CN110768575A - 一种隧道气流致振发电机 - Google Patents
一种隧道气流致振发电机 Download PDFInfo
- Publication number
- CN110768575A CN110768575A CN201910459650.5A CN201910459650A CN110768575A CN 110768575 A CN110768575 A CN 110768575A CN 201910459650 A CN201910459650 A CN 201910459650A CN 110768575 A CN110768575 A CN 110768575A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- piezoelectric vibrator
- pin
- blunt body
- slideway
- baffle
- 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.)
- Granted
Links
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims abstract description 22
- 230000003993 interaction Effects 0.000 claims description 2
- 230000005284 excitation Effects 0.000 description 10
- 238000005452 bending Methods 0.000 description 7
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 6
- 238000003475 lamination Methods 0.000 description 4
- 239000000463 material Substances 0.000 description 4
- 230000008878 coupling Effects 0.000 description 3
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 description 3
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 description 3
- 230000008859 change Effects 0.000 description 2
- 239000012530 fluid Substances 0.000 description 2
- 238000000034 method Methods 0.000 description 2
- 230000008569 process Effects 0.000 description 2
- 230000003321 amplification Effects 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 238000012423 maintenance Methods 0.000 description 1
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 description 1
- 238000003199 nucleic acid amplification method Methods 0.000 description 1
- 238000010248 power generation Methods 0.000 description 1
- 230000004044 response Effects 0.000 description 1
Images
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
-
- 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
- H02N2/188—Vibration harvesters adapted for resonant operation
Abstract
本发明涉及一种隧道气流致振发电机,属新能源技术领域。支架上设有带上滑道的上梁、带下滑道的下梁及连接上下梁的挡板,下梁的两端设有支脚,挡板置于上下梁的一端且上下滑道相对安装;定销和动销的两端都套有销套,定销和动销与销套铰接,销套装在上下滑道中;压电振子套在动销的阶梯槽中,压电振子的一端经螺钉固定在定销的阶梯槽中、另一端经螺钉与钝体的耳板连接,钝体靠近挡板一侧安装,钝体为空心圆柱壳体且其中心线位于垂直面内;非工作时,压电振子厚度方向的对称中心层、定销和动销的中心线、钝体的中心线以及挡板的宽度方向的对称中心层位于同一垂直平面内;压电振子由基板及其两侧或一侧所粘接的压电片构成。
Description
技术领域
本发明属于新能源技术领域,具体涉及一种隧道气流致振发电机。
背景技术
