本發(fā)明涉及可再生能源領(lǐng)域，并且更具體地涉及基于流體的運動、根據(jù)在流體中產(chǎn)生的渦流來發(fā)電的領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

由于諸如基于化石燃料的燃燒或核能的能量的不可再生能量的缺點，已經(jīng)做出了重大努力來開發(fā)所謂的可再生能量，在這些可再生能量中發(fā)現(xiàn)了基于使用流體的運動來驅(qū)動發(fā)電機(jī)可再生能量。例如，存在稱為多葉片風(fēng)力發(fā)電機(jī)的裝置，其利用風(fēng)來使發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動。然而，這些在世界范圍內(nèi)取得了巨大成功并且在許多國家中產(chǎn)生所消耗的電能的大部分的風(fēng)力發(fā)電機(jī)通常具有大量的移動部件，其中許多移動部件以轉(zhuǎn)動的方式彼此接觸，由于潤滑劑的消耗、部件磨損等，因此除了其他問題以外，還意味著相對高的維護(hù)成本。在一些情況下，葉片的高速度也可能成問題，因為這些葉片可能影響鳥類的生活。

作為具有旋轉(zhuǎn)式發(fā)電機(jī)的多葉片風(fēng)力發(fā)電機(jī)的替代品，還提出了使用基于使用壓電元件或材料來將機(jī)械能轉(zhuǎn)換成電能的發(fā)電機(jī)。例如，fr-2922607-a1公開了一種發(fā)電機(jī)，在該發(fā)電機(jī)中一種類型的桿被支撐在壓電元件上，使得當(dāng)桿被風(fēng)驅(qū)動或移動時，通過壓電元件將桿的移動轉(zhuǎn)換成電能。

另一方面，cn-201818437-u公開了一種用于為具有低功耗的傳感器和系統(tǒng)供電的發(fā)電機(jī)，該發(fā)電機(jī)也基于具有葉片的轉(zhuǎn)子。轉(zhuǎn)子設(shè)置有與轉(zhuǎn)子一起轉(zhuǎn)動并且與耦合至壓電元件的磁體相互作用的磁體，使得轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動導(dǎo)致對壓力元件的力，從而將轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)換成電能。

jp-2006-158113-a描述了使用附接至磁體的壓電元件將機(jī)械能轉(zhuǎn)換成電能的另一機(jī)構(gòu)。

此外，jp-2006-132397-a描述了用水中的卡門(karman)渦流來使引入水中的耦合至壓電板的柱振動。類似地，jp-2006-226221-a和wo-2012/017106-a1引用了基于卡門渦流的發(fā)電機(jī)。

例如，wo-2012/017106-a1描述了一種由風(fēng)驅(qū)動的發(fā)電機(jī)，該發(fā)電機(jī)具有由具有高機(jī)電耦合的多個元件構(gòu)成的桿，術(shù)語“機(jī)電耦合”包括壓電元件。桿具有有意地將靜止且分層的氣流變換成湍流的部分和構(gòu)造，其中，旋渦或渦流以同步的方式出現(xiàn)在桿的整個長度上。因此，桿承受兩個力，即，與風(fēng)同向的牽引力以及在與垂直于風(fēng)向的方向上產(chǎn)生的升力，升力的方向隨著對應(yīng)于新渦流出現(xiàn)的頻率而改變符號，并且可以使用以下公式來計算：

fv＝s*v/d

其中fv是渦流出現(xiàn)的頻率，v是空氣的速度，d是桿的特征尺寸，例如，在桿具有圓形橫截面的情況下，桿的特征尺寸為桿的直徑。s是斯特勞哈爾(strouhal)無量綱數(shù)。假定空氣的速度隨著高度而增大，則根據(jù)赫爾曼(hellmann)指數(shù)定律，為了實現(xiàn)使渦流的出現(xiàn)同步，wo-2012/017106-a1提出隨著了高度的增大來增大桿的直徑。

wo-2012/017106-a1并沒有詳細(xì)說明如何將桿的移動轉(zhuǎn)換成電能。盡管如此，假設(shè)指示桿本身由具有高機(jī)電耦合的多個元件組成，則應(yīng)當(dāng)理解的是，桿的搖擺使元件變形，從而在受影響元件的表面之間產(chǎn)生功率差動。另一方面，wo-2012/017106-a1提出了通過改變具有高機(jī)電耦合的元件所承受的電壓來主動調(diào)制桿的表觀楊氏模量或表觀彈性模量。

通過引用并入本文的wo-2014/135551-a1公開了基于卡門渦流的發(fā)電機(jī)的其他示例，在這些示例中由壓電系統(tǒng)將桿的振蕩移動轉(zhuǎn)換成電能。該文獻(xiàn)還說明了如何通過向圍繞桿的彈性芯的壓電材料施加電壓來改變桿的振蕩的固有頻率。

這種基于卡門渦流的類型的發(fā)電機(jī)可以在沒有軸承、齒輪和潤滑劑的情況下運行，并且不需要啟動系統(tǒng)。

雖然壓電元件的使用似乎是對下述問題的理想解決方案：將桿調(diào)諧到流體的移動速度例如風(fēng)速的變化，以及將振蕩和非旋轉(zhuǎn)移動比如由卡門渦流自然產(chǎn)生的移動轉(zhuǎn)換成電，但是人們發(fā)現(xiàn)，找到在技術(shù)上和經(jīng)濟(jì)上可行的對于大量壓電材料的使用的替代方案可能是有趣的。

us-2008/0048455-a1描述了基于卡門渦流的發(fā)電機(jī)的另一示例，該示例基于陀螺儀發(fā)電機(jī)的使用。然而，這種類型的機(jī)構(gòu)涉及需要相應(yīng)維護(hù)的旋轉(zhuǎn)式發(fā)電元件。

wo-2012/066550-a1描述了基于使用卡門渦流的另一發(fā)電機(jī)，該發(fā)電機(jī)主動控制渦流形成的頻率以將其調(diào)整為捕捉元件的固有振蕩頻率。

us-2005/0230973-a1公開了另一種基于振動的發(fā)電機(jī)，該發(fā)電機(jī)包括渦流脫落裝置。所描述的實施方式涉及利用從形成中產(chǎn)生的流體的井中能量產(chǎn)生的背景。該文獻(xiàn)公開了用于將振動轉(zhuǎn)換成電力的不同裝置，包括壓電裝置以及與線圈相互作用的磁體。

jp-2012-151985-a和jp-2012-151982-a公開了基于相對于線圈振蕩的磁體的振動式發(fā)電器，并且包括用于改變共振頻率的裝置。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的第一方面涉及一種發(fā)電機(jī)，該發(fā)電機(jī)包括例如呈樁、柱或桿狀的第一部分，第一部分被配置成位于流體例如空氣中，盡管流體還存在其他可能性例如水。該流體可以具有基本上靜止且分層的流，這是風(fēng)中通常存在的特性。第一部分被配置成使得當(dāng)所述流體移動時它以使得升力在第一部分上生成從而產(chǎn)生第一部分的振蕩移動的方式在所述流體中生成渦流，例如，如jp-2006-226221-a、jp-a-2006-132397-a、wo-2012/017106-a1或wo-2014/135551-a1中所述。振蕩移動具有幅度，該幅度以某種方式與風(fēng)速相關(guān)。

此外，發(fā)電機(jī)具有第二部分，該第二部分可以是基本靜態(tài)的，并且至少部分地圍繞第一部分，例如與第一部分的基座對應(yīng)。在本發(fā)明的一些實施方式中，第二部分以其圓周的360度圍繞第一部分，而在本發(fā)明的其他實施方式中，第二部分被布置為僅圍繞第一部分的周界的一個或更多個部分，例如，對應(yīng)于與第一部分的沿直徑相對的兩個區(qū)域。第一部分可以包括基本上剛性的部以及被錨定在基座或錨定點中的另一個基本上撓性且彈性的部，使得給定基本上撓性的部的撓性或彈性，第一部分能夠執(zhí)行相對于錨定點的振蕩或搖擺或擺動運動。第二部分能夠至少部分地與所述基座對應(yīng)地圍繞第一部分，使得當(dāng)?shù)谝徊糠窒鄬τ诨a(chǎn)生振蕩移動時，第一部分(例如第一部分的撓性部)可以交替地傾斜到第二部分的一側(cè)和第二部分的另一側(cè)，逼近第二部分的一側(cè)然后逼近第二部分另一側(cè)。因此，第一部分在振蕩的每半個周期從其中性位置逼近第二部分一次。

根據(jù)本發(fā)明的這個方面，該發(fā)電機(jī)包括用于生成磁場的系統(tǒng)，該磁場在第一部分與第二部分之間產(chǎn)生磁斥力，斥力隨著第一部分的振蕩移動而變化并且具有最大值(即，在振蕩移動的每個半周期中，當(dāng)?shù)谝徊糠值竭_(dá)與第二部分的最靠近的逼近點時發(fā)生一次最大值)，當(dāng)?shù)谝徊糠值恼袷幰苿拥姆仍龃髸r該最大值增大。

因此，當(dāng)振蕩移動的幅度增大時，第一部分與第二部分之間的磁斥力增大，并且當(dāng)振蕩移動的幅度減小時，第一部分與第二部分之間的磁斥力減小。人們觀察到，當(dāng)風(fēng)速增大時，第一部分的振蕩移動的幅度也增大，并且斥力的最大值也增大。隨著風(fēng)速繼續(xù)增大，雖然幅度以下降的速率增長，但是相反地，斥力增大得非?？?因為該增大優(yōu)選地與第一部分和第二部分之間的距離的平方成反比)使得系統(tǒng)能夠?qū)菽艽鎯υ诖朋w中，當(dāng)?shù)谝徊糠滞ㄟ^零彎曲的中性位置時，勢能被完全或者基本上轉(zhuǎn)換成動能(速度)，這使得能夠增大第一部分的固有振蕩頻率。換言之，斥力改變了第一部分的行為，就好像第一部分的楊氏模量或彈性模量是可變的一樣。因此，當(dāng)風(fēng)速增大時，第一部分的固有振蕩頻率也自動增大，反之亦然。由此，實現(xiàn)了隨風(fēng)速變化的第一部分的共振頻率的被動適應(yīng)或被動控制，這可以用作例如在wo-2014/135551-a1中描述的基于向壓電材料施加電壓的主動適應(yīng)的替代或補(bǔ)充。

