励共振複合発電装置によれば、垂直構造と横方向構造は複数組が設けられており、各垂直構造は互いに間隔になっており、各垂直構造は底板の中部位置に排列されており、各横方向構造は２組に分けられており、各横方向構造は二枚の側板にそれぞれ設けられており、各横方向構造は列をなす各垂直構造に対して対称に配置されている。

【0008】

本発明の第一の方面の実施例に係る渦励共振複合発電装置によれば、二枚側板上の各横方向構造は、いずれも水平方向に沿って順次配置されている。

【0009】

本発明の第一の方面の実施例に係る渦励共振複合発電装置によれば、垂直構造の中心線と垂直構造両側に位置する横方向構造の中心線は、同一の平面にある。

【0010】

本発明の第一の方面の実施例に係る渦励共振複合発電装置によれば、一つの垂直構造と垂直構造両側に位置する横方向構造とで１組を構成し、同組の垂直構造の長さと横方向構造の長さは、同じであり、異なる組の垂直構造の長さと横方向構造の長さは、互いに異なる。

【0011】

本発明の第一の方面の実施例に係る渦励共振複合発電装置によれば、一つの垂直構造には、２組の磁気部材と２組の誘導部材が対応して設けられており、２組の磁気部材は、それぞれ垂直構造の両側面に位置されており、２組の誘導部材は、それぞれ二枚の側板に位置されており、誘導部材は、横方向構造と上下間隔になっている。

【0012】

本発明の第一の方面の実施例に係る渦励共振複合発電装置によれば、磁気部材は磁石であり、誘導部材は中空管路及び中空管路外に設けられた誘導コイルからなり、磁石の中心は誘導コイルの円心、中空管路の中心軸線と同一の水平線上にある。

【0013】

本発明の第一の方面の実施例に係る渦励共振複合発電装置によれば、異なる垂直構造における磁石の寸法は、いずれも異なる。

【0014】

本発明の第一の方面の実施例に係る渦励共振複合発電装置によれば、支持ロッドは、台座に回転可能に配置されており、且つ支持ロッドは、伸縮可能な構造である。

【0015】

本発明の第一の方面の実施例に係る渦励共振複合発電装置によれば、支持ロッドの側壁には、ガイド盤が設けられている。

【0016】

本発明の実施例における技術案をより明瞭に説明するために、以下は、実施例の記述において使用される必要がある添付図面を簡単に紹介する。自明なことに、以下の記述における添付図面は、ただ本発明に記載されるいくつかの実施例に過ぎず、すべての実施例ではない。当業者にとって、創造的な労力を払わない前提で、それらの添付図面に基づき、他の添付図面を取得することもできる。

【図面の簡単な説明】

【0017】

【図1】本発明の実施例の構造概略図である。

【図2】本発明の実施例における垂直構造の構造概略図である。

【発明を実施するための形態】

【0018】

本部分は、本発明の具体的な実施例を詳細に説明する。本発明の好適な実施例が図面に示され、図面の作用は、本発明の各技術的特徴及び全体的な技術案を直感的かつ具体的に理解できるように、明細書の文字記述部分の説明を図形で補充することであるが、本発明の保護範囲を限定するものとして解釈されるべきではない。

【0019】

本発明の説明において、理解すべきことは、方位説明に関する用語、例えば、「上」、「下」、「前」、「後」、「左」、「右」などのような用語により示される方位又は位置関係は、図面に示される方位又は位置関係に基づくものであり、本発明の説明の便利化及び説明の簡単化のためのものに過ぎず、示される装置又は要素が特定の方位を有したり、特定の方位で構成又は操作されたりすることを指示又は示唆するものではなく、このため、本発明を限定するものものとして解釈されるべきではない。

【0020】

本発明の説明において、若干の意味は一つ又は複数であり、複数の意味は、二つ以上であり、「より大きい」、「より小さい」、「超える」などはその数を含まなく、以上、以下、以内などはその数を含む。「第一の」、「第二の」という用語は、技術的な特徴を区別するためのものであり、相対的な重要性を指示する又は示唆するか、又は、指示された技術的な特徴の数を特定するか、又は指示された技術的な特徴の前後関係を特定するものとして解釈されるべきではない。

