本發(fā)明屬于風(fēng)力發(fā)電技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種高速車輛風(fēng)力發(fā)電裝置。

背景技術(shù)：

高速車輛在行駛過程中可能會遭遇停電的緊急情況,這會影響車內(nèi)照明等用電設(shè)備的正常使用，從而影響車輛的正常運行。并且一般的高速車輛上也缺乏充電設(shè)備，乘客不能給手機(jī)等用電設(shè)備及時充電，影響了乘客的出行體驗?？偹苤L(fēng)能可以轉(zhuǎn)換為電能，而車輛在高速行駛過程中會產(chǎn)生高速空氣流，如何利用產(chǎn)生的空氣流轉(zhuǎn)換成車輛內(nèi)用電設(shè)備所需的電源成為了一個具有發(fā)展前景的研究課題。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

為了及時上述存在的技術(shù)問題，本發(fā)明提出了一種高速車輛風(fēng)力發(fā)電裝置，其環(huán)保節(jié)能，產(chǎn)生的電能可以作用高速車輛的應(yīng)急電源使用。

本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：

一種高速車輛風(fēng)力發(fā)電裝置，包括通風(fēng)管道、發(fā)電機(jī)構(gòu)和儲能裝置，所述發(fā)電機(jī)構(gòu)包括若干發(fā)電單元，若干所述發(fā)電單元均勻軸向分布在所述通風(fēng)管道內(nèi)；所述通風(fēng)管道安裝在車輛頂部，其進(jìn)風(fēng)口正對著車輛行駛的方向；所述發(fā)電單元包括三角柱形旋渦發(fā)生體、桅桿和應(yīng)變片；所述三角柱形旋渦發(fā)生體的迎流面垂直于所述通風(fēng)管道的中軸線，所述桅桿固定在所述三角柱形旋渦發(fā)生體的后方，所述應(yīng)變片貼附于所述桅桿的上下表面，所述應(yīng)變片通過導(dǎo)線與車廂內(nèi)的儲能裝置連接，所述儲能裝置用于為車廂內(nèi)的用電設(shè)備提供應(yīng)急電源。

較佳的，所述桅桿為水平布置的框形結(jié)構(gòu)，其一邊通過焊接固定在所述三角柱形旋渦發(fā)生體的后端。

較佳的，所述應(yīng)變片為金屬絲應(yīng)變片，兩片所述金屬絲應(yīng)變片分別覆蓋在所述桅桿的頂部開口和底部開口上。

較佳的，所述桅桿由非導(dǎo)磁的金屬材料制成。

較佳的，所述桅桿的厚度為2mm，所述金屬絲應(yīng)變片的厚度為1mm。

較佳的，所述通風(fēng)管道由碳纖維或復(fù)合玻璃纖維材料制成。

較佳的，所述三角柱形旋渦發(fā)生體由不銹鋼材料制成。

較佳的，所述通風(fēng)管道的進(jìn)風(fēng)口為喇叭口狀。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益技術(shù)效果在于：

本發(fā)明設(shè)置通風(fēng)管道，其進(jìn)風(fēng)口為喇叭口狀，有利于收集更多風(fēng)能，提高設(shè)備的發(fā)電功率；本發(fā)明采用三角柱形旋轉(zhuǎn)發(fā)生體和應(yīng)變片，高速氣流通過通風(fēng)管道，在三角柱形旋渦發(fā)生體兩側(cè)產(chǎn)生卡曼渦街，卡曼渦街氣流流過時，桅桿高頻率上下擺動，使桅桿上下兩個應(yīng)變片高頻反復(fù)形變，應(yīng)變片通過壓電原理產(chǎn)生不斷變化的電流，最后所有應(yīng)變片上產(chǎn)生的電流匯總到儲能裝置中，從而能夠為車輛的用電設(shè)備供電；本發(fā)明采用的發(fā)電裝置結(jié)構(gòu)簡單、安裝方便、維護(hù)費用低，為高速車輛上的電能來源提供了新的途徑。

附圖說明

圖1為本發(fā)明一實施例的一種高速車輛風(fēng)力發(fā)電裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本發(fā)明一實施例的發(fā)電單元的側(cè)視圖；

圖3為本發(fā)明一實施例的發(fā)電單元的后視圖；

圖4為本發(fā)明一實施例的通風(fēng)管道的側(cè)視圖；

圖5為本發(fā)明一實施例的通風(fēng)管道的后視圖。

圖中，10-通風(fēng)管道；20-三角柱形旋渦發(fā)生體；30-桅桿；40-應(yīng)變片；11-進(jìn)風(fēng)口。

具體實施方式

為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點更加清楚，下面將結(jié)合附圖對本發(fā)明的各實施方式進(jìn)行詳細(xì)的闡述。

請綜合參考圖1至圖5，一種高速車輛風(fēng)力發(fā)電裝置，包括通風(fēng)管道10、發(fā)電機(jī)構(gòu)和儲能裝置，發(fā)電機(jī)構(gòu)包括若干發(fā)電單元，若干發(fā)電單元均勻軸向分布在通風(fēng)管道10內(nèi)，而通風(fēng)管道10安裝在車輛頂部，其進(jìn)風(fēng)口11正對著車輛行駛的方向。車輛高速行駛過程中產(chǎn)生高速空氣流，高速空氣流從通風(fēng)管道10的進(jìn)風(fēng)口11進(jìn)入通風(fēng)管道10并依次流經(jīng)若干發(fā)電單元，發(fā)電單元將風(fēng)能轉(zhuǎn)化為電能，若干發(fā)電單元產(chǎn)生的電能被匯總存儲在車廂內(nèi)的儲能裝置中，儲能裝置作為高速車輛的應(yīng)急電源使用。