例如，在不具有用于適應(yīng)共振頻率的系統(tǒng)的呈桿形的第一部分的情況下，當(dāng)風(fēng)速太低時，桿不振蕩。隨著風(fēng)速增大并且它逼近使渦流的出現(xiàn)頻率與該結(jié)構(gòu)的固有振蕩頻率一致的速度，桿的振蕩幅度增大，直到達(dá)到最大值。如果風(fēng)速繼續(xù)增大，則幅度開始減小，因為渦流開始產(chǎn)生得太快，而該結(jié)構(gòu)的固有振蕩頻率保持恒定。最后，桿從足夠高的風(fēng)速停止振蕩。從桿開始振蕩的速度到桿停止振蕩的速度的小的速度范圍被稱為“鎖定”范圍。本發(fā)明的一個效果是，由于對系統(tǒng)的固有振蕩頻率的適應(yīng)，可以加寬鎖定范圍。

在本發(fā)明的一些實施方式中，用于生成磁場的系統(tǒng)包括：與第一部分相關(guān)聯(lián)(例如，附接至)的至少一個第一磁體(例如，一個或更多個環(huán)形磁體，或者例如被布置在第一部分的圓周的優(yōu)選地在直徑上相對的兩個或更多個點處的多個磁體，所述多個磁體在第一部分的一個或更多個高度處形成連續(xù)或不連續(xù)的環(huán))；以及與第二部分相關(guān)聯(lián)(例如，附接至)的至少一個第二磁體(例如，一個或若干個環(huán)形磁體，或者例如被布置在第二部分的圓周的優(yōu)選地在直徑上相對的兩個或更多個點處的多個磁體，所述多個磁體在第二部分的一個或更多個高度處形成連續(xù)或不連續(xù)的環(huán))。所述至少一個第一磁體和所述至少一個第二磁體以使得它們互斥的方式、并且以使得當(dāng)在第一部分中發(fā)生振蕩移動時所述至少一個第一磁體與所述至少一個第二磁體之間的距離根據(jù)所述振蕩移動而變化的方式來布置。由于兩個磁體之間的斥力與磁體之間的距離的平方成反比，因此在第一部分的振蕩期間該力基本上會變化，并且力的最大值極大地取決于振蕩移動的幅度。因此，第一部分的振蕩移動的幅度的變化將對應(yīng)于最大斥力的變化并且因此對應(yīng)于第一部分的固有振蕩頻率的變化。

在本發(fā)明的一些實施方式中，所述至少一個第一磁體包括至少兩個在直徑上相對的部分，并且所述至少一個第二磁體包括面對所述至少一個第一磁體的所述至少兩個在直徑上相對的部分的至少兩個在直徑上相對的部分。以此方式，當(dāng)?shù)谝徊糠值膿u擺或振蕩移動發(fā)生時，第一磁體和第二磁體在第一部分的一側(cè)彼此逼近，同時從直徑相對側(cè)移開，并且在第一部分上產(chǎn)生振蕩力，其符號和幅度根據(jù)磁體之間的距離周期性地變化。

在本發(fā)明的一些實施方式中，所述至少一個第一磁體被配置為至少一個環(huán)，例如被配置成不同高度處的若干個環(huán)，以及/或者所述至少一個第二磁體被配置為至少一個環(huán)，例如被配置成不同高度處的若干個環(huán)。這些環(huán)可以由并置的單個磁體形成。使用呈環(huán)形的磁體例如水平環(huán)，對于發(fā)電機(jī)以相同的方式工作而不管風(fēng)向如何可能是有用的。然而，例如，在風(fēng)(或其他流體)僅在有限范圍的方向上吹(流動)的地方，在第一部分的可預(yù)測的豎直振蕩平面內(nèi)布置有成對的第一磁體和第二磁體可能是足夠的。

在本發(fā)明的一些實施方式中，所述至少一個第一磁體包括被布置在發(fā)電機(jī)的基座上方的不同高度處的多個第一磁體，并且所述至少一個第二磁體包括被布置在發(fā)電機(jī)的基座上方的不同高度處的多個第二磁體。

通過選擇磁體的尺寸和強(qiáng)度、磁體的數(shù)目和磁體在豎直方向上的行數(shù)以及磁體的位置，可以設(shè)定與第一部分相關(guān)聯(lián)的磁體和與第二部分相關(guān)聯(lián)的磁體之間的相互作用，該相互作用用于使第一部分的固有頻率以可能的對得最準(zhǔn)的方式隨渦流的出現(xiàn)頻率而變化，渦流的出現(xiàn)頻率又根據(jù)流體(例如，空氣)與第一部分之間的相對速度而變化。

在一些實施方式中，所述至少一個第一磁體包括彼此基本上相鄰地布置的第一多個磁體，所述彼此相鄰地布置即例如在水平面內(nèi)彼此上下布置或并排布置，所述第一多個磁體的極性被布置成(例如，根據(jù)哈爾巴赫(halbach)陣列)使得由所述第一多個磁體產(chǎn)生的磁場在所述磁體的面對所述至少一個第二磁體的一側(cè)比在相對側(cè)強(qiáng)，以及/或者所述至少一個第二磁體包括彼此基本上相鄰地布置的第二多個磁體，所述彼此相鄰地布置即例如彼此上下布置或并排布置，所述第二多個磁體的極性被布置成(例如，根據(jù)哈爾巴赫陣列)使得由所述第二多個磁體產(chǎn)生的磁場在面對所述至少一個第一磁體的一側(cè)比在相對側(cè)強(qiáng)。該布置用于在如下方面增強(qiáng)磁體的效率：它們貢獻(xiàn)于當(dāng)流體的速度增大時第一部分的共振頻率的增大，反之亦然。也就是說，基本上，當(dāng)以此方式例如遵循哈爾巴赫陣列布局布置磁體時，即，以增強(qiáng)陣列一側(cè)的磁場同時將另一側(cè)的磁場消除到零附近的已知方式來布置磁體時，磁場將在第一磁體和第二磁體彼此面對的一側(cè)最強(qiáng)，并且從而提供磁體的有效使用。

在一些實施方式中，至少一個第一磁體和至少一個第二磁體以相對于第一部分的縱軸例如豎軸傾斜的方式布置。在一些實施方式中，傾斜使得磁體與第一部分的對稱軸或縱軸之間的距離隨著第一部分的底端上方的高度而增大。例如，第一磁體和第二磁體可以被布置成具有截頭圓錐形狀或者至少一個表面成形為截頭圓錐的磁體環(huán)。人們發(fā)現(xiàn)這種傾斜對于引入扭矩是有用的，扭矩可以用于減小或消除第一部分進(jìn)入與其固有振蕩頻率對應(yīng)的共振模式不同的共振模式的趨勢。

在一些實施方式或方面中，第一部分被布置成使得振蕩移動的幅度至少在特定速度范圍內(nèi)或?qū)τ谔囟ㄋ俣确秶噪S著流體的速度而增大，例如隨著增大的風(fēng)速而增大。

如上所述，在本發(fā)明的一些實施方式中，工作原理可以如下：第一磁體或多個磁體與第二磁體或多個磁體之間的斥力與第一磁體/多個磁體與第二磁體/多個磁體之間的距離的平方成反比；當(dāng)流體的速度(例如風(fēng)速)增大時，振蕩移動的幅度趨向于增大，從而在每個振蕩周期的最大逼近的一部分期間磁體趨向于更靠近，從而在每個振蕩周期中在第一磁體/多個磁體與第二磁體/多個磁體之間產(chǎn)生的最大斥力相應(yīng)地增大。斥力的增大使第一部分的共振頻率增大，從而發(fā)電機(jī)的結(jié)構(gòu)貢獻(xiàn)于當(dāng)流體的速度增大時第一部分的共振頻率的自動增大，反之亦然。

本發(fā)明的另一方面涉及一種發(fā)電機(jī)，該發(fā)電機(jī)包括例如呈樁、柱或桿狀的第一部分，第一部分被配置成位于流體例如空氣中，盡管流體還存在其他可能性例如水。該流體可以具有基本上靜態(tài)且分層的流，這是風(fēng)中通常存在的特性。第一部分被配置成使得當(dāng)所述流體移動時它以使得升力在第一部分上生成從而產(chǎn)生第一部分的振蕩移動的方式在所述流體中生成渦流，如例如在jp-2006-226221-a、jp-a-2006-132397-a、wo-2012/017106-a1或wo-2014/135551-a1中所述。

發(fā)電機(jī)還包括至少部分地圍繞第一部分的第二部分。

發(fā)電機(jī)還包括磁體子系統(tǒng)(包括至少一個磁體)和至少一個線圈，并且配置成使得第一部分的振蕩移動產(chǎn)生磁體子系統(tǒng)與所述至少一個線圈之間的相對位移，使得電動勢在所述至少一個線圈中生成。優(yōu)選地，發(fā)電機(jī)包括多個這些線圈，這些線圈優(yōu)選地圍繞第一部分而布置，例如布置成發(fā)電機(jī)的基座上方的一個或更多個水平面上的一個或更多個圓形陣列。因此，第一部分的振蕩移動導(dǎo)致線圈暴露的磁場的變化，從而第一部分的振蕩移動被轉(zhuǎn)換成電能。

在本發(fā)明的一些實施方式中，磁體子系統(tǒng)包括多個磁體，所述多個磁體被布置成使得在振蕩移動期間當(dāng)?shù)谝徊糠衷趶闹行晕恢靡苿拥綐O度傾斜的位置時，所述至少一個線圈經(jīng)歷至少一個磁場極性或方向改變，優(yōu)選地經(jīng)歷多個磁場方向改變，例如三個、四個、五個或更多個磁場極性或方向改變。

在本發(fā)明的一些實施方式中，磁體子系統(tǒng)包括被布置在發(fā)電機(jī)的基座上方的不同高度處的至少兩組磁體，每組磁體包括圍繞第一部分同軸布置的多個磁體環(huán)，并且使得在徑向上具有至少一個方向改變、優(yōu)選地具有至少兩個方向改變、更優(yōu)選地具有至少四個方向改變的磁場在所述組磁體之間建立。因此，當(dāng)?shù)谝徊糠终袷帟r，線圈可以在所述兩組磁體之間移動，并且由于由磁體環(huán)限定的極性交替而經(jīng)受磁場的極性或方向的重復(fù)改變。具有極性/方向的許多改變以增大從第一部分的搖擺移動的電產(chǎn)生可能是優(yōu)選的。

在本發(fā)明的一些實施方式中，線圈被布置在第二部分上，并且磁體子系統(tǒng)被布置在第一部分上。將線圈布置在第二部分上可能是有利的，因為可以在不連接至第一部分的情況下連接至電氣系統(tǒng)，即振蕩移動性的一部分，這對于發(fā)電機(jī)的運行至關(guān)重要。如果線圈在第一部分中，則排出能量的導(dǎo)體可能由于疲勞而暴露于劣化，并且粘性損耗可能不必要地增大。

