CN108566117B - 一种压差式的压电发电装置 - Google Patents
一种压差式的压电发电装置 Download PDFInfo
- Publication number
- CN108566117B CN108566117B CN201810130446.4A CN201810130446A CN108566117B CN 108566117 B CN108566117 B CN 108566117B CN 201810130446 A CN201810130446 A CN 201810130446A CN 108566117 B CN108566117 B CN 108566117B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- interfering body
- piezoelectric patches
- piezoelectric
- generating device
- differential
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
- 230000002452 interceptive effect Effects 0.000 claims abstract description 72
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims description 7
- 239000012528 membrane Substances 0.000 claims description 4
- 241000222712 Kinetoplastida Species 0.000 claims description 2
- 235000008429 bread Nutrition 0.000 claims 1
- 239000013535 sea water Substances 0.000 abstract description 17
- 238000005452 bending Methods 0.000 abstract description 7
- 239000000463 material Substances 0.000 description 8
- 238000010248 power generation Methods 0.000 description 4
- RAFZYSUICBQABU-HMMYKYKNSA-N Phytal Chemical compound CC(C)CCCC(C)CCCC(C)CCC\C(C)=C\C=O RAFZYSUICBQABU-HMMYKYKNSA-N 0.000 description 2
- RAFZYSUICBQABU-QYLFUYDXSA-N Phytal Natural products CC(C)CCC[C@@H](C)CCC[C@@H](C)CCC\C(C)=C/C=O RAFZYSUICBQABU-QYLFUYDXSA-N 0.000 description 2
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 2
- 230000005611 electricity Effects 0.000 description 2
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 2
- RAFZYSUICBQABU-UHFFFAOYSA-N phytenal Natural products CC(C)CCCC(C)CCCC(C)CCCC(C)=CC=O RAFZYSUICBQABU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 241000272525 Anas platyrhynchos Species 0.000 description 1
- 241000272517 Anseriformes Species 0.000 description 1
- 241001136306 Hydrophiidae Species 0.000 description 1
- 241000277284 Salvelinus fontinalis Species 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 230000007797 corrosion Effects 0.000 description 1
- 238000005260 corrosion Methods 0.000 description 1
- 230000007812 deficiency Effects 0.000 description 1
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 1
- 238000000605 extraction Methods 0.000 description 1
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 1
- 238000000034 method Methods 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 230000010355 oscillation Effects 0.000 description 1
- 230000010287 polarization Effects 0.000 description 1
- 239000004575 stone Substances 0.000 description 1
- 230000001131 transforming effect Effects 0.000 description 1
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02N—ELECTRIC MACHINES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H02N2/00—Electric machines in general using piezoelectric effect, electrostriction or magnetostriction
