CN109742973A - 一种增大耦合作用的弧面并行复摆式压电俘能器 - Google Patents

Abstract

一种增大耦合作用的弧面并行复摆式压电俘能器，属于水流和空气流致振动俘能技术领域，本发明为了解决现有压电俘能器无法适用于实际复杂多变的水域流场或空气流场，排布方式过于理想化，实际应用性差、效率低的问题。压电振子和固支底座，固支底座的上端面设有一弧面，弧面上至少安装有一个压电振子，压电振子可在弧面上滑动。本发明的一种增大耦合作用的弧面并行复摆式压电俘能器将压电振子沿曲面任意布置，避免了传统压电俘能器排布分散的问题，具有能量利用率高的优点。

Description

一种增大耦合作用的弧面并行复摆式压电俘能器

技术领域

本发明涉及一种压电俘能器，具体涉及一种增大耦合作用的弧面并行复摆式压电俘能器，属于水流和空气流致振动俘能技术领域。

背景技术

流致振动俘能就是利用水流或空气流流过非流线型物体时，交替脱落的涡旋产生的涡激力激励俘能振子振动，从而产生电能的一项技术。

现有技术中的流致振动俘能多为平面排布的单俘能器或双俘能器，排布形式单一。研究表明弧面并行复摆式压电俘能器不仅能有效利用空间，而且振子间的相互耦合作用能有效增大压电片振动幅度，提高俘能效率。目前流致振动俘能主要采用平面式双俘能器并行或串行排布方式。如文献“范梦龙.双圆柱涡激耦合振动下的压电俘能研究[D].哈尔滨工业大学硕士学位论文.2016”中提出的串行、并行双俘能器。其结构虽然能实现较好的俘能效果，但仅分析了两个振子间的耦合作用，没有三个及以上数量俘能振子间的耦合作用，缺少代表性，而且平面排布过于理想化，无法适用于实际复杂多变的水域流场或空气流场。故现有排布方式存在实际应用性差、效率低等缺点。

发明内容

本发明的目的是提供一种增大耦合作用的弧面并行复摆式压电俘能器，以解决现有压电俘能器无法适用于实际复杂多变的水域流场或空气流场，排布方式过于理想化，实际应用性差、效率低的问题。

一种增大耦合作用的弧面并行复摆式压电俘能器包括压电振子和固支底座，所述固支底座的上端面设有一弧面，弧面上至少安装有两个压电振子，压电振子可在弧面上成任意角度排布。

优选的：固支底座包括弧形支撑轨道、滑块和倒T型支架，弧形支撑轨道固定安装在倒T型支架上，弧形支撑轨道的两侧边缘均开有长孔，滑块安装在长孔上，且可沿长孔滑动。

优选的：滑块包括本体，本体横板的底端面上开有卡槽，卡槽内对称安装有第一螺栓组，第一螺栓组上设有橡胶垫片，本体通过两个第一螺栓组安装在两个长孔上，本体立板上对称安装有第二螺栓组，压板通过第二螺栓组压紧在本体立板上，压电振子的固定端安装在压板和本体立板之间。

优选的：压电振子包括扰流柱和压电悬臂梁，扰流柱的底端开有窄槽，压电悬臂梁的一端通过内六角螺钉固定安装在窄槽内，另一端固定在固支底座上。

优选的：压电悬臂梁包括弹性基板，弹性基板的侧壁上设有压电材料。

优选的：压电振子的数量为3个或5个。

本发明与现有产品相比具有以下效果：

1、弧面并行复摆式压电俘能器可在振子相互间无振荡干涉的情况下，在滑轨任意位置装夹若干压电振子，振子间可互成任意角度，固支底座的支撑轨道圆弧面的轴心方向与水流或空气流方向一致，流体经过扰流柱产生交替涡旋，涡旋的脱落在扰流柱两侧产生周期性流激力，激励压电片产生周期性弯曲振动，且振子间相互耦合作用能增大压电片振动幅度，提高俘能效率。

2、利用弧面并行方式排布的压电俘能器实现振子的周期性振荡，具有激励方式简单、俘能效率高、结构新颖、设计灵活、可系列化生产的优点。

3、将压电振子沿曲面任意布置，避免了传统压电俘能器排布分散的问题，具有能量利用率高的优点。

附图说明

图1是一种增大耦合作用的弧面并行复摆式压电俘能器的结构示意图；

图2是固支底座的结构示意图；

图3是滑块的结构示意图；

图4是图3的后视图；

图5是压电振子的结构示意图；

图6是图5的A处放大图；

图7是5振子结构示意图。

图中：1-弧形支撑轨道、2-滑块、3-长孔、4-卡槽、5-第一螺栓组、6-橡胶垫片、7-压板、8-平垫片、9-扰流柱、10-窄槽、11-内六角螺钉、12-压电悬臂梁、13-压电材料、14-弹性基板、15-倒T型支架、16-第二螺栓组。