在本發(fā)明的一些實施方式中，發(fā)電機(jī)包括發(fā)電機(jī)子系統(tǒng)或者交流發(fā)電機(jī)子系統(tǒng)，所述發(fā)電機(jī)子系統(tǒng)或者交流發(fā)電機(jī)子系統(tǒng)包括第一發(fā)電機(jī)模塊和第二發(fā)電機(jī)模塊，第二發(fā)電機(jī)模塊能夠相對于所述第一發(fā)電機(jī)模塊、與第一部分(例如桿)的縱軸平行地移動，以產(chǎn)生磁體或磁體子系統(tǒng)與至少一個線圈之間的相對位移。也就是說，并且不同于現(xiàn)有技術(shù)的布置例如us-2005/0230973-a1提出的布置，其中磁體與線圈之間的相對移動基本上對應(yīng)于經(jīng)受由于渦流而產(chǎn)生的振動的元件的側(cè)向振蕩，本發(fā)明的一些實施方式涉及與第一部分的縱軸基本上平行的移動，即，在第一部分被豎直地定向的情況下在豎直方向上的移動。這種布置可以利用例如重力來促進(jìn)第二發(fā)電機(jī)模塊相對于例如靜止的第一發(fā)電機(jī)模塊的振蕩移動。促進(jìn)第二發(fā)電機(jī)模塊以不同于第一部分的振蕩頻率的頻率振蕩的實施也可能是有用的。在一些實施方式中，該布置對于促進(jìn)發(fā)電機(jī)的元件集中靠近發(fā)電機(jī)的縱軸以使其在橫向方向上的延伸或尺寸最小化也可能是有用的。關(guān)于第一部分的縱軸的引用通常是指當(dāng)?shù)谝徊糠植徽袷帟r的縱軸。在一些實施方式中第一部分的縱軸為豎軸。

在本發(fā)明的一些實施方式中，第一發(fā)電機(jī)模塊是靜止的發(fā)電機(jī)模塊。在本發(fā)明的一些實施方式中，一個或更多個線圈可以優(yōu)選地被布置在靜止的發(fā)電機(jī)模塊中，例如在外部圍繞第二發(fā)電機(jī)模塊以及/或者被第二發(fā)電機(jī)模塊圍繞。在這些實施方式中，磁體可以被布置在第二并且可移動的發(fā)電機(jī)模塊中。在本發(fā)明的其他實施方式中，一個或更多個線圈可以被布置在第二發(fā)電機(jī)模塊中，并且一個或更多個磁體可以被布置在第一發(fā)電機(jī)模塊中。在本發(fā)明的其他實施方式中，線圈和磁體可以存在于第一發(fā)電機(jī)模塊和第二發(fā)電機(jī)模塊等二者中。線圈可以與如本領(lǐng)域中已知的有助于集中或優(yōu)化磁場的元件如鐵磁芯等相關(guān)聯(lián)。

在本發(fā)明的一些實施方式中，第二發(fā)電機(jī)模塊借助于多個連接構(gòu)件連接至第一發(fā)電機(jī)模塊，所述多個連接構(gòu)件被布置成允許第二發(fā)電機(jī)模塊與第一部分的縱軸平行地移動，并且防止第二發(fā)電機(jī)模塊接觸第一發(fā)電機(jī)模塊。例如，第二發(fā)電機(jī)模塊的移動可以通過連接構(gòu)件的某種彎曲來發(fā)生。連接構(gòu)件可以基本上阻止伸長，從而，如果布置地適當(dāng)，則可以確保第二發(fā)電機(jī)模塊可以僅與第一部分的縱軸平行地移動，例如豎直地而不是橫向地移動。例如，連接構(gòu)件可以由具有高機(jī)械品質(zhì)因數(shù)和高耐疲勞性的材料如碳纖維、鈦、鋼等制成。

在本發(fā)明的一些實施方式中，每個連接構(gòu)件在第一連接點處連接至第一發(fā)電機(jī)模塊，并且在第二連接點處連接至第二發(fā)電機(jī)模塊，其中，這些連接點或者這些連接點在與第一部分的縱軸垂直的平面上的投影在與第一部分的縱軸垂直的平面內(nèi)(即，當(dāng)?shù)谝徊糠衷谒矫鎯?nèi)豎直地延伸時)以角度α分開，其中，從第二發(fā)電機(jī)模塊的對稱軸看去，α≥20°，優(yōu)選地≥40°，例如≥60°或≥90°，其中，在本發(fā)明的許多實施方式中，所述對稱軸對應(yīng)于第一部分的縱軸。連接點的這種明顯的角度分離可以是有利的，因為這允許使用相對剛性的連接構(gòu)件，例如碳纖維、鈦、鋼等的桿或棒，這可以用于維持第一發(fā)電機(jī)模塊和第二發(fā)電機(jī)模塊的相對位置基本上被固定在垂直于第一部分的縱軸的平面內(nèi)，從而防止第一發(fā)電機(jī)模塊與第二發(fā)電機(jī)模塊之間的接觸，同時允許第二發(fā)電機(jī)模塊相對于第一發(fā)電機(jī)模塊、與第一部分的所述縱軸平行(例如在豎直方向上)的足夠的移動幅度。

在本發(fā)明的一些實施方式中，連接構(gòu)件被布置成通過彎曲允許第二發(fā)電機(jī)模塊在與第一部分的縱軸平行的方向上的這種移動。也就是說，不是使用通過滾壓或伸長來允許移動的構(gòu)件，連接構(gòu)件彎曲到特定量的能力允許第二發(fā)電機(jī)模塊在與第一部分的縱軸平行的方向上的移動。這不需要潤滑劑，相反的是，使用需要潤滑的滾子軸承的許多線性交流發(fā)電機(jī)的情況。本發(fā)明可以在無任何滾子軸承的情況下實現(xiàn)，并且允許在不更換零件或供給潤滑劑的情況下長時間使用。

在本發(fā)明的一些實施方式中，第一發(fā)電機(jī)模塊包括至少一個第一環(huán)形框架構(gòu)件，并且第二發(fā)電機(jī)模塊包括至少一個第二環(huán)形框架構(gòu)件，第一環(huán)形框構(gòu)件和第二環(huán)形框架構(gòu)件同軸布置，并且所述多個連接構(gòu)件的至少一些(優(yōu)選地至少三個或更多個)在一端處附接至第一環(huán)形框架構(gòu)件，并且在另一端處附接至第二環(huán)形框架構(gòu)件。

在本發(fā)明的一些實施方式中，第二環(huán)形框架構(gòu)件包括多個通孔，連接構(gòu)件穿過這些通孔中相應(yīng)的一個通孔，從而通孔具有與第一部分的縱軸平行的延伸，該延伸足以允許當(dāng)?shù)诙l(fā)電機(jī)構(gòu)件平行于第一部分的縱軸而移動或振蕩時與第一部分的縱軸平行的、連接構(gòu)件與第二環(huán)形框架構(gòu)件之間的相對移動。

在本發(fā)明的一些實施方式中，第二發(fā)電機(jī)模塊由第一偏置裝置、比如由包括磁體和/或彈簧的第一偏置裝置在第一方向上偏置，第一方向與第一部分的縱軸平行。在本發(fā)明的一些實施方式中，該方向向上。在本發(fā)明的一些實施方式中，第二發(fā)電機(jī)模塊在與所述第一方向相對的第二方向被附加地偏置，第二發(fā)電機(jī)模塊至少通過重力在第二方向上偏置。在本發(fā)明的一些實施方式中，第二發(fā)電機(jī)模塊由偏置裝置如磁體和/或彈簧在與所述第一方向相對的第二方向上偏置。在本發(fā)明的一些實施方式中，第二方向向下。

也就是說，第二發(fā)電機(jī)模塊由不同的裝置或設(shè)備在兩個相反的方向如向上和向下偏置或經(jīng)受作用力。在這些實施方式中的一些實施方式中，在第一方向如向上方向上的偏置至少部分地由彈簧和/或磁體產(chǎn)生。在第二方向如向下方向上的偏置在一些實施方式中可以由彈簧和/或磁體和/或重力產(chǎn)生。此雙偏置，即，第二發(fā)電機(jī)模塊經(jīng)受相反的方向的力的事實表示第二發(fā)電機(jī)模塊可相對于偏置力的平衡位置浮動，并且能夠通過第一部分的振蕩移動引起相對于所述平衡位置的振蕩。由于從彈簧和/或磁體施加在第二發(fā)電機(jī)模塊上(例如從第二發(fā)電機(jī)模塊上方和/或下方作用)的力將取決于第二發(fā)電機(jī)模塊的位置而變化，這種布置利于在第二發(fā)電機(jī)模塊從所述平衡位置移位時相對于平衡位置振蕩。

在本發(fā)明的一些實施方式中，發(fā)電機(jī)被布置成使得在第一部分的振蕩移動期間力被施加在第二發(fā)電機(jī)模塊上以使第二發(fā)電機(jī)模塊平行于第一部分的縱軸而移位，該力在第一部分的振蕩移動期間改變。該變化可以用于引起第二發(fā)電機(jī)模塊平行于第一部分的縱軸的振蕩，并且該振蕩意味著磁體和線圈之間的相對移動，由此將動能轉(zhuǎn)換成電能。在一些實施方式中，該力由與第一部分相關(guān)聯(lián)從而根據(jù)第一部分的振蕩移動而移動的移位磁體和與第二發(fā)電機(jī)模塊相關(guān)聯(lián)的被移位磁體之間的相互作用引起。術(shù)語“移位”和“被移位”是指以下觀點：第一部分即桿或類似的振蕩是第二發(fā)電機(jī)模塊移動的源，使得與第一部分相關(guān)聯(lián)的磁體由于與第二發(fā)電機(jī)模塊相關(guān)聯(lián)的如放置或以其他方式附接至第二發(fā)電機(jī)模塊的磁體的相互作用而誘發(fā)第二發(fā)電機(jī)模塊的移動。

在本發(fā)明的一些實施方式中，位移磁體被布置在第一部分的縱軸的周圍或距其一定距離，以便在第一部分的振蕩期間與被移位磁體中相應(yīng)的被移位磁體相互作用，從而從第一部分向第二發(fā)電機(jī)模塊重復(fù)地傳遞動量。