【0021】

本発明の説明において、明確に限定しない限り、「配置」、「取付」、「接続」などの用語は、広義で理解すべきであり、当業者であれば、技術案の具体的な内容に応じて上記用語の本発明における具体的な意味を理解し得る。

【0022】

図１～図２を参照して、渦励共振複合発電装置であって、台座１０と、台座１０に垂直に配置され、好ましく台座１０の中心部に配置される支持ロッド１１と、支持ロッド１１に搭載され、底板２１と、底板２１両側に配置された側板２２とを含む筐体であって、底板２１と両側の側板２２は、「Ｕ」字形構造部材を構成する筐体と、底板２１に垂直に配置された垂直構造３１と、側板２２に突出配置された横方向構造３２とを含み、垂直構造３１及び横方向構造３２の両方が可撓性材質であり、風力の影響を受けると、振動が発生することができ、且つ垂直構造３１及び横方向構造３２の両方には圧電アセンブリ４３が設けられ、圧電アセンブリ４３は、機械エネルギーを電気エネルギーに変換することができる振動組立体と、誘導部材４２と磁気部材４１とを含み、磁気部材４１は垂直構造３１に設けられ、垂直構造３１は振動して磁気部材４１を運動させ、誘導部材４２は磁気部材４１の運動経路に設けられ、磁気部材４１は誘導部材４２と感応が発生する電磁誘導部品４２と、圧電アセンブリ４３と電磁誘導部品４２とにそれぞれ接続されている電気量収集モジュールとを含む。この渦励共振複合発電装置は、振動組立体を介して外部の風力エネルギーを感じ、渦励共振に伴う高周波と大幅振動特徴を利用して、垂直構造３１と横方向構造３２の揺動振動数及び振幅を大幅に向上させ、発電収益性を高めるとともに、垂直構造３１の振動を利用して、磁気部材４１と誘導部材４２との相対移動関係を駆動させ、電磁気誘導原理に基づいて電気エネルギーを発生させ、圧電と磁電気との複合方式を組み合わせることにより、発電収益性をさらに高める。

【0023】

本実施例では、垂直構造３１と横方向構造３２は複数組が設けられており、各垂直構造３１は互いに間隔になっており、好ましくは、互いに間隔相等であり、各垂直構造３１は底板２１の中部位置に排列されており、各横方向構造３２は２組に分けられており、各横方向構造３２は二枚の側板２２にそれぞれ設けられており、各横方向構造３２は列をなす各垂直構造３１に対して対称に配置されている。

【0024】

好ましくは、各垂直構造３１と各横方向構造を組み分けしてもよく、一つの垂直構造３１と垂直構造３１両側に位置する横方向構造３２とで１組を構成し、同組の垂直構造３１の長さと横方向構造３２の長さは、同じであり、異なる組の垂直構造３１の長さと横方向構造３２の長さは、互いに異なる。それによって、異なる組の垂直構造３１と横方向構造３２が異なる固有振動数を有するように、より大きな共振振動数帯域を構成し、渦励共振を発生させる風速範囲を広げる。

【0025】

好ましくは、二枚側板２２上の各横方向構造３２は、いずれも水平方向に沿って順次配置されている。垂直構造３１の中心線と垂直構造３１両側に位置する横方向構造３２の中心線は、同一の平面にあり、発生する渦励共振を十分に利用できるように、設計が合理的であることを保証する。

【0026】

本実施例では、一つの垂直構造３１には、２組の磁気部材４１と２組の誘導部材４２が対応して設けられており、２組の磁気部材４１は、それぞれ垂直構造３１の両側面に位置されており、２組の誘導部材４２は、それぞれ二枚の側板２２に位置されており、誘導部材４２は、横方向構造３２と上下間隔になっており、垂直構造３１が左右揺れ時に、消費されるエネルギーを十分に収集することができることを保証する。