具体实施方式

下面根据附图详细阐述本发明优选的实施方式。

如图1至图7所示，本发明所述的一种增大耦合作用的弧面并行复摆式压电俘能器包括压电振子和固支底座，所述固支底座的上端面设有一弧面，弧面上至少安装有两个压电振子，压电振子可在弧面上成任意角度排布。

进一步：固支底座包括弧形支撑轨道1、滑块2和倒T型支架15，弧形支撑轨道1固定安装在倒T型支架15上，弧形支撑轨道1的两侧边缘均开有长孔3，滑块2安装在长孔3上，且可沿长孔3滑动。

进一步：滑块2包括本体，本体横板的底端面上开有卡槽4，卡槽4内对称安装有第一螺栓组5，第一螺栓组5上设有橡胶垫片6，本体通过两个第一螺栓组5安装在两个长孔3上，本体立板上对称安装有第二螺栓组16，压板7通过第二螺栓组16压紧在本体立板上，压电振子的固定端安装在压板7和本体立板之间，卡槽4的内表面为圆弧面，与弧形支撑轨道1上表面的曲率一致，第二螺栓组16上设有平垫片8。

进一步：压电振子包括扰流柱9和压电悬臂梁12，扰流柱9的底端开有窄槽10，压电悬臂梁12的一端通过内六角螺钉11固定安装在窄槽10内，另一端固定在固支底座上。

进一步：压电悬臂梁12包括弹性基板14，弹性基板14的侧壁上设有压电材料13。

进一步：压电振子的数量为3个或5个；本发明的弧面并行复摆式压电俘能器可在振子相互间无振荡干涉的情况下，在滑轨任意位置装夹若干圆柱振子，振子间可互成任意角度，固支底座的支撑轨道圆弧面的轴心方向与水流或空气流方向一致，流体经过扰流柱产生交替涡旋，涡旋的脱落在扰流柱两侧产生周期性流激力，激励压电片产生周期性弯曲振动，且振子间相互耦合作用能增大压电片振动幅度，提高俘能效率。

本实施方式只是对本专利的示例性说明，并不限定它的保护范围，本领域技术人员还可以对其局部进行改变，只要没有超出本专利的精神实质，都在本专利的保护范围内。

Claims (6)

1.一种增大耦合作用的弧面并行复摆式压电俘能器，其特征在于：包括压电振子和固支底座，所述固支底座的上端面设有一弧面，弧面上至少安装有两个压电振子，压电振子可在弧面上成任意角度排布。

2.根据权利要求1所述的一种增大耦合作用的弧面并行复摆式压电俘能器，其特征在于：所述固支底座包括弧形支撑轨道(1)、滑块(2)和倒T型支架(15)，弧形支撑轨道(1)固定安装在倒T型支架(15)上，弧形支撑轨道(1)的两侧边缘均开有长孔(3)，滑块(2)安装在长孔(3)上，且可沿长孔(3)滑动。

3.根据权利要求2所述的一种增大耦合作用的弧面并行复摆式压电俘能器，其特征在于：所述滑块(2)包括本体，本体横板的底端面上开有卡槽(4)，卡槽(4)内对称安装有第一螺栓组(5)，第一螺栓组(5)上设有橡胶垫片(6)，本体通过两个第一螺栓组(5)安装在两个长孔(3)上，本体立板上对称安装有第二螺栓组(16)，压板(7)通过第二螺栓组(16)压紧在本体立板上，压电振子的固定端安装在压板(7)和本体立板之间。

4.根据权利要求1所述的一种增大耦合作用的弧面并行复摆式压电俘能器，其特征在于：所述压电振子包括扰流柱(9)和压电悬臂梁(12)，扰流柱(9)的底端开有窄槽(10)，压电悬臂梁(12)的一端通过内六角螺钉(11)固定安装在窄槽(10)内，另一端固定在固支底座上。

5.根据权利要求4所述的一种增大耦合作用的弧面并行复摆式压电俘能器，其特征在于：所述压电悬臂梁(12)包括弹性基板(14)，弹性基板(14)的侧壁上设有压电材料(13)。

6.根据权利要求1所述的一种增大耦合作用的弧面并行复摆式压电俘能器，其特征在于：所述压电振子的数量为3个或5个。