在本發(fā)明的一些實施方式中，位移磁體和被移位磁體具有至少部分球形的形狀，并且在其他實施方式中它們相對于第一部分的縱軸在徑向方向上延伸并且具有細(xì)長的形狀。

在本發(fā)明的一些實施方式中，發(fā)電機(jī)被布置成使得由于第一部分的振蕩移動，產(chǎn)生第二發(fā)電機(jī)模塊的振蕩移動，所述振蕩移動在與第一部分的縱軸平行的方向上并且具有比第一部分的振蕩移動的頻率高的頻率。在本發(fā)明的這些實施方式中的一些實施方式中，第一部分由于其振蕩移動，重復(fù)與第二發(fā)電機(jī)模塊相互作用并且向第二發(fā)電機(jī)模塊傳遞動量，第二發(fā)電機(jī)模塊由此繼續(xù)振蕩，第二發(fā)電機(jī)模塊振蕩的頻率取決于多個因素，包括由于生成電力的衰減、偏置裝置的特性、連接構(gòu)件的硬度、第二發(fā)電機(jī)模塊的質(zhì)量等。

在本發(fā)明的一些實施方式中，第一部分具有第一質(zhì)量，并且第二發(fā)電機(jī)模塊具有基本上小于第一質(zhì)量例如比第一質(zhì)量小10％、小5％或小1％的第二質(zhì)量。質(zhì)量差可以與慣性差有關(guān)，慣性差影響使用第一部分在第一頻率的振蕩移動來觸發(fā)和維持第二發(fā)電機(jī)模塊在比第一頻率更高的第二頻率的移動的可能性。顯然，第一部分的這種質(zhì)量和其慣性之間沒有直接的關(guān)系，這是因為第一部分不是線性地移動，而是進(jìn)行樞轉(zhuǎn)或鐘擺等相對于某一點的移動，因此它的慣性具有大幅旋轉(zhuǎn)分量。因此，不僅質(zhì)量和速度，而且質(zhì)量在第一部分內(nèi)的分布與其慣性相關(guān)。然而，作為經(jīng)驗法則，例如與上述百分比一致的質(zhì)量大幅不同可能是有益的，以便允許第二發(fā)電機(jī)模塊以比第一部分的振蕩頻率高的頻率振蕩。

也就是說，在本發(fā)明的一些實施方式中，第二發(fā)電機(jī)模塊的振蕩以基本上比第一部分的振蕩頻率高的頻率發(fā)生。更具體地，在第一部分振蕩的每個周期中，第一部分可以例如由于移位磁體與被移位磁體之間的靠近在這些磁體之間產(chǎn)生急劇增大的斥力而給第二發(fā)電機(jī)模塊提供一個或兩個短脈沖。這引起第二發(fā)電機(jī)模塊的位移，并且上述相反偏置力幫助使第二發(fā)電機(jī)模塊在平衡點或平衡水平附近持續(xù)振蕩。因此，第一部分的相對慢的振蕩可以用來誘導(dǎo)第二發(fā)電機(jī)模塊的更快的振蕩，這增強(qiáng)了機(jī)械能轉(zhuǎn)換成電能的效率

在本發(fā)明的一些實施方式中，第二部分包括第一發(fā)電機(jī)模塊和相對于所述第一發(fā)電機(jī)模塊可移動的第二發(fā)電機(jī)模塊，以產(chǎn)生一個或更多個磁體即磁體的子系統(tǒng)與至少一個線圈之間的相對位移。例如，第二發(fā)電機(jī)模塊可以包括一個或更多個磁體并且第一發(fā)電機(jī)模塊可以包括線圈，或者第二發(fā)電機(jī)模塊可以包括線圈并且第一發(fā)電機(jī)模塊可以包括一個或更多個磁體，或者發(fā)電機(jī)模塊中的一個或兩個發(fā)電機(jī)模塊可以包括磁體和線圈。第二發(fā)電機(jī)模塊被懸置，使得它能夠以與第一部分的振蕩移動的頻率不同的頻率、相對于第一發(fā)電機(jī)模塊振蕩。在本發(fā)明的許多實施方式中，第一部分是以相對低的頻率振蕩，并且可能期望以更高的頻率在磁體和線圈之間產(chǎn)生磁位移，以提高電力產(chǎn)生效率。在線圈中感生的電動勢與穿過線圈的磁場的改變成比例。因此，將第二發(fā)電機(jī)模塊布置成以更高的頻率振蕩，而不是綁定成以第一部分的振蕩頻率振蕩被認(rèn)為是有利的。

在本發(fā)明的一些實施方式中，第二發(fā)電機(jī)模塊被布置成使得由第一部分在第一部分的所述振蕩期間重復(fù)地觸發(fā)，以從第一部分接收能量和動量。也就是說，使得第一部分由渦流移動，由此能量從流體傳送至第一部分，然后該能量部分被傳送至第二發(fā)電機(jī)模塊，這引起振蕩，由此該能量部分由于磁體和線圈之間的相對移動而轉(zhuǎn)換成電能。觸發(fā)優(yōu)選地可以是在短時間段中發(fā)生的脈沖等。這可以例如通過使移位磁體以與第二發(fā)電機(jī)的移動方向基本上垂直的移動靠近被移位磁體由此使在與第二發(fā)電機(jī)模塊的移動方向平行的方向上的斥力的分量迅速增大來實現(xiàn)。因此，第二發(fā)電機(jī)模塊的振蕩移動由于第二發(fā)電機(jī)模塊和第一部分之間的相互作用被重復(fù)饋送并且由此維持。包括相關(guān)元件的第一部分可以具有基本上較大的慣性和通常比第二發(fā)電機(jī)模塊更大的質(zhì)量，由此該觸發(fā)可以使第二發(fā)電機(jī)模塊以相比于第一部分的振蕩頻率相對高的頻率振蕩；質(zhì)量和慣性之間的聯(lián)系已經(jīng)在上面論述。

在本發(fā)明的一些實施方式中，第二發(fā)電機(jī)模塊被布置成由第一部分在第一部分的所述振蕩期間通過第一部分與第二發(fā)電機(jī)模塊之間的磁相互作用來重復(fù)地觸發(fā)。可以優(yōu)選的是磁相互作用，從而避免可能會導(dǎo)致磨損的直接影響。然而，在本發(fā)明的其他實施方式中，可以考慮通過直接影響觸發(fā)。具有磁相互作用的實施方式中可以包括例如圍繞第一部分的縱軸對稱地布置的多個磁體(可稱為移位磁體)，以便通過第一部分和附接至第二發(fā)電機(jī)模塊的相應(yīng)磁體(其可以作為位移磁磁體)移位。移位磁體與被移位磁體之間的斥力或吸引力與磁體之間的距離的平方成反比。因此，當(dāng)所謂的被移位磁體和移位磁體彼此靠近時該力迅速增大，這可以提供用于脈沖等觸發(fā)，在脈沖等觸發(fā)中動量從第一部分向第二發(fā)電機(jī)模塊傳遞。

在本發(fā)明的一些實施方式中，第二發(fā)電機(jī)模塊被布置成由第一部分在第一部分的振蕩移動期間、每當(dāng)?shù)谝徊糠衷谒稣袷幰苿悠陂g返回至中心或中間位置時例如每當(dāng)?shù)谝徊糠峙c縱軸對準(zhǔn)時觸發(fā)。該觸發(fā)選擇可以有助于確保例如附接至第一部分的多個磁體(“位移磁體”)相對于第二發(fā)電機(jī)模塊上的相應(yīng)磁體(“移位磁體”)被適當(dāng)?shù)囟ㄎ唬员阋耘c第一部分振蕩的平面的取向無關(guān)的方式提供適當(dāng)觸發(fā)。此外，由于振蕩器移動的速度相對于第一部分的位移的速度在到達(dá)中心或中心位置時處于最大，因此將觸發(fā)布置成在此時發(fā)生增強(qiáng)了觸發(fā)和的脈沖狀特性以及能量和動量傳遞。在一些實施方式中，考慮到第一部分可能在風(fēng)的方向上遭受一定的位移的事實來布置位移磁體和被移位磁體。在一些實施方式中，代替使用例如基本球形磁體，可使用相對于第一部分的縱軸在徑向方向上細(xì)長的磁體。

在本發(fā)明的一些實施方式中，第二發(fā)電機(jī)模塊借助于撓性連接構(gòu)件如金屬(如鈦或鋼)條或棒、碳纖維等附接至第一發(fā)電機(jī)模塊，第二發(fā)電機(jī)模塊被選擇和布置成允許例如通過使連接構(gòu)件彎曲來使第二發(fā)電機(jī)模塊沿軸向方向位移，但防止第二發(fā)電機(jī)模塊接觸第一發(fā)電機(jī)模塊。

在本發(fā)明的一些實施方式中，這些撓性連接構(gòu)件具有在與第二發(fā)電機(jī)模塊的移位的所述軸向方向上具有第一寬度并且在與所述軸向方向垂直的方向上具有第二寬度的橫截面，所述第二寬度大于所述第一寬度。從而，第二發(fā)電機(jī)模塊在軸向方向上的移動變得容易，而在與所述軸向方向垂直的方向上的移動變得更困難。

在本發(fā)明的一些實施方式中，第一部分具有當(dāng)?shù)谝徊糠植徽袷帟r大致豎直地延伸的縱軸，并且第二發(fā)電機(jī)模塊被布置成豎直地振蕩。因此，第一部分相對于豎直軸的振蕩被布置成觸發(fā)第二發(fā)電機(jī)模塊向上和向下振蕩?？赏ㄟ^磁體或彈簧向上偏置第二發(fā)電機(jī)模塊以及可選地還通過磁體或彈簧向下偏置第二發(fā)電機(jī)模塊來使第二發(fā)電機(jī)模塊以浮動的方式被懸置。

本發(fā)明的一些實施方式包括上述第一方面和第二方面二者。在本發(fā)明的這些實施方式中的一些實施方式中，作為用于在線圈中感生電流的磁體的子系統(tǒng)的一部分的一些磁體或所有磁體也可以用于將第一部分的自然振蕩頻率調(diào)諧至風(fēng)速的至少一部分。例如，第一磁體中的至少一些可以是用于線圈中誘發(fā)電流的子系統(tǒng)的部分，這就是為什么這些磁體可具有雙重功能。