【0027】

好ましくは、磁気部材４１は磁石であり、誘導部材４２は中空管路及び中空管路外に設けられた誘導コイルからなり、磁石の中心は誘導コイルの円心、中空管路の中心軸線と同一の水平線上にある。

【0028】

好ましくは、同一の垂直構造３１上の二つの磁石のパラメータは、同じであり、異なる垂直構造３１における磁石の寸法は、いずれも異なる。中空管路及び誘導コイルの寸法は、異なる垂直構造３１が異なる固有振動数を有するように、各磁石と配合し、異なる誘導コイルが相応な磁石にマッチングし、可能な限り多くの電気エネルギーを生成することができるようにする。

【0029】

本実施例では、支持ロッド１１は、台座１０に回転可能に配置されており、且つ支持ロッド１１は、伸縮可能な構造である。支持ロッド１１を回転調整することにより、風を受けることをより良くさせ、且つ風力の大きさに応じて、支持ロッド１１の高さをタイムリーに調整し、筐体の安定且つ風力エネルギーをより良く受けることを保証することができる。

【0030】

本実施例では、支持ロッド１１の側壁には、ガイド盤１２が設けられている。ガイド盤１２は、円弧状の薄板構造であり、ガイド盤１２の板平面と両側板２２の板平面は平行となる。

【0031】

具体的には、支持ロッド１１を回転させて筐体を一緒に回転させることにより、ガイド盤１２のガイド作用により、支持ロッド１１の回転は、常にガイド盤１２を風に当たる方向に対して垂直にし、空気流を振動組立体に直接作用するとともに、横方向構造３２と垂直構造３１の両側に渦巻の離脱を発生させることができる。

【0032】

本実施例では、圧電アセンブリ４３は、圧電セラミック又は圧電ポリマーであってもよく、圧電材料は、横方向構造３２と垂直構造３１の片面に配置されていてもよいし、両面に配置されていてもよい。

【0033】

本実施例では、横方向構造３２と垂直構造３１は、いずれも板状構造であり、そのうち、垂直構造３１の正面は、側板２２に平行であり、横方向構造３２の正面は、底板２１に平行である。

【0034】

この渦励共振複合発電装置は、一定の広々とした所に垂直に取り付けられており、周囲環境に風がある場合、ガイド盤１２の作用下で、筐体が台座１０の中心軸線周りに回転し、ガイド盤１２を空気流の方向に垂直になる。この時、筐体に空気が流れ、且つ横方向構造３２と垂直構造３１の両側に交互の渦巻の離脱が生じる。このようにして生じる渦励起力は、横方向構造３２と垂直構造３１の表面に作用することによって、横方向構造３２と垂直構造３１が強制振動を発生し始め、空気流の風速が一定範囲に達すると、空気力を発生させ、空気力の作用下で、横方向構造３２と垂直構造３１は自励振動を発生させ、渦巻の離脱の振動数が横方向構造３２と垂直構造３１の固有振動数と一致すると、より大幅の渦励共振現象が生じる。横方向構造３２と垂直構造３１は、外力の励起を受けて振動すると、圧電アセンブリ４３の圧電効果により、横方向構造３２と垂直構造３１の根元に貼り付けられた圧電アセンブリ４３が一部の振動エネルギーを電気エネルギーに変換し、この電気エネルギーは、整流電圧安定化を経た後、電気量収集モジュールに蓄積されることができる。垂直構造３１に振動が発生すると、その頂部両側の磁石を、誘導コイルに入る・離れることを交互に繰り返すことによって、誘導コイルを通過する磁束を変化させるとともに、誘導電流が生じ、この電気エネルギーは、整流電圧安定化を経た後、電気量収集モジュールに蓄積されることができる。

【0035】

以上は、図面を結び付けながら、本発明の実施例について詳細に説明したが、本発明は、上記実施例に限定されるものではない。本発明が属する技術分野において通常の知識を有する者は、本発明の趣旨を逸脱することなく、本発明に対する様々な変形例を作り出すことができる。

【図1】

【図2】