隧道已成为目前公路及铁路网络的重要组成部分。为确保汽车及火车能够正常安全通行、实现隧道环境及通行车辆的实时监测,隧道中需要安装各类仪器设备及照明设施,因此隧道中也要有相应的供电设施。如采用传统的电缆供电,电缆的铺设及后续维护的难度较大、成本较高;如采用电池供电,因电池寿命有限、需经常更换,使用极其不便,尤其是在偏远山区。
发明内容
本发明提出一种隧道气流致振发电机,本发明采用的实施方案是:支架上设有带上滑道的上梁、带下滑道的下梁及连接上下梁的挡板,下梁的两端设有支脚,挡板置于上下梁的一端且上下滑道相对安装;定销和动销的两端都套有销套,定销和动销与销套铰接,销套经螺钉安装在上下滑道中;压电振子套在动销的阶梯槽中,压电振子的一端经螺钉固定在定销的阶梯槽中、另一端经螺钉与钝体的耳板连接,钝体靠近挡板一侧安装,钝体为空心圆柱壳体且其中心线位于垂直面内;非工作时,压电振子厚度方向的对称中心层、定销和动销的中心线、钝体的中心线以及挡板的宽度方向的对称中心层位于同一垂直平面内;挡板的宽度与钝体直径的比值即宽径比为1~3,钝体外表面到挡板的最小间距与钝体直径的比值即间径比为0~3;压电振子由基板及其两侧或一侧所粘接的压电片构成,基板与压电片的长度相等,基板比压电片宽,基板与动销的阶梯槽两端窄的部分接触但无相互作用力,压电片置于动销的阶梯槽中间较宽的部分但不与阶梯槽的内壁接触。
本发明中,其它参数确定的情况下,移动动销的销套时调节压电振子的刚度和发电机的固有频率,移动定销的销套时调节间径比。
工作中,气流由定销流向钝体和挡板,气流流经钝体后产生卡门漩街,漩涡的交替生成与脱落会使钝体前后两侧的气体压力交替变化从而产生使钝体及压电振子绕动销往复摆动的激振力,压电振子的往复弯曲变形过程中即将气流能转换成了电能;气流经过钝体后受到挡板的阻碍时,气流的流向及漩涡形态及动态特性均发生变化,从而使激振力的幅值大幅度增加或减小;此外,因激励频率即漩涡的脱落频率随气流流速的增加而增加,当激励频率与发电机的固有频率相同或相近时,钝体的振幅最大、压电振子受激强度及发电量都较大,故本发明可根据使用环境的流速调节定销和动销间的距离,从而调节压电振子的弯曲刚度和发电机的固有频率,以便使发电机的固有频率与激励频率相适应、提高发电能力;特别地,当动销与钝体的耳板接触或距离很近时,钝体的振幅及压电振子的弯曲变形量都较小,可避免压电振子因变形过大而损毁。
本发明中,根据气流速度范围调节间径比以确保压电振子d的变形量不超过其许用值,压电振子为两叠片的单晶或三叠片的双晶振子,压电振子为单晶振子且其基板和压电片厚度相等时其自由端的许用变形量为其中l为压电振子的悬臂长度、即为动销与钝体之间压电振子的非夹持部分的长度,h为压电振子d的总厚度,β=Em/Ep,Em和Ep分别为基板和压电片材料的弹性模量,Tp和k31分别为压电片d2材料的许用应力和机电耦合系数。
优势与特色:①压电振子的刚度及发电机的固有频率可调,易于使发电机基频与流体涡激振动频率相适应,故可适应的有效频带宽、流速适应能力强;②钝体后方设置的挡板可有效调节钝体的耦合振动响应特性,易于通过调节二者间距、尺度等参数调节钝体放大比,进一步提高发电机的可靠性、流速适应性及发电能力;③本发明中压电振子是通过铰接安装的外伸梁,弯曲变形时压电片长度方向上的应力分布均匀、可靠性高,且同一压电片的表面仅产生同一种正或负电荷、不致因异性电荷同时存在并相互抵消而影响发电量。
附图说明
图1是本发明一个较佳实施例中发电机的结构示意图;
图2是图1的A-A剖视图;
图3是图1的B-B剖视图;
图4是图1的C-C剖视图;
图5是本发明一个较佳实施例中定销的结构示意图;
图6是本发明一个较佳实施例中动销的结构示意图;
图7是本发明一个较佳实施例中支架的结构示意图;
图8图7的左视图;
图9为钝体外表面到挡板最小间距不同时输出电压与流速的关系曲线。
具体实施方式
支架a上设有带上滑道a4的上梁a1、带下滑道a5的下梁a2及连接上梁a1和下梁a2的挡板a3,下梁a2的两端设有支脚a6,挡板a3置于上梁a1和下梁a2的一端且上滑道a4和下滑道a5相对安装;定销b和动销c的两端都套有销套f,定销b和动销c与销套f铰接,销套f经螺钉安装在上滑道a4和下滑道a5中;压电振子d套在动销c的阶梯槽c1中,压电振子d的一端经螺钉固定在定销b的阶梯槽b1中、另一端经螺钉与钝体e的耳板e1连接,钝体e靠近挡板a3一侧安装,钝体e为空心圆柱壳体且其中心线位于垂直面内;非工作时压电振子d厚度方向的对称中心层、定销b和动销c的中心线、钝体e的中心线以及挡板a3的宽度方向的对称中心层位于图1中的同一垂直平面内,即图1中的同一垂直平面内、亦即图2中水平面z内;挡板a3的宽度H与钝体e的直径D的比值即宽径比为H/D=1~3,钝体e的外表面到挡板a3的最小间距L与钝体e的直径D的比值即间径比为L/D=0~3;压电振子d由基板d1及其两侧或一侧所粘接的压电片d2构成,基板d1与压电片d2的长度相等,基板d1比压电片d2宽,基板d1与动销c的阶梯槽c1两端窄的部分接触但无相互作用力,压电片d2置于动销c的阶梯槽c1中间较宽的部分但不与阶梯槽c1的内壁接触。
本发明中,其它参数确定的情况下,移动动销c的销套f时调节压电振子d的刚度和发电机的固有频率,移动定销b的销套f时调节间径比。