發(fā)電單元包括三角柱形旋渦發(fā)生體20、桅桿30和應(yīng)變片40，三角柱形旋渦發(fā)生體20的迎流面垂直于通風(fēng)管道10的中軸線，桅桿30固定在三角柱形旋渦發(fā)生體20的后方，桅桿30的上下表面均貼附有應(yīng)變片40，應(yīng)變片40通過導(dǎo)線與車廂內(nèi)的儲能裝置連接。空氣流經(jīng)過三角柱形旋渦發(fā)生體20的迎流面后在三角柱形旋渦發(fā)生體20的兩側(cè)交替產(chǎn)生旋渦，且在脫離后形成旋渦尾流，這種現(xiàn)象稱為卡曼渦街?？鼫u街的旋渦以一定的頻率產(chǎn)生、脫離和逸散，三角柱形旋渦發(fā)生體20的兩側(cè)的壓強(qiáng)也以相同的頻率發(fā)生周期性變化，當(dāng)旋渦脫落頻率等于三角柱形旋渦發(fā)生體20的某一振型的自振頻率時，三角柱形旋渦發(fā)生體20就會發(fā)生激烈的振動，從而會誘導(dǎo)位于三角柱形旋渦發(fā)生體20后方的桅桿30高頻率地上下擺動，而貼附在桅桿30上下表面的應(yīng)變片40也會產(chǎn)生高頻震動，由壓電效應(yīng)可知，這時應(yīng)變片40會產(chǎn)生高頻電流，再由與應(yīng)變片40連接的導(dǎo)線把高頻電流傳入到車輛內(nèi)的儲能裝置中，供車輛內(nèi)的用電設(shè)備使用。

設(shè)旋渦的發(fā)生頻率為f，安裝有通風(fēng)管道10的車輛的平均速度為v，三角柱形旋渦發(fā)生體20的迎面寬度為d，通風(fēng)管道10的通徑為d，根據(jù)卡曼渦街原理，有如下關(guān)系式：

式中，v1為三角柱形發(fā)生體兩側(cè)的平均流速；sr為斯特勞哈爾數(shù)，為無量綱參數(shù)，與三角柱形旋渦發(fā)生體20的形狀有關(guān)；m為三角柱形旋渦發(fā)生體20的兩側(cè)弓形面積與通風(fēng)管道10的橫截面面積之比，其關(guān)系式為：

結(jié)合公式(1)和公式(2)可知，當(dāng)車輛速度v一定時,設(shè)計合適的通風(fēng)管道10的通徑d和三角柱形旋渦發(fā)生體20的迎面寬度d，可以使旋渦的發(fā)生頻率達(dá)到很高。

在本發(fā)明的一個實施例中，桅桿30為水平布置的框形結(jié)構(gòu)，其一邊通過焊接固定在三角柱形旋渦發(fā)生體20的后端。該設(shè)計中，桅桿30為矩形框，可以減輕重量，有利于產(chǎn)生高頻震動。

在本發(fā)明的一個實施例中，兩片應(yīng)變片40分別覆蓋在桅桿30的頂部開口上和底部開口上。該設(shè)計中，應(yīng)變片40隨桅桿30產(chǎn)生高頻震動，應(yīng)變片40因高頻震動產(chǎn)生的高頻電流通過導(dǎo)線存儲到車廂內(nèi)的儲能裝置中，儲能裝置可以為乘客的手機(jī)等電子設(shè)備進(jìn)行充電，也可以為車廂內(nèi)的照明設(shè)備提供應(yīng)急電源。

在本發(fā)明的一個實施例中，桅桿30由非導(dǎo)磁的金屬材料制成，其可以防止桅桿30干擾應(yīng)變片40產(chǎn)生高頻電流，且能與三角柱形旋渦發(fā)生體20穩(wěn)固連接。

在本發(fā)明的一個實施例中，三角柱形旋渦發(fā)生體20由不銹鋼材料制成，其可以有效防止三角柱形旋渦發(fā)生體20因振動而損壞。

在本發(fā)明的一個實施例中，應(yīng)變片40為金屬絲應(yīng)變片，其性能穩(wěn)定，容易貼附在桅桿30的上下表面。

在本發(fā)明的一個實施例中，通風(fēng)管道10由碳纖維或復(fù)合玻璃纖維材料制成，其質(zhì)感輕薄、抗拉，能適用于長期振動的工作環(huán)境，擁有較長的使用壽命。

在本發(fā)明的一個實施例中，通風(fēng)管道10的進(jìn)風(fēng)口11為喇叭口狀，其可以收集更多風(fēng)能，提高設(shè)備的發(fā)電功率。

在本發(fā)明的一個實施例中，通風(fēng)管道10的長度l視車長而定，其通徑d為494mm；喇叭口狀的進(jìn)氣口呈45°傾斜角度，其最大口徑為700mm。

在本發(fā)明的一個實施例中，桅桿30的長*寬*高的尺寸為320mm*300mm*2mm；應(yīng)變片40的長*寬*高的尺寸為280mm*260mm*1mm。該設(shè)計中，桅桿30和應(yīng)變片40的厚度都十分薄，且韌性高，有利于應(yīng)變片40產(chǎn)生高頻震動。

在本發(fā)明的一個實施例中，三角柱形旋渦發(fā)生體20外輪廓兩側(cè)的弧度半徑為247mm，三角柱形旋渦發(fā)生體20的兩側(cè)是有曲率的曲面，且與通風(fēng)管道10配合。

以上所述，僅為本發(fā)明較佳的具體實施方式，但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不局限于此，任何熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本發(fā)明揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，可輕易想到的變化或替換，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。因此，本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)該以權(quán)利要求的保護(hù)范圍為準(zhǔn)。