- H02N2/18—Electric machines in general using piezoelectric effect, electrostriction or magnetostriction producing electrical output from mechanical input, e.g. generators
- H02N2/185—Electric machines in general using piezoelectric effect, electrostriction or magnetostriction producing electrical output from mechanical input, e.g. generators using fluid streams
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- F03B—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS
- F03B13/00—Adaptations of machines or engines for special use; Combinations of machines or engines with driving or driven apparatus; Power stations or aggregates
- F03B13/12—Adaptations of machines or engines for special use; Combinations of machines or engines with driving or driven apparatus; Power stations or aggregates characterised by using wave or tide energy
- F03B13/14—Adaptations of machines or engines for special use; Combinations of machines or engines with driving or driven apparatus; Power stations or aggregates characterised by using wave or tide energy using wave energy
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02N—ELECTRIC MACHINES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H02N2/00—Electric machines in general using piezoelectric effect, electrostriction or magnetostriction
- H02N2/18—Electric machines in general using piezoelectric effect, electrostriction or magnetostriction producing electrical output from mechanical input, e.g. generators
- H02N2/186—Vibration harvesters
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
- Y02E10/30—Energy from the sea, e.g. using wave energy or salinity gradient
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Other Liquid Machine Or Engine Such As Wave Power Use (AREA)
- General Electrical Machinery Utilizing Piezoelectricity, Electrostriction Or Magnetostriction (AREA)
Abstract
本发明涉及一种压差式的压电发电装置，包括扰动体及压电片，所述扰动体的侧面为一端到另一端弧度逐渐增大的呈弧形的侧面，压电片设置在扰动体弧形侧面的一侧，压电片与扰动体之间留有间距，压电片与扰动体的弧形侧面相对。本发明提供的压电发电装置的结构简单，其发电机理也简单，利用海水在压电片两侧产生变化的压力差，驱动压电片产生弯曲振动，从而使压电片在沿厚度方向的表面产生电荷，实现压电发电。
Description
技术领域
本发明涉及海洋波浪能发电领域，更具体地，涉及一种压差式的压电发电装置。
背景技术
海洋波浪能是一种取之不尽，用之不竭的清洁能源。人类一直尝试高效地利用海洋波浪能，最早可以追溯到Girard 父子在1799年申请的一个关于利用波浪能的专利。在石油危机之后，越来越多的研究者投身于对海洋波浪能的研究中，在1983年，爱丁堡大学的Stephen Hugh Salter发明了一种名为Salter's Duck的装置，该装置能够将90%的波浪能转发成为电能，向世人展示了波浪能的广阔应用前景。
随着科技的发展，学者们提出了多种类型的海洋波浪能发电装置，主要包含振荡水柱式、漂浮发电式、点头鸭式、海蛇式、摆式以及收缩坡道式等。传统类型的发电装置多采用复杂的、机械式的发电机构，过于复杂的发电机理限制了能量的利用效率，也限制了发电装置的应用场合。
随着人类对海洋资源的进一步开发，越发需要在海洋中布置无线传感器网络用以实现海洋数据采集、污染预测、海洋检测等功能。
随着压电材料技术的发展，压电材料的各种性能得到大幅改善，压电材料转化机械能为电能的效率越来越高，因此，人们越来越青睐于利用压电材料的压电效应将海洋此起彼伏的波动转化为电能，相比机械式的发电机构，压电式的发电机构的结构更加简单，造价也更为低廉。
发明内容
本发明的发明目的在于解决现有技术提供的波浪能发电装置所存在的提取效率不高，结构复杂的技术缺陷，提供了一种压差式的压电发电装置。
为实现以上发明目的，采用的技术方案是：
一种压差式的压电发电装置，包括扰动体及压电片，所述扰动体的侧面为一端到另一端弧度逐渐增大的呈弧形的侧面，压电片设置在扰动体弧形侧面的一侧，压电片与扰动体之间留有间距，压电片与扰动体的弧形侧面相对。