工作中,气流由定销b流向钝体e和挡板a3,气流流经钝体e后产生卡门漩街,漩涡的交替生成与脱落会使钝体e前后两侧的气体压力交替变化从而产生使钝体e及压电振子d绕动销c往复摆动的激振力,压电振子d的往复弯曲变形过程中即将气流动能转换成了电能;气流经过钝体e后受到挡板a3的阻碍时,气流的流向及漩涡形态及动态特性均发生变化,从而使激振力的幅值大幅度增加或减小;此外,因激励频率即漩涡的脱落频率随气流流速的增加而增加,当激励频率与发电机的固有频率相同或相近时,钝体e的振幅最大、压电振子d受激强度及发电量都较大,故本发明可根据使用环境的流速调节定销b和动销c间的距离,从而调节压电振子d的弯曲刚度和发电机的固有频率,以便使发电机的固有频率与激励频率相适应、提高发电能力;特别地,当动销c与钝体e的耳板e1接触或距离很近时,钝体e的振幅及压电振子d的弯曲变形量都较小,可避免压电振子d因变形过大而损毁。
Claims (1)
1.一种隧道气流致振发电机,其特征在于:支架上设有带上滑道的上梁、带下滑道的下梁及连接上下梁的挡板,下梁的两端设有支脚,挡板置于上下梁的一端且上下滑道相对安装;定销和动销的两端都套有销套,定销和动销与销套铰接,销套经螺钉安装在上下滑道中;压电振子套在动销的阶梯槽中,压电振子的一端经螺钉固定在定销的阶梯槽中、另一端经螺钉与钝体的耳板连接,钝体靠近挡板一侧安装,钝体为空心圆柱壳体且其中心线位于垂直面内;非工作时,压电振子厚度方向的对称中心层、定销和动销的中心线、钝体的中心线以及挡板的宽度方向的对称中心层位于同一垂直平面内;挡板的宽度与钝体直径的比值为1~3,钝体外表面到挡板的最小间距与钝体直径的比值为0~3;压电振子由基板及其两侧或一侧所粘接的压电片构成,基板与压电片的长度相等,基板比压电片宽,基板与动销的阶梯槽两端窄的部分接触但无相互作用力,压电片置于动销的阶梯槽中间较宽的部分但不与阶梯槽的内壁接触。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN201910459650.5A CN110768575B (zh) | 2019-05-18 | 2019-05-18 | 一种隧道气流致振发电机 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN201910459650.5A CN110768575B (zh) | 2019-05-18 | 2019-05-18 | 一种隧道气流致振发电机 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
CN110768575A true CN110768575A (zh) | 2020-02-07 |
CN110768575B CN110768575B (zh) | 2021-11-12 |
Family
ID=69329281
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
CN201910459650.5A Active CN110768575B (zh) | 2019-05-18 | 2019-05-18 | 一种隧道气流致振发电机 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
CN (1) | CN110768575B (zh) |
Citations (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2006132397A (ja) * | 2004-11-04 | 2006-05-25 | Akita Univ | 流力振動を利用した圧電セラミックによる発電方法及び装置 |
CN103075313A (zh) * | 2013-01-15 | 2013-05-01 | 重庆大学 | 一种利用低速气流流致振动收集电能的方法 |
CN105006991A (zh) * | 2015-07-22 | 2015-10-28 | 上海交通大学 | 叠层压电式井下能量采集装置 |
CN105680717A (zh) * | 2016-04-18 | 2016-06-15 | 苏州大学 | 一种叶片式复合风动能量收集器 |
CN105932907A (zh) * | 2016-06-15 | 2016-09-07 | 浙江师范大学 | 一种风电齿轮箱监测用旋流激励压电俘能器 |
CN106026771A (zh) * | 2016-06-15 | 2016-10-12 | 浙江师范大学 | 一种自调频压电水流俘能器 |
CN107359772A (zh) * | 2017-08-17 | 2017-11-17 | 浙江师范大学 | 一种磁耦合逐级激励式流体俘能器 |
-
2019
- 2019-05-18 CN CN201910459650.5A patent/CN110768575B/zh active Active
Patent Citations (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2006132397A (ja) * | 2004-11-04 | 2006-05-25 | Akita Univ | 流力振動を利用した圧電セラミックによる発電方法及び装置 |