在本發(fā)明的一些實施方式中，第一部分可以包括振蕩桿，振蕩桿構(gòu)造成能夠在卡門渦流的影響下振蕩，并且第二部分可以包括與桿的基座對應(yīng)地定位的靜態(tài)結(jié)構(gòu)。在本發(fā)明的一些實施方式中，第一部分具有至少1米例如高于2米、5米、10米、15米、60米、100米或200米的高度。在本發(fā)明的其他實施方式中，桿可以更小例如桿可以具有低于1米例如小于10厘米、小于1或者甚至更小的高度。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，即使非常小的設(shè)備可以正常工作，因為它們能夠快速適應(yīng)風(fēng)(紊流)導(dǎo)致的其快速的振蕩頻率的改變?？紤]到，甚至有可能基于本發(fā)明的原理來產(chǎn)生納米發(fā)電機(jī)。

本發(fā)明的另一方面涉及用于制造與風(fēng)速調(diào)諧的電力發(fā)電機(jī)的方法。該方法適用于包括例如為樁、柱或桿的形狀的第一部分的電力發(fā)電機(jī)，第一部分被配置成被定位在流體中例如空氣中，雖然也有其他的可能性例如水。流體可以具有基本上靜止的流和層流，也就是在風(fēng)中通常存在的特性。第一部分被配置成使得當(dāng)所述流體移動時它以使得升力在第一部分上生成從而產(chǎn)生第一部分的振蕩移動的方式在所述流體中生成渦流，如例如在jp-2006-226221-a、jp-a-2006-132397-a、wo-2012/017106-a1或wo-2014/135551-a1中所述。發(fā)電機(jī)還包括至少部分地圍繞所述第一部分的第二部分。

該方法包括以下步驟：將在至少一個第一磁體放置在第一部分上并且將至少一個第二磁體放置在第二部分上，使得所述至少一個第一磁體與所述至少一個第二磁體互斥。上面說明了以該布置實現(xiàn)的效果，其用于使第一部分的自然振蕩頻率自動適于渦流出現(xiàn)的頻率。

本發(fā)明的另一方面涉及在以下電力發(fā)電機(jī)中使用多個磁體，該電力發(fā)電機(jī)包括例如為樁、柱或桿的形狀的第一部分，第一部分被配置成被定位在流體中例如空氣中，雖然也存在其他可能性例如水。流體可以具有基本上靜止的流和層流，也就是通常存在于風(fēng)中的特性。第一部分被配置為使得當(dāng)所述流體移動時它以使得升力在第一部分上生成從而產(chǎn)生第一部分的振蕩移動的方式在所述流體中生成渦流，如例如在jp-2006-226221-a、jp-a-2006-132397-a、wo-2012/017106-a1或wo-2014/135551-a1中所述。發(fā)電機(jī)還包括至少部分地圍繞所述第一部分的第二部分。使用磁體旨在生成第一部分的自然振蕩頻率與風(fēng)速自動調(diào)整。

本發(fā)明的另一個方面涉及基于所述卡門渦流來產(chǎn)生用于電力發(fā)電機(jī)的捕捉元件，該捕捉元件包括基本上剛性的頂部以及撓性和彈性底部。在該上下文中，術(shù)語“剛性”和“撓性”用于指示振蕩移動基本上由于基本上撓性/彈性部的變形，而不是由于基本上剛性部的任何變形。剛性頂部通過撓性底部附接至基座，使得剛性頂部可以相對于所述基座振蕩。撓性底部具有有效長度“l(fā)”，該有效長度是在剛性頂部在振蕩時撓性底部沿其彎曲的撓性底部的長度，即，它是撓性底部的在其至基座的附接處和其至剛性頂部的附接處之間的部分。

剛性頂部具有取決于撓性底部與基座附接的附接點上的高度“y”而變化的特征尺寸(在圓形橫截面的情況下為直徑)。

該方法包括以下步驟：

按照取決于所述附接點上方的高度的剛性頂部的特征尺寸(在具有圓形橫截面的剛性頂部的情況下為直徑)、使用基于剛性頂部相對于位于所述附接點上方的0.3*l與0.7*l之間的高度處的點的振蕩的估計的公式來建立剛性頂部的設(shè)計(已通過計算證實，針對小角度振蕩(對這種類型的發(fā)電機(jī)而言是優(yōu)選的)這允許對空氣和剛性頂部之間的相對速度進(jìn)行基本上現(xiàn)實的估計；適當(dāng)?shù)乜紤]到風(fēng)速的變化和剛性頂部由于根據(jù)高度的振蕩移動的速度的變化二者的估計)；以及

利用呈現(xiàn)所述設(shè)計的剛性頂部來產(chǎn)生捕捉元件。

以該方式得到其特征尺寸以適當(dāng)方式變化使得在整個剛性頂部同步地出現(xiàn)渦流的捕捉元件。

附圖說明

為了補(bǔ)充說明和根據(jù)本發(fā)明的實際實施方式幫助更好地理解本發(fā)明的特征的目的，一組附圖被附加作為說明書的一個組成部分，所述附圖通過圖示而非限制的方式表示了以下內(nèi)容：

圖1是其中可以看到根據(jù)本發(fā)明的可能的實施方式的發(fā)電機(jī)的部件中的一些部件的示意性正視圖。

圖2是根據(jù)本優(yōu)選實施方式的發(fā)電機(jī)的振蕩桿的和在圍繞桿的流體中生成渦流的示意性橫截面圖。

圖3是示意性示出了根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)(該圖出現(xiàn)在wo-2014/135551-a1中)的桿的半徑(r)與在地面上方的高度(h)之間的關(guān)系的圖。

圖4更詳細(xì)地示出了在圖1所示的優(yōu)選實施方式中在振蕩桿和靜態(tài)結(jié)構(gòu)之間的磁體和線圈的分布。

圖5和圖6示意性地示出了根據(jù)本發(fā)明的兩種實施方式的線圈在發(fā)電機(jī)的水平橫截面中的兩種不同分布。

圖7和圖8示出了根據(jù)本發(fā)明的可能實施方式的與桿相關(guān)聯(lián)的兩組磁體。

圖9示意性示出了在圖7和圖8的兩組磁體的豎直平面內(nèi)的橫截面，以及所述組相對其可以移動的線圈。

圖10a和圖10b分布示出了在不具有任何調(diào)諧系統(tǒng)(圖10a)的情況下和具有調(diào)諧系統(tǒng)(圖10b)的情況下桿的行為的兩個簡化模型。

圖11表示彈簧力(fk)和磁斥力(fb)針對位移(x)的演化。

圖12表示當(dāng)經(jīng)受初始瞬間的瞬時力的作用時設(shè)備在具有調(diào)諧裝置(i)和不具有調(diào)諧裝置(ii)(具有磁排斥的移動)的情況下幅度(位移x)和頻率(沿著時間軸t振蕩)隨時間的變化。

圖13a-13d示意性地示出了用于確定距離地面的距離的幾何方法，在該幾何方法中，對于小的彎曲角度，桿的延伸不經(jīng)受水平位移。

圖14是示出了執(zhí)行計算以針對幾個彎曲角度對圖13a至圖13d中所示的進(jìn)行確認(rèn)的曲線圖，其示出隨著角度增大，零位移的假設(shè)不再正確。

圖15是示出高度為h的桿的直徑隨著高度的演變的圖，該桿具有最高部分處的工作幅度β·d(h)和較小直徑d。

圖16a至圖16d示出了根據(jù)本發(fā)明的四種不同的實施方式的第一磁體和第二磁體的布置。

圖17是根據(jù)本發(fā)明的實施方式的發(fā)電機(jī)的一部分的橫剖側(cè)視圖。

圖18是圖17的實施方式的發(fā)電機(jī)的一部分的橫剖俯視圖。

圖19a和19b是可以在圖17和圖18的實施方式中使用的兩個可供選擇的磁體組件的示意性俯視圖。

具體實施方式

圖1示意性地示出了根據(jù)本發(fā)明的可能的實施方式的發(fā)電機(jī)，該發(fā)電機(jī)包括為從地面1000豎直向上延伸的桿1的形狀的第一部分，桿1由錨定基座13錨定在土壤中，錨定基座13由水泥、混凝土或任何其它合適的材料制成。在本發(fā)明的許多實施方式中，桿具有縱軸100，并且在本發(fā)明的許多實施方式中，桿1關(guān)于所述縱軸基本對稱。

如圖2所示，當(dāng)風(fēng)的層流1001沖擊桿形第一部分1時，產(chǎn)生在桿1的一側(cè)和另一側(cè)交替發(fā)生的一系列渦流1002，并且在桿的每側(cè)相繼的渦流之間具有為恒定距離1003。因此，在桿1上產(chǎn)生沿風(fēng)的方向的拖動力1004以及與風(fēng)的大致方向和拖動力的方向基本垂直的升力1005。該升力1005定期切換符號，具有與渦流的開始對應(yīng)的頻率，并且該力使得桿1朝著一側(cè)和朝著另一側(cè)振蕩。在本發(fā)明的該實施方式中，桿1具有圓形橫截面，使得其在捕捉風(fēng)的能量的性能方面不取決于可能隨時間而變化的風(fēng)的方向。在本發(fā)明的其他實施方式中，例如，當(dāng)存在的流體的移動的一個非常主要的方向時，桿可以具有另一種類型的橫截面，但圓形的橫截面通?？赡苁亲詈线m的一個。

渦流的出現(xiàn)頻率取決于風(fēng)速。因此，為了使桿的能量捕捉最大化，可能期望渦流以同步的方式沿桿1出現(xiàn)。鑒于風(fēng)速根據(jù)赫爾曼指數(shù)定律隨著高度增大并且鑒于渦流的出現(xiàn)頻率取決于空氣和桿之間的相對速度(而這又取決于風(fēng)速)和桿的特征尺寸(在該情況下，取決于桿的直徑)二者，因為空氣和桿之間的相對速度隨著高度增大，適于使桿的直徑隨著高度增大。圖3示意性示出了根據(jù)wo-2014/135551-a1中所描述的在地面水平桿具有約60mm的半徑(r)，在地面上方1米的高度(h)半徑增大到約為83mm，在高度在4米的在地面上方的4米高度半徑約為105mm的情況。半徑隨高度的理想增大取決于赫爾曼指數(shù)的值，并且該指數(shù)取決于周圍環(huán)境的特性。在平坦的地方，在冰地或草地的情況下，其值最小；在非常粗糙的地形或在城市里，其值較高。

另一方面，眾所周知，當(dāng)振蕩的力被施加到元件或?qū)ο髸r，如果施加的力以與所討論的對象的固有振蕩頻率相對應(yīng)的頻率振蕩，則相應(yīng)的能量吸收更好。自然頻率取決于諸如元件的密度和剛度的參數(shù)。對于具有特定的配置和結(jié)構(gòu)的第一部分或桿1，在生成渦流以及升力1005振蕩的頻率取決于風(fēng)速。如在wo-2012/017106-a1和wo-2014/135551-a1中所指示的，期望使第一部分的自然振蕩頻率與渦流的出現(xiàn)頻率同步。

鑒于渦流的出現(xiàn)頻率對于確定的捕捉元件或桿而言取決于風(fēng)速，可能期望基于風(fēng)速來改變桿的固有振蕩頻率。

對于實心棒，其自然振蕩頻率為：

ω＝(((l*e*k⁴/d)-a²)^(1/2)

其中，e是楊氏模量，l是剖面轉(zhuǎn)動慣量，d是棒在每單位長度上的密度，k是振蕩的空間模式(1次模式及其諧波)，并且a是阻尼常數(shù)。結(jié)構(gòu)越阻尼(換言之，以粘滯損失、摩擦等形式從其提取更多的能量)，則其振蕩頻率越小。任何結(jié)構(gòu)的固有振蕩頻率取決于其所經(jīng)受的阻尼。因此，從發(fā)電機(jī)提取的電功率越多，其自然振蕩頻率越小，除非這是通過例如使結(jié)構(gòu)張緊，增加其剛性等來補(bǔ)償。

wo-2014/135551-a1描述了這可以怎樣通過主動地作用于作為桿的結(jié)構(gòu)的一部分的壓電材料來實現(xiàn)。在圖1所示的發(fā)電機(jī)(其細(xì)節(jié)在圖4中示出)具有基于使用與桿1相關(guān)聯(lián)的磁體并且使用與桿1的基座對應(yīng)地布置在桿1的周圍的靜態(tài)結(jié)構(gòu)2來調(diào)整固有振蕩頻率的被動系統(tǒng)。圖1和圖4示出了在本發(fā)明的實施方式中靜態(tài)結(jié)構(gòu)2如何包括與其底部相對應(yīng)地圍繞桿1的大致圓柱形壁21。

如圖1和圖4所示，靜態(tài)結(jié)構(gòu)2形成發(fā)電機(jī)的第二部分并且完全或部分圍繞桿1。桿1包括相對剛性部11，相對剛性部11可以是基本中空的，并且由輕質(zhì)材料如，例如，碳纖維、玻璃纖維、聚酯樹脂、環(huán)氧樹脂、玄武巖纖維、輕木、鋁和/或鈦等制成。該材料不導(dǎo)電可能是有利的。該剛性部可以包括提供結(jié)構(gòu)剛度的內(nèi)部加強(qiáng)元件11，如肋拱、支架或橫梁。桿的上端優(yōu)選例如通過帽封閉。

另一方面，桿1包括相對撓性部12，其將桿1聯(lián)接至錨定基座3，使得剛性部11可以基本上相對于基座振蕩，而不管其硬度如何。該撓性部12可以是可以以振蕩方式側(cè)向彈性變形的類型的撓性桿，從而允許該剛性部振蕩。撓性部12的底部被嵌入在靜態(tài)結(jié)構(gòu)2的基座22中并且其頂部被容置在桿的剛性部11內(nèi)。圖1示出了撓性桿12貫穿靜態(tài)結(jié)構(gòu)的基座22，并且還嵌入在錨定基座中。然而，撓性部12的基本部分是自由的并且由于上述升力而能夠連同剛性部11一起朝著一側(cè)和另一側(cè)振蕩。

圖4示出了呈桿狀的撓性部12支承五個磁體環(huán)30并且相對于這些磁體環(huán)30同軸地存在安裝在相對于桿的撓性部12同軸的靜態(tài)結(jié)構(gòu)2上的五個磁體環(huán)40。安裝在桿1的撓性部12上的磁體30和安裝在靜態(tài)結(jié)構(gòu)40上的磁體40以使得它們互斥的方式來布置，或者換言之，如圖4中示意性地示出的那樣，相同符號的極面對彼此，其中，磁體的黑色部分表示n極，而白色部分表示s極。

以此方式，當(dāng)桿1的振蕩產(chǎn)生時，撓性部12向一側(cè)并向另一側(cè)彎曲，因此安裝在撓性部12上的一部分磁體30逼近安裝在靜態(tài)結(jié)構(gòu)2上的一部分磁體40，而在撓性部12的在直徑上相對的側(cè)，一部分磁體30遠(yuǎn)離對應(yīng)部分的磁體40。磁體30與40之間的斥力與磁體30與40之間的距離的平方成反比。當(dāng)風(fēng)增大時，桿的振蕩移動的振幅趨向于增大，從而在每個振蕩周期的最大逼近的部分期間磁體30和40趨向于越來越靠近，并且因此，在每個振蕩周期中在磁體30和40之間產(chǎn)生的最大斥力相應(yīng)地增大。該斥力的增大使該結(jié)構(gòu)的共振頻率增大。以此方式，圖1和圖4的具有磁體30和40的發(fā)電機(jī)的結(jié)構(gòu)貢獻(xiàn)于當(dāng)風(fēng)速增大時桿的共振頻率的自動增大，反之亦然。以此方式，通過適當(dāng)?shù)剡x擇并且布置磁體30和40(即，可以通過試驗及錯誤測試和/或通過計算機(jī)模擬來完成的事)可以實現(xiàn)對桿與風(fēng)速的固有振蕩頻率進(jìn)行的自動調(diào)整，使得總是以渦流出現(xiàn)的頻率進(jìn)行調(diào)諧，從而實現(xiàn)從流體的移動良好地吸收能量。換言之，磁體30和40的功能可以是獲得桿的固有振蕩頻率與渦流出現(xiàn)的頻率之間的自動調(diào)諧。

換言之，例如，振蕩桿1和靜止部2二者設(shè)置有例如呈磁環(huán)形狀的磁體或以環(huán)的形狀布置的單獨磁體組，這些磁體被同軸地并且以相同符號的極排斥的方式(北極對北極或南極對南極)被布置。這允許磁性地限制桿的移動并且隨著振蕩的振幅增大而增大桿的振蕩頻率。

圖16a示出了可以在本發(fā)明的一個實施方式中如何布置這些磁體。磁體被布置成環(huán)繞發(fā)電機(jī)的豎直對稱軸的環(huán)，因此磁體40被布置在靜態(tài)結(jié)構(gòu)的部分21上，從而形成磁體的外環(huán)，并且磁體30被布置在桿1的撓性部12上，從而形成磁體的內(nèi)環(huán)。磁體40的外環(huán)具有與彼此上下布置的五個磁體40對應(yīng)的高度，并且磁體的內(nèi)環(huán)具有與彼此上下布置的五個磁體30對應(yīng)的高度。在兩個環(huán)中，磁體沿豎直方向被布置成跟隨所謂的哈爾巴赫陣列，即具有交替的極性，使得由磁體產(chǎn)生的磁場在磁體的兩個環(huán)面對彼此的一側(cè)比在另一側(cè)更強(qiáng)。因此，在兩個環(huán)對桿的固有振蕩頻率的調(diào)諧的貢獻(xiàn)方面，對磁體進(jìn)行有效使用。

圖16b示出了類似但僅具有三個磁體在豎直方向上彼此跟隨的布置。

圖16c示出了與圖16b中的布置一致但以傾斜的方式布置磁體使得外環(huán)和內(nèi)環(huán)均具有與截頭圓錐對應(yīng)的形狀的布置。該布置被認(rèn)為對于在撓性部12上產(chǎn)生一定扭矩的目的而言是有用的，從而防止撓性部12進(jìn)入與第一部分的共振振蕩的第一模式不同的共振模式。

圖16d示意性地示出了類似于圖16c的實施方式的實施方式，不同之處在于磁體的每個環(huán)具有與僅一個磁體對應(yīng)的高度t。這種布局可以比圖16c的布局生產(chǎn)起來更簡單，但是這種布局不具有由哈爾巴赫效應(yīng)提供的優(yōu)點。

圖4示出了多個線圈50如何安裝在靜止部2上并且與靜止部2的頂部對應(yīng)，其中，發(fā)生撓性桿12向側(cè)面的實質(zhì)移動。線圈50的匝與水平面平行或幾乎平行。如圖4所示，線圈50分布在三個水平上，即在發(fā)電機(jī)的基座上方的三個不同高度處。這些線圈50可以設(shè)置有鐵磁芯51。

線圈被布置成使得當(dāng)桿1振蕩時，上面所提及的磁體30中的一些經(jīng)過線圈的上方和下方。如圖4所示，對于每個線圈50而言，存在位于稍高于線圈的高度處的磁體30和位于稍低于線圈的位置處的另一磁體30，磁體的極性被反轉(zhuǎn)，使得如圖4中已經(jīng)根據(jù)線圈中的一個和磁體對示意性地示出的那樣，在線圈經(jīng)過磁體30中的一個的上方的情況下，線圈50通過沿一個方向(例如n至s)定向的磁場一次并且通過沿相反方向(s至n)定向的磁場一次。線圈通過變化的磁場在線圈中感應(yīng)電動勢或電勢，該電動勢或電勢可以由圖4中示意性地示出的電力系統(tǒng)60收集和適應(yīng)。

換言之，為了使匝產(chǎn)生電動勢并且生成電力，在撓性桿12上布置多級磁環(huán)30(或以環(huán)的形狀布置的一組單獨的磁體)。磁環(huán)30的級數(shù)等于線圈的級數(shù)加一(在圖4中存在與三級線圈50相關(guān)聯(lián)的四級磁環(huán))。以此方式，磁環(huán)的移動產(chǎn)生線圈內(nèi)的場線的方向和感測的改變。如圖4中示意性所示出的那樣，從磁的角度來看，每級磁環(huán)將在其相鄰處具有磁相反磁環(huán)，即，如果磁環(huán)的級中的一個的最外部分是南極，則其相鄰的級將在最外部分具有北極，并且如果磁環(huán)的級中的一個的最外部分是北極，則其相鄰的級將在最外部分具有南極。

圖4示意性地示出了磁體30如何安裝在安裝在撓性部12上的支承結(jié)構(gòu)13上以及線圈50如何安裝在靜態(tài)結(jié)構(gòu)2本身上(也參見圖5)。還可以將線圈50安裝在桿上，但是從實用性的角度來看，可以優(yōu)選地將它們安裝在固定部分上，以便于連接至旨在向其傳輸生成的電力的外部網(wǎng)絡(luò)，從而降低導(dǎo)體的疲勞斷裂的風(fēng)險、排空能量并且避免不必要的摩擦損失。由線圈50生成的能量可以由電力電子系統(tǒng)60適當(dāng)?shù)卣{(diào)整并且約束，電力電子系統(tǒng)60可以包括例如逆變器等，并且傳導(dǎo)系統(tǒng)61可以排空所生成的電力。

圖6示出了替代配置，其中，在每級線圈處(在圖4中存在三級線圈50)線圈被布置在兩個同心環(huán)中。在目的是實現(xiàn)發(fā)電機(jī)的最佳或至少可接受的性能的情況下，環(huán)的數(shù)量、線圈的尺寸等是本領(lǐng)域技術(shù)人員將依據(jù)諸如發(fā)電機(jī)的尺寸、振蕩期間撓性部在橫向方向上的位移等多個方面而選擇的事物。

圖7、圖8和圖9示意性地示出了在本發(fā)明的一些實施方式中可以在每級處以多個同心環(huán)30、31和32的形狀如何布置被安裝在上面所討論的支承件13上的磁體。圖9是圖7和圖8中所示的兩組磁體的豎直橫截面圖，其中，一組磁體布置在另一組磁體上方并且由可以安裝線圈50的間隙間隔開。如圖所示，在這兩組磁體在豎直方向上彼此相隔一定距離被放置的情況下，建立分隔空間，在該分隔空間中，在每個線圈中磁場的極性或方向出現(xiàn)三次改變。因此，當(dāng)線圈50由于振蕩移動而通過所述空間時，線圈將經(jīng)歷多次改變極性的磁場?？紤]到所生成的電流取決于線圈經(jīng)歷的磁場的變化，磁場中的該高頻變化有益于電流的生成。

在本發(fā)明的一些實施方式中，安裝在撓性桿12上的磁體30、31和32可以具有附接至其本身的鐵磁材料，以以適當(dāng)?shù)姆绞揭龑?dǎo)場線，例如在給定空間內(nèi)增大磁場的極性/方向改變的次數(shù)以在桿的振蕩周期期間使線圈50經(jīng)歷的磁場的方向的改變的次數(shù)最大化。

如下面根據(jù)先前所說明的那樣，在如圖1和圖4所示的本發(fā)明的實施方式中，靜態(tài)部件的頂部具有與被設(shè)計成在不使用任何軸承或減速齒輪箱的情況下產(chǎn)生能量并且不管桿12被彎曲的方向均產(chǎn)生電力的非傳統(tǒng)交流發(fā)電機(jī)的定子的功能對應(yīng)的功能。

圖4示出了磁體如何安裝在總共五行上，其中，上面四行由于與線圈50的相互作用而貢獻(xiàn)于發(fā)電，而上面四行和底行貢獻(xiàn)于發(fā)電機(jī)與風(fēng)速的自動調(diào)諧。

圖10a和圖10b示意性地示出了無任何調(diào)諧系統(tǒng)(圖10a)的桿的行為和具有根據(jù)本發(fā)明的可能實施方式(圖10b)的調(diào)諧系統(tǒng)的桿的行為。

調(diào)諧機(jī)構(gòu)的目的是根據(jù)流體的速度來修改設(shè)備的固有振蕩頻率。當(dāng)設(shè)備沒有調(diào)諧系統(tǒng)時，其移動可以被建模為阻尼簡諧振子(a)之一(圖10a)：

其中，m是設(shè)備的質(zhì)量，c是包括裝置本身、其他損耗和轉(zhuǎn)換成電能的機(jī)械能的結(jié)構(gòu)阻尼的阻尼常數(shù)并且k是彈性桿的彈性常數(shù)。在這種情況下，設(shè)備的固有振蕩頻率為：

考慮到渦流的生成，當(dāng)振蕩桿受具有最大值f0、延遲和頻率ω＝2·π·f(ω[rad/s],f[hz])的正弦力f(如果升力系數(shù)的值被認(rèn)為是恒定的，則與頻率的平方成比例)影響時，可以將移動建模為強(qiáng)制阻尼諧波振子之一：

當(dāng)頻率w與設(shè)備的固有頻率w0一致時，設(shè)備進(jìn)入共振并且經(jīng)歷從流體吸收能量的能力的顯著增加。

因為在原則上考慮到裝置僅具有一個固有振蕩頻率頻率(在第一振蕩模式中)的情況下w與流體的速度成比例，所以僅存在裝置進(jìn)行工作的一個單一速度。然而，動力發(fā)電機(jī)例如風(fēng)力發(fā)電機(jī)將更多的利潤，這是因為動力發(fā)電機(jī)可以操作的小時/年數(shù)更大。如上面所說明的，存在小范圍的風(fēng)速(鎖定的空氣動力學(xué)現(xiàn)象)，在該小范圍中，基于卡門渦流的設(shè)備可以保持其共振，但這遠(yuǎn)小于合理競爭的風(fēng)力發(fā)電機(jī)所需要的。

為了能夠增大風(fēng)速的該范圍，可以包括調(diào)整裝置的振蕩頻率的調(diào)諧機(jī)構(gòu)。因此，在存在較高風(fēng)速的情況下，或換言之，在存在渦流出現(xiàn)的頻率增大的情況下，桿將以更高的頻率振蕩。

圖10b的布置與圖10a的布置的不同之處在于在排斥模式中添加兩對磁體。可以通過以下表達(dá)式來描述所述模型的移動：

其中，b包括(磁學(xué)的庫侖定律)磁導(dǎo)率的倒數(shù)和磁質(zhì)量的乘積，d是每對磁體之間的靜態(tài)距離。

如圖11所示，由桿的變形在質(zhì)量上產(chǎn)生的彈力fk隨著位移x的演變和由兩對磁體fb產(chǎn)生的合力隨著位移x的演變是不同的。如可以看到的以及如已經(jīng)提及的，隨著質(zhì)量(桿)在桿的零彎曲的中間位置附近的移動，彈力主要抵抗磁力。隨著位移增大，彈力和磁力影響開始平衡，并且在高位移中，主要力是磁原點的力。

這具有幾個含義。

振蕩桿在其通過零彎曲的中間位置時的動能在這兩種情況下取決于振蕩桿的質(zhì)量和速度的平方。當(dāng)振蕩桿的位移最大時，存儲的勢能不取決于振蕩桿的質(zhì)量和速度的平方。在圖10a所示的情況下，勢能僅是彈性勢能，而在圖10b所示的情況下，勢能將具有彈性性質(zhì)和磁性質(zhì)，差別是磁原點的勢能隨著位移的立方而不是平方增大，正如彈性勢能的情況。如圖12所示，與針對大位移的阻尼簡諧移動(i)相比，具有磁斥力的移動(ii)的軌跡經(jīng)歷振蕩頻率的增大。在小位移的情況下(在圖的右側(cè))，幾乎所有勢能由彈性桿累積，兩條軌跡具有很相似的大小周期。

圖17示出了根據(jù)本發(fā)明的另一實施方式的發(fā)電機(jī)的一部分。文中，第一部分通常可以如圖1所示的那樣成形并且包括撓性部12。在圖17的實施方式中，該撓性部被發(fā)電機(jī)組件包圍，該發(fā)電機(jī)組件包括：靜止的第一發(fā)電機(jī)模塊200，其包括線圈50和500；以及第二發(fā)電機(jī)模塊400，其可以與第一部分1的縱軸100即在本實施方式中在豎直方向上平行地移動。第二發(fā)電機(jī)模塊200包括堆疊在彼此頂部并且布置成環(huán)形的多個磁體300，并且第一發(fā)電機(jī)模塊包括圍繞第二發(fā)電機(jī)模塊400外部的磁體的線圈50以及被第二發(fā)電機(jī)模塊400內(nèi)的磁體圍繞的線圈500。線圈還可以設(shè)置有在501處示意性地示出的鐵元件或鐵磁元件，以集中磁場。如本領(lǐng)域中已知的那樣，磁體300在豎直方向上的移動將在線圈中生成電動勢。

第二發(fā)電機(jī)模塊包括磁體300的頂部上的頂部環(huán)形框架構(gòu)件602和磁體300下方的底部環(huán)形框架構(gòu)件604。因此，第二發(fā)電機(jī)模塊可以被認(rèn)為是被布置成在第一發(fā)電機(jī)模塊的線圈50與500之間沿豎直方向移動的一種活塞。

第一發(fā)電機(jī)模塊同樣包括兩個環(huán)形框架構(gòu)件601和603。所述環(huán)形框架構(gòu)件601中的上一個通過如圖18所示的桿狀元件或連接構(gòu)件605附接至第二發(fā)電機(jī)模塊的頂部環(huán)形框架構(gòu)件602，而第一發(fā)電機(jī)模塊200的下環(huán)形框架構(gòu)件603通過類似的桿形構(gòu)件608附接至第二發(fā)電機(jī)模塊的底部環(huán)形框架構(gòu)件604。這些桿形構(gòu)件可以例如由金屬、碳纖維或具有足夠的牽引力和抗疲勞性的任何其他材料制成。

圖18示意性地示出了桿狀構(gòu)件605如何在一端附接至第一發(fā)電機(jī)模塊的環(huán)形框架構(gòu)件601以及在另一端附接至第二發(fā)電機(jī)模塊的環(huán)形框架構(gòu)件602。在環(huán)形框架構(gòu)件602中設(shè)置三個開口607，所述開口使得對應(yīng)的桿狀構(gòu)件605穿過環(huán)形框架構(gòu)件602，所述開口在豎直方向上具有允許在桿狀構(gòu)件605與環(huán)形框架構(gòu)件602之間沿豎直方向位移的延伸。類似的桿狀構(gòu)件608和開口609被設(shè)置成與底部環(huán)形框架構(gòu)件603和604對應(yīng)。

在圖18中示意性地示出了桿狀構(gòu)件605與環(huán)形框架構(gòu)件601的連接點605a和桿狀構(gòu)件605與環(huán)形框架構(gòu)件602的連接點605b如何分別在水平面內(nèi)相對于第二發(fā)電機(jī)模塊的對稱軸606以角度α分開(在該實施方式中，該對稱軸與第一部分1的對稱軸100對準(zhǔn))。在這種情況下，該角度大約為120°。附接點的該顯著分隔會是有利的，這是因為其允許使用相對剛性的連接構(gòu)件605例如金屬或碳纖維桿或棒，該相對剛性的連接構(gòu)件605可以用于維持第一發(fā)電機(jī)模塊和第二發(fā)電機(jī)模塊的相對位置，第二發(fā)電機(jī)模塊基本上固定在與第一部件的縱軸垂直的平面上，從而防止第一發(fā)電機(jī)模塊與第二發(fā)電機(jī)模塊之間的接觸，同時允許第二發(fā)電機(jī)模塊相對于第一發(fā)電機(jī)模塊、與第一部分的所述縱軸平行地移動的足夠振幅。