在使用本发明提供的发电装置时，首先将发电装置布置在近岸浅水区，使扰动体的几何对称面与海浪前进的方向平行，扰动体弧度较大的一端远离海岸线，弧度较小的一端靠近海岸线，由于海浪不断冲击着海岸线，海浪会周而复始地流经压电片的两侧，如果海水先从扰动体弧度较大的一端进入扰动体与压电片之间的间距内，由于扰动体的表面是弧形的，而压电片是平面结构，因此在压电片靠近扰动体一侧的海水流速会大于压电片远离扰动体一侧的海水流速，根据伯努利定理，压电片两侧不同的海水流速，会在压电片两侧产生压力差，从而迫使压电片向扰动体方向弯曲，同理，如果海水从扰动体弧度较小的一端进入扰动体与压电片之间的间距内，在压电片靠近扰动体一侧的海水流速会小于压电片远离扰动体一侧的海水流速，会在压电片两侧产生压力差，从而产生迫使压电片向远离扰动体方向弯曲。周而复始的海浪在压电片两侧产生变化的压力差，驱动着压电片产生弯曲振动，从而实现压电发电，将海洋波浪流动的机械能转化为可供能量收集电路收集的电能。
优选地，所述扰动体的左侧面和右侧面均为一端到另一端弧度逐渐增大的呈弧形的侧面，且扰动体的左侧面和右侧面以扰动体的中轴线为对称轴呈相互对称的关系，扰动体的左侧面和右侧面的一侧均设置有压电片。
优选地，所述压电片水平设置。
优选地，所述扰动体左侧面和右侧面一侧的压电片的设置方向平行于扰动体的中轴线。
优选地，所述发电装置还包括有支架，所述扰动体固定在支架的中部；多片压电片固定在支架上，分别位于扰动体的左侧面和右侧面的一侧。
优选地，所述扰动体左侧面和右侧面的压电片远离扰动体的一侧设置有限位片，限位片固定在支架上，限位片与压电片之间保持一定空隙。设置限位片，能够有效防止压电片由于弯曲过大而破损，保证压电片的弯曲不超过其最大形变。
优选地，所述限位片为弧形弹性片。
优选地，所述压电片包括弹性基片和设置在弹性基片侧面上的压电薄膜。
优选地，所述扰动体呈柱状，其内部开设有空腔。空腔用于容纳能量收集电路、无线传感器模块等电路元件。
优选地，所述扰动体由抗腐蚀、坚韧的、轻质的、不影响电磁波传输的材料制成。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明提供的压电发电装置的结构简单，其发电机理也简单，利用海水在压电片两侧产生变化的压力差，驱动压电片产生弯曲振动，从而使压电片在沿厚度方向的表面产生电荷，实现压电发电。
附图说明
图1为装置的结构示意图。
图2为装置的俯视图。
图3为压电片的结构示意图。
图4为发电装置的发电原理图。
具体实施方式
附图仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制；
以下结合附图和实施例对本发明做进一步的阐述。
实施例1
如图1、2、3所示，本发明提供的压电发电装置包括扰动体1、压电片2、支架3和限位片4。
其中扰动体1呈柱状，其左侧面、右侧面为以中轴线为对称轴呈对称关系的弧形曲面，所述左侧面和右侧面的一端到另一端的弧度逐渐增大。扰动体1内开设有空腔，用于容纳能量收集电路、无线传感器模块等电路元件，使得压电发电装置能够使用于能量收集或无线传感器网络布置。本实施例中，扰动体1由抗腐蚀、坚韧的、轻质的、不影响电磁波传输的材料制成。压电片2呈条状，其由弹性基片21和设置在弹性基片21上表面和下表面的多层压电薄膜22组成，弹性基片21的尺寸大于设置在其上的压电薄膜22的尺寸，压电片2的极化方向均沿厚度方向。支架3为呈正方体的框架结构，由具有一定刚度的材料制成，不易变形。限位片4由较为坚韧的金属或者非金属材料制成，有一定的抗海水腐蚀能力。
如图1、2所示，本发明提供的压电发电装置的扰动体1固定设置在支架3内，其左侧面和右侧面的一侧均水平设置有压电片2，压电片2固定在支架3上，扰动体1左侧和右侧的压电片2与扰动体1之间留有间距，这个间距要适中，保证压电片2能够受到海水变化的压力差的影响，但又不过于靠近扰动体1。扰动体1左侧面和右侧面一侧的压电片2的设置方向平行于扰动体1的中轴线。扰动体1左侧面和右侧面的压电片2远离扰动体1的一侧设置有限位片4，限位片4固定在支架3上，限位片4与压电片2之间保持一定空隙。设置限位片4，能够有效防止压电片2由于弯曲过大而破损，保证压电片2的弯曲不超过其最大形变。
如图4所示，在具体使用的时候，压差式压电发电装置布置在近岸浅水区，扰动体1的几何对称面与海浪前进的方向平行，扰动体1弧度较大的一端远离海岸线，弧度较小的一端靠近海岸线，由于海浪不断冲击着海岸线，海浪会周而复始地流经发电装置的压电片2的两侧，压电发电装置的工作流程可以分为两个阶段：在第一阶段，海水先从扰动体1弧度较大的一端进入压差式压电发电装置，由于扰动体1的表面是弧形的，而压电片2是平面结构，因此在压电片2靠近扰动体1一侧的海水流速会大于在压电片2远离扰动体1一侧的海水流速，根据伯努利定理，压电片2两侧不同的海水流速，会在压电片2两侧产生压力差，从而产生迫使压电片2向扰动体1方向弯曲；在第二阶段，海水从扰动体1弧度较小的一端进入压差式压电发电装置，在压电片2靠近扰动体1一侧的海水流速会小于在压电片2远离扰动体1一侧的海水流速，会在压电片2两侧产生压力差，从而产生迫使压电片2向远离扰动体1方向弯曲，周而复始的海浪在压电片2两侧产生变化的压力差，驱动着压电片2产生弯曲振动以实现压电发电，从而将海洋波浪流动的机械能转化为可供能量收集电路收集的电能。
显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种压差式的压电发电装置，其特征在于：包括扰动体及压电片，所述扰动体的侧面为一端到另一端弧度逐渐增大的呈弧形的侧面，压电片设置在扰动体弧形侧面的一侧，压电片与扰动体之间留有间距，压电片与扰动体的弧形侧面相对；所述扰动体的弧形侧面包括左侧面和右侧面，所述扰动体的左侧面和右侧面均为一端到另一端弧度逐渐增大的呈弧形的侧面，且扰动体的左侧面和右侧面以扰动体的中轴线为对称轴呈相互对称的关系，扰动体的左侧面和右侧面的一侧均设置有压电片。
2.根据权利要求1所述的压差式的压电发电装置，其特征在于：所述压电片水平设置。
3.根据权利要求1所述的压差式的压电发电装置，其特征在于：所述扰动体左侧面和右侧面一侧的压电片的设置方向平行于扰动体的中轴线。
4.根据权利要求3所述的压差式的压电发电装置，其特征在于：所述发电装置还包括有支架，所述扰动体固定在支架的中部；多片压电片固定在支架上，分别位于扰动体的左侧面和右侧面的一侧。
5.根据权利要求4所述的压差式的压电发电装置，其特征在于：所述扰动体左侧面和右侧面的压电片远离扰动体的一侧设置有限位片，限位片固定在支架上，限位片与压电片之间保持一定空隙。
6.根据权利要求5所述的压差式的压电发电装置，其特征在于：所述限位片为弧形弹性片。
7.根据权利要求1~6任一项所述的压差式的压电发电装置，其特征在于：所述压电片包括弹性基片和设置在弹性基片侧面上的压电薄膜。