CN103075313A (zh) * | 2013-01-15 | 2013-05-01 | 重庆大学 | 一种利用低速气流流致振动收集电能的方法 |
CN105006991A (zh) * | 2015-07-22 | 2015-10-28 | 上海交通大学 | 叠层压电式井下能量采集装置 |
CN105680717A (zh) * | 2016-04-18 | 2016-06-15 | 苏州大学 | 一种叶片式复合风动能量收集器 |
CN105932907A (zh) * | 2016-06-15 | 2016-09-07 | 浙江师范大学 | 一种风电齿轮箱监测用旋流激励压电俘能器 |
CN106026771A (zh) * | 2016-06-15 | 2016-10-12 | 浙江师范大学 | 一种自调频压电水流俘能器 |
CN107359772A (zh) * | 2017-08-17 | 2017-11-17 | 浙江师范大学 | 一种磁耦合逐级激励式流体俘能器 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
CN110768575B (zh) | 2021-11-12 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN107332473B (zh) | 一种压电振动式管道流发电机 | |
CN110768575B (zh) | 一种隧道气流致振发电机 | |
KR100994706B1 (ko) | 풍력 진동 압전식 에너지 하비스터 | |
Wang et al. | Modelling and validation of a regenerative shock absorber system | |
CN110912449B (zh) | 一种压电式隧道气流发电机 | |
CN110798099A (zh) | 一种用于河流发电的压电俘能器 | |
CN110752773B (zh) | 一种气流致振压电发电机 | |
CN110932599B (zh) | 一种行车致振风力发电机 | |
CN107508494B (zh) | 一种隧道气流致振俘能器 | |
CN106704306B (zh) | 可调喷嘴挡板距离抑制伺服阀自激振荡的装置及方法 | |
CN211116416U (zh) | 一种风力发电机组柔性塔架扰流装置 | |
CN107201989A (zh) | 一种高速车辆风力发电装置 | |
CN110735767B (zh) | 一种收缩式风力发电机组柔性塔架风致振动扰流装置 | |
CN210290011U (zh) | 用于风力发电机叶片的双向减震装置 | |
CN205676857U (zh) | 消能条式泄洪装置 | |
CN107359813B (zh) | 一种隧道行车气流致振俘能器 | |
CN110880886B (zh) | 一种风致振压电俘能器 | |
CN107860429A (zh) | 一种高精度平衡流量检测器 | |
CN108374806B (zh) | 一种矿用压风机磁流变压电主动吸音消音器 | |
CN110768574B (zh) | 一种风致振压电发电机 | |
CN105973320A (zh) | 一种高精度平衡流量计 | |
CN207795470U (zh) | 一种风力发电机测试的隧道结构 | |
CN106092224A (zh) | 一种带喷嘴结构的流量计 | |
CN201149501Y (zh) | 用于科里奥利力流量计的扰杆式主振动装置 | |
CN214096186U (zh) | 一种涡街流量计 |
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 | ||
TR01 | Transfer of patent right | ||
TR01 | Transfer of patent right |
Effective date of registration: 20230922 Address after: 230000 Room 203, building 2, phase I, e-commerce Park, Jinggang Road, Shushan Economic Development Zone, Hefei City, Anhui Province Patentee after: Hefei Jiuzhou Longteng scientific and technological achievement transformation Co.,Ltd. Address before: 321004 Zhejiang Normal University, 688 Yingbin Avenue, Wucheng District, Jinhua City, Zhejiang Province Patentee before: ZHEJIANG NORMAL University |