在圖18中僅示出了三個桿狀構(gòu)件，但可以使用任何其他合適數(shù)量的桿狀構(gòu)件，并且附接點與環(huán)形框架構(gòu)件的角度放置可以由本領(lǐng)域技術(shù)人員優(yōu)選地進(jìn)行選擇。

圖17示出了第二發(fā)電機(jī)模塊由于布置在第二發(fā)電機(jī)模塊400下方的磁體環(huán)220與布置在第二發(fā)電機(jī)模塊400底部的磁體環(huán)420之間的斥力如何懸置或漂浮在空氣中。因此，這些磁體220與420之間的相互作用克服由重力施加的力使第二發(fā)電機(jī)模塊向上偏置。另一方面，在本發(fā)明的該實施方式中，與第一發(fā)電機(jī)模塊相關(guān)聯(lián)的磁體460和在第二發(fā)電機(jī)模塊頂部處的與第二發(fā)電機(jī)模塊200相關(guān)聯(lián)的磁體260使第二發(fā)電機(jī)模塊向下偏置。在本發(fā)明的一些實施方式中，磁體可以由彈簧替代，并且/或者磁體不存在于第二發(fā)電機(jī)模塊的頂部處，這是因為在一些實施方式中，重力可以單獨地使第二發(fā)電機(jī)模塊向下偏置。

另一方面，附加磁體702或703在第二發(fā)電機(jī)模塊400的頂部處附接至第二發(fā)電機(jī)模塊400并且被布置成與附接至第一部分(在這種情況下附接至桿1的撓性部12)的對應(yīng)磁體700或701相互作用。更具體地，這些磁體700或701布置在附接至撓性部12的框架705，該框架包括多個臂(在圖19a和19b所示的實施方式中為三個臂)。在圖19a中，球形或部分球形的磁體700被布置成與框架的臂的端部對應(yīng)。在圖19b中示出了替代實施方式，其中，磁體701在沿臂延伸的水平面上具有條狀形狀。在圖17中示意性地示出了具有對應(yīng)的球形702或條狀703形狀的磁體如何被布置在第二發(fā)電機(jī)模塊400的頂部處。

圖17示出了處于中間位置即沿豎直軸100豎直地延伸的撓性部12。文中，附接至框架705的移位磁體700(或701)靠近布置在第二發(fā)電機(jī)模塊400的頂部處的被移位磁體702(或703)，從而使第二發(fā)電機(jī)模塊向下偏置。在包括撓性部12的第一部分1的振蕩移動期間，移位磁體700/701與被移位磁體702/703之間的距離將周期性地增大以及減小。另一方面，由于磁體220與420(和/或彈簧)之間以及可選地在磁體260和460(和/或彈簧)之間的相互作用并且由于重力，第二發(fā)電機(jī)模塊可以由于其被懸置的方式而上下振蕩。在第一部分1的每個振蕩周期期間，移位磁體700/701與被移位磁體702/703之間的相互作用重復(fù)地向第二發(fā)電機(jī)模塊400提供脈沖，從而將能量從第一部分1傳遞到第二發(fā)電機(jī)模塊400，第一部分1將開始振蕩并繼續(xù)振蕩，由此該振蕩相對于線圈50和500使磁體300移位，從而產(chǎn)生電能。

已經(jīng)發(fā)現(xiàn)的是，該布置是用于從由渦流產(chǎn)生的第一部分的振蕩移動中生成電能的適當(dāng)選擇。此外，所描述的實施方式可以被認(rèn)為是特別有利的，這是因為在移動部件之間沒有摩擦，并且沒有需要潤滑的滾子軸承。使用例如鈦、鋼或碳纖維的元件用于物理地互連第一發(fā)電機(jī)模塊和第二發(fā)電機(jī)模塊可以是適當(dāng)且耐久的解決方案，其允許長期操作而不需要由于磨損而替換部件并且無需任何潤滑?？梢允沟诙l(fā)電機(jī)模塊以比第一部分的振蕩頻率高的頻率振蕩的事實可以有用于增強(qiáng)由第一部分的振蕩表示的能量轉(zhuǎn)換為電能的效率。

移位磁體和被移位磁體的所描述的布置也可以被認(rèn)為是特別有利的，這是因為移位磁體的橫向移位可以意味著移位磁體與被移位磁體之間的高斥力的持續(xù)時間相當(dāng)短，由此能量從第一部分到第二發(fā)電機(jī)模塊的傳遞在短時間內(nèi)以脈沖式方式進(jìn)行。第二發(fā)電機(jī)模塊的振蕩一方面通過該脈沖即通過從第一部分接收的能量來確定以及另一方面通過第二發(fā)電機(jī)模塊的質(zhì)量、通過由于從線圈提取電力而發(fā)生的阻尼、通過連接構(gòu)件105的剛度、以及通過由磁體220/420和260/460施加的斥力來確定。

另一方面，如上所述，wo-2012/017106-a1提出了隨著高度引入霍爾曼指數(shù)定律桿直徑的增大，根據(jù)該霍爾曼指數(shù)定律空氣的速度隨著高度增大。以此方式，可以在桿的所有部分同步地生成渦流。然而，wo-2012/017106-a1未考慮到空氣相對于桿的相對速度的變化是由于桿的所述移動。

桿的幾何形狀應(yīng)當(dāng)仔細(xì)地設(shè)計，使得生成的渦流在其整個長度上同步地起作用，以便防止在某一高度處生成的渦流被在不同高度處生成的渦流完全或部分地抵消。為了使桿的幾何形狀具有適當(dāng)或最佳性能，考慮到桿的振蕩影響空氣與極之間的相對速度，不僅需要考慮裝置的工作區(qū)域中的空氣速度分布，而且還需要考慮桿本身的振蕩。

如上所說明的，在本發(fā)明的許多實施方式中，桿包括由彈性桿12支撐或支承的剛性元件11，在本發(fā)明的一些實施方式中，彈性桿12可以被認(rèn)為具有恒定的橫截面并且是縱向各向同性的。如果彈性桿12具有恒定的橫截面并且是縱向各向同性的，則彈性桿12的自由頂端(即桿的變形不受其嵌入剛性元件的限制的區(qū)域的頂端)在其任何徑向平面x-y上的位置a(參見圖13a和圖13b)可以以下面的方式計算：

其中，l是桿的可變形區(qū)域(即桿的未嵌入基座或剛性部中的部分)的長度，并且θ是相對于豎直方向的彎曲角度。

圖13c和圖13d示出了可以如何繪制具有長度l的線段aa’，其中，頂端與彈性桿的自由頂端匹配并且相對于豎直方向具有角度θ(參見圖13d)。a’的位置由以下公式給出：

可以觀察到的是，對于足夠小的彎曲角度θ而言，在桿的振蕩期間為最小的值的a’的位移的值l表示為(參見圖14)?？紤]到其相對于該點的彎曲的“不動性”，可以在其位置應(yīng)用馮·卡門(vonkarman)的公式。桿的直徑d可以被設(shè)置為下述點處即在桿的撓性部的高度的一半處的設(shè)計參數(shù)，在該點處由振蕩產(chǎn)生的點位移是可忽略的：

為了能夠針對y的任何值推導(dǎo)該公式，可以假設(shè)在裝置進(jìn)行工作的雷諾(reynolds)范圍內(nèi)的任意高度處，斯特勞哈爾的值大致恒定并且與當(dāng)時采用的值相等。斯特勞哈爾的值可以被設(shè)置為渦流出現(xiàn)的頻率在任何高度處保持恒定的目標(biāo)。

其中，vr(y)是空氣(i)撞擊移動桿的相對速度。該相對速度具有兩個分量，一個分量是空氣相對于地面的絕對速度，而另一個分量是相對于桿的由桿的振蕩引起的速度。明顯地，平均振蕩速度將是振蕩的最大振幅除以周期(或乘以周期的倒數(shù)即頻率)的四倍。

x(y)是每個高度y處的振蕩的振幅。將i)代入等式h)并且進(jìn)行平方，獲得下述等式：

使j)等于g)的平方，獲得下述等式：

對于總高度h和其最高部分中的最大振蕩的“標(biāo)稱”振幅的裝置而言，在該點x(h)＝β·d(h)處的β乘以其直徑并且考慮到桿被認(rèn)為是完全剛性，獲得下述等式：

針對y＝h將l)應(yīng)用于等式k)，獲得下述等式：

將m)與等式i)和k)組合，獲得下述等式：

最后，

該表達(dá)式描述了考慮到空氣速度分布和自身振蕩而同步生成并且遍及整個長度渦流的桿的特征尺寸的變化。

為了使用y＝h或包括在0與h之間的任何其他值來計算v(y)，可以引入嘗試使用不同的保真度表示空氣的速度與高度的分布的表達(dá)式。通常，可以針對中性大氣引入赫爾曼指數(shù)定律，該構(gòu)想與針對中性、穩(wěn)定和不穩(wěn)定大氣等的莫寧-奧布霍夫(monin-obukhov)相似理論存在聯(lián)系。

圖15示意性地示出了高度為h的桿的直徑隨著高度的演變，該桿具有較小直徑d和該桿的最高部分處的工作振幅β·d(h)。

直徑d是用于描述桿的其余部分的直徑(或特征尺寸)的演變的數(shù)學(xué)假想，但桿的剛性元件實際上同樣不必物理地存在于高度處。

表述“第一發(fā)電機(jī)模塊”和“第二發(fā)電機(jī)模塊”用于指代負(fù)責(zé)通過磁體或類似物相對于線圈之間的相對位移將動能轉(zhuǎn)換為電能的組件的不同部分，例如靜止部分和可移動部分。術(shù)語“模塊”的使用不旨在表示發(fā)電機(jī)的特定模塊化特征。

在本文中，術(shù)語“磁體”通常是指永磁體，但如本領(lǐng)域技術(shù)人員容易理解的，如果適當(dāng)，則也可以使用電磁體。

在本文中，詞語“包括(comprises)”及其變體(例如“包括(comprising)”等)不應(yīng)被解釋為排他性的，也就是說，它們不排除其他元件、步驟等被包括在本說明書中的可能性。

另一方面，本發(fā)明不限于已經(jīng)描述的具體實施方式，而在遵照權(quán)利要求的內(nèi)容的情況下，本發(fā)明還包括例如可以由本領(lǐng)域普通技術(shù)人員(例如，考慮材料、尺寸、部件、配置等的選擇)實施的變體。