8.根据权利要求1~6任一项所述的压差式的压电发电装置，其特征在于：所述扰动体呈柱状，其内部开设有空腔。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201810130446.4A CN108566117B (zh) | 2018-02-08 | 2018-02-08 | 一种压差式的压电发电装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201810130446.4A CN108566117B (zh) | 2018-02-08 | 2018-02-08 | 一种压差式的压电发电装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN108566117A CN108566117A (zh) | 2018-09-21 |
| CN108566117B true CN108566117B (zh) | 2019-06-04 |
Family
ID=63531140
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201810130446.4A Active CN108566117B (zh) | 2018-02-08 | 2018-02-08 | 一种压差式的压电发电装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN108566117B (zh) |
Family Cites Families (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN104868785B (zh) * | 2015-04-30 | 2017-09-05 | 沈阳化工大学 | 一种内置压电梁的圆筒涡致振动发电装置 |
| CN105471319B (zh) * | 2015-12-30 | 2017-06-16 | 南京理工大学 | 一种气流致声压电发电强制振动装置 |
| CN105846721B (zh) * | 2016-05-18 | 2017-10-27 | 重庆大学 | 用于流水能量采集的非对称弹性梁 |
| CN205681348U (zh) * | 2016-06-15 | 2016-11-09 | 浙江师范大学 | 一种自激振动式定常管流压电发电机 |
-
2018
- 2018-02-08 CN CN201810130446.4A patent/CN108566117B/zh active Active
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN108566117A (zh) | 2018-09-21 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Zhao et al. | Recent progress in blue energy harvesting for powering distributed sensors in ocean | |
| Lin et al. | Recent progress in triboelectric nanogenerators as a renewable and sustainable power source | |
| Mariello et al. | Nanogenerators for harvesting mechanical energy conveyed by liquids | |
| CN108429428B (zh) | 电磁摩擦复合式多方向振动能量采集器及其制造方法 | |
| CN102170246B (zh) | 带柔性梁结构的振动式微型风力发电机 | |
| CN107733285A (zh) | 一种用于水下全向位涡激振动发电装置 | |
| CN105932905B (zh) | 一种基于双沉浮自由度流致振动的能量采集装置 | |
| WO2023024431A1 (zh) | 一种增频微振海流能摩擦纳米发电机 | |
| CN104993737A (zh) | 一种基于流致振动的双向能量采集装置 | |
| CN105515444B (zh) | 一种杆环结构多方向压电发电装置 | |
| CN107171595B (zh) | 一种利用海洋能发电的柔性压电装置 | |
| Cao et al. | Hybrid Triboelectric–Electromagnetic Nanogenerator Based on a Tower Spring for Harvesting Omnidirectional Vibration Energy | |
| CN108566117B (zh) | 一种压差式的压电发电装置 | |
| Liu et al. | A review of collecting ocean wave energy based on piezoelectric energy harvester | |
| CN201781430U (zh) | 船上压电发电装置 | |
| Chiba et al. | Innovative elastomer transducer driven by karman vortices in water flow | |
| CN202395680U (zh) | 一种新型的压电发电装置 | |
| CN103762894A (zh) | 一种利用并列双圆柱流致振动收集电能的装置 | |
| CN207033644U (zh) | 一种基于压电效应的海洋波浪能发电装置 | |
| CN107806459B (zh) | 一种基于压电薄膜涡激振动的管道增强传热与采集电能装置 | |
| CN106988953B (zh) | 一种用于水下航行器的流体动能收集装置 | |
| JP2011106434A (ja) | 海洋エネルギー発電デバイス及びこれを用いた蓄電装置 | |
| CN110829891A (zh) | 一种波浪冲击式压电能量采集装置及方法 | |
| CN110224635A (zh) | 一种多方向俘能装置 | |
| Reilly | Triboelectric nanogenerator with ocean wave energy |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |