CN112202360A - 一种基于水流激励作用下的压电发电装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种基于水流激励作用下的压电发电装置，包括壳体、底座、转轴、齿轮传动机构，曲柄—滑块机构和压电振子单元；其中齿轮传动机构由两组啮合的斜齿轮和四根转轴组成，分别实现了力在平面内上方向的改变，从而将水流的动能转化为曲柄—滑块机构的机械能；曲柄—滑块机构分为左右两组，分别由曲柄、连杆、滑块以及胶接在壳体的导轨组成，将转轴上的旋转转化为滑块在平面上的来回往复运动，滑块由永磁体制成；压电振子单元由四块压电振子组成，分别均匀对称的装配在壳体左右两端，压电振子中的悬臂梁采用铁磁性基板制成；本发明采用两组发电结构，增强了俘能的效率，从而达到提高一种基于水流的压电发电装置性能的作用。
Description
技术领域
本发明涉及一种基于水流激励作用下的压电发电装置，本发明属于发电技术领域。
背景技术
我国境内遍布的河流达数千条之多。近年来，由于围湖造田、水土流失等原因，大部分河流出现了截流和水位下降等多种原因，近1/4的河流或者河段都不能满足基本的灌溉需求，此外，由于目前很多地区中小河流防洪设施不完善、甚至没有任何防洪措施，今年南方，汛期来临甚至出现了溃堤或者漫堤现象，直接威胁了沿岸群众的生命和财产安全，因此，河流监测已受到国家相关部门的高度重视，水利部曾计划实现对《中小河流治理和中小水库除险加固专项规划》中确定的五千余条河流的监测全覆盖；同时，国内专家学者也相继提出了相应的监测方法和手段，包括针对防洪及造成泥石流等自然灾害的雨量、水位以及河流水流速度监测技术等多方面。虽然目前提出的某些监测方法在技术层面已经较为成熟，但尚未得到大面积的推广应用，其主要原因之一是监测系统供电问题未得到很好的解决。
发明内容
本发明主要解决的技术问题是提高一种基于水流激励作用下的压电发电装置，能够将河流中的水能转化为电能，具有绿色环保、操作控制方便、维护成本低等特点。
本发明采用的技术方案是：提供一种收集水能的压电发电装置，由壳体(1)、底座(2)、齿轮传动机构、曲柄—滑块机构、压电振子单元组成。
所述压电发电装置，其特征在于：包括壳体(1)、底座(2)、螺旋桨(3)、水平转轴(4)、密封箱(5、)竖直转轴(6)、斜齿轮一(7)、斜齿轮二(8)、斜齿轮三(9)、斜齿轮四(10)、斜齿轮五(11)、左转轴(12)、右转轴(13)、左曲柄(14)、右曲柄(15)、左连杆(16)、右连杆(17)、左滑块(18)、右滑块(19)、左导轨(20)、右导轨(21)、左销轴(22)、右销轴(23)、左上压电振子(24)、左下压电振子(25)、右上压电振子(26)、右下压电振子(27)组成；所述壳体(1)固定在底座(2)上，所述螺旋桨(3)与水平转轴(4)相互连接，所述斜齿轮一(7)与斜齿轮二(8)相互啮合且在密封箱(5)中密封，所述竖直转轴(6)固定在轴线垂直于底座(2)的孔内并与斜齿轮三(9)连接，所述齿轮三(9)同时与所述齿轮四(10)、所述齿轮五(11)啮合，所述斜齿轮四(10)、斜齿轮五(11)分别左转轴(12)、右转轴(13)装配连接，所述左转轴(12)、右转轴(13)分别与左曲柄(14)、右曲柄(15)通过方形凹槽装配连接，左曲柄(14)、右曲柄(15)通过左销轴(22)、右销轴(23)将其与左连杆(16)、右连杆(17)连接，左连杆(16)、右连杆(17)上的圆孔分别对应与左滑块(18)、右滑块(19)上的圆柱装配在一起，左导轨(20)、右导轨(21)分别对应装配在壳体(1)的左右两面，所述左上压电振子(24)、左下压电振子(25)、右上压电振子(26)、右下压电振子(27)组成压电振子单元，压电振子单元左右对称的胶接在壳体的尾部，达到装配整个压电发电装置的目的。
作为上述技术方案的进一步改进，所述齿轮传动机构分为两组，水平转轴(4)、竖直转轴(6)、斜齿轮一(7)、斜齿轮二(8)构成一组；斜齿轮三(9)、斜齿轮四(10)、斜齿轮五(11)、左转轴(12)、右转轴(13)构成一组；两组齿轮传动机构将螺旋桨(3)收到的水流的动能转化成左转轴(12)、右转轴(13)的机械能。
作为上述技术方案的进一步改进，所述曲柄—滑块机构分为两组，分别由左曲柄(14)、右曲柄(15)、左连杆(16)、右连杆(17)、左滑块(18)、右滑块(19)、左导轨(20)、右导轨(21)组成；左曲柄(14)、右曲柄(15)、左连杆(16)、右连杆(17)通过左销轴(22)、右销轴(23)装配在一起。
作为上述技术方案的进一步改进，所述左转轴(12)、右转轴(13)一侧均设有水平方向的正方形台，所述左曲柄(14)、右曲柄(15)相对于所述转轴上的正方形台的位置设有正方形槽，正方形台与正方形槽相配合。
作为上述技术方案的进一步改进，所述左滑块(18)、右滑块(19)采用永磁体制成。
作为上述技术方案的进一步改进，所述左曲柄(14)、右曲柄(15)与左连杆(16)、右连杆(17)通过左销轴(22)、右销轴(23)连接。
作为上述技术方案的进一步改进，所述斜齿轮一(7)、斜齿轮二(8)装配在密封箱(5)中，密封箱上开设有轴线互相垂直的两孔，孔边采用密封橡圈密封。
作为上述技术方案的进一步改进，所述左上压电振子(24)、压电悬臂梁(24—2)、质量块(24—3)组成，所述左下压电振子(25)由压电片(25—1)、压电悬臂梁(25—2)、质量块(25—3)组成，所述右上压电振子(26)由压电片(26—1)、压电悬臂梁(26—2)、质量块(26-3)组成，所述右下压电振子(27)由压电片(27—1)、压电悬臂梁(27—2)、质量块(27—3)组成，压电片均采用压电陶瓷片。
作为上述技术方案的进一步改进，压电悬臂梁(24—2)、压电悬臂梁(25—2)、压电悬臂梁(26—2)、压电悬臂梁(27—2)均采用铁磁性材料。
附图说明
图1是本发明一种基于水流激励作用下的压电发电装置的整体结构示意图。
图2是本发明一种基于水流激励作用下的压电发电装置的俯视剖面图。
图3是本发明一种基于水流激励作用下的压电发电装置中内部的齿轮传动机构的结构示意图。
图4是本发明一种基于水流激励作用下的压电发电装置中的曲柄—滑块机构的结构示意图。
图5是本发明一种基于水流激励作用下的压电发电装置的压电振子的结构示意图。
具体实施方式
为了使本领域技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图对本发明进行详细描述，本部分的描述仅是示范性和解释性，不应对本发明的保护范围有任何的限制作用。
请参阅图1～4，本发明实施例中，具体结构包括：
所述压电发电装置，其特征在于：包括壳体(1)、底座(2)、螺旋桨(3)、水平转轴(4)、密封箱(5、)竖直转轴(6)、斜齿轮一(7)、斜齿轮二(8)、斜齿轮三(9)、斜齿轮四(10)、斜齿轮五(11)、左转轴(12)、右转轴(13)、左曲柄(14)、右曲柄(15)、左连杆(16)、右连杆(17)、左滑块(18)、右滑块(19)、左导轨(20)、右导轨(21)、左销轴(22)、右销轴(23)、左上压电振子(24)、左下压电振子(25)、右上压电振子(26)、右下压电振子(27)组成；所述壳体(1)固定在底座(2)上，所述螺旋桨(3)与水平转轴(4)相互连接，所述斜齿轮一(7)与斜齿轮二(8)相互啮合且在密封箱(5)中密封，所述竖直转轴(6)固定在轴线垂直于底座(2)的孔内并与斜齿轮三(9)连接，所述齿轮三(9)同时与所述齿轮四(10)、所述齿轮五(11)啮合，所述斜齿轮四(10)、斜齿轮五(11)分别左转轴(12)、右转轴(13)装配连接，所述左转轴(12)、右转轴(13)分别与左曲柄(14)、右曲柄(15)通过方形凹槽装配连接，左曲柄(14)、右曲柄(15)通过左销轴(22)、右销轴(23)将其与左连杆(16)、右连杆(17)连接，左连杆(16)、右连杆(17)上的圆孔分别对应与左滑块(18)、右滑块(19)上的圆柱装配在一起，左导轨(20)、右导轨(21)分别对应装配在壳体(1)的左右两面，所述左上压电振子(24)、压电悬臂梁(24—2)、质量块(24—3)组成，所述左下压电振子(25)由压电片(25—1)、压电悬臂梁(25—2)、质量块(25—3)组成，所述右上压电振子(26)由压电片(26—1)、压电悬臂梁(26—2)、质量块(26-3)组成，所述右下压电振子(27)由压电片(27—1)、压电悬臂梁(27—2)、质量块(27—3)组成，所述左上压电振子(24)、左下压电振子(25)、右上压电振子(26)、右下压电振子(27)组成压电振子单元，压电振子单元左右对称的胶接在壳体的尾部，达到装配整个压电发电装置的目的。
由于环境中水流的不稳定性，曲柄—滑块机构中滑块的作用频率也是在一定范围内变化的，可以将压电振子单元中的左上压电振子(24)、左下压电振子(25)、右上压电振子(26)、右下压电振子(27)分别设置成不同的固有频率，这样在左滑块(18)、右滑块(19)的作用频率变化下，可能使得压电振子单元中的一个或多个发生共振，提高整体压电发电装置的发电效率。
本发明实施例所提供的一种基于水流激励作用下的压电发电装置，在实际应用中的工作原理为：
水流经过螺旋桨(3)时，螺旋桨(3)带动水平转轴(4)转动，从而使水平转轴(4)上的斜齿轮一(7)旋转；与此同时与斜齿轮一(7)啮合的斜齿轮二(8)也发生旋转，带动与其连接的竖直转轴(6)转动，使得竖直转轴(6)上的斜齿轮三(9)旋转；斜齿轮三(9)带动与斜齿轮四(10)、斜齿轮五(11)旋转；分别与斜齿轮四(10)、斜齿轮五(11)连接的左曲柄(14)、右曲柄(15)也发生转动；左曲柄(14)、右曲柄(15)分别带动其左连杆(16)、右连杆(17)做平面内运动；左连杆(16)、右连杆(17)分别带动左滑块(18)、右滑块(18)做平面内运动；左滑块(18)、右滑块(19)由于左导轨(20)、右导轨(21)的约束作用，只能进行平面内的往复运动；由于左滑块(18)、右滑块(19)来回的直线往复运动，使得压电振子单元不断受到磁力作用而发生变形，从而提供电能。
本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上说明只适用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，由于文字表达的有限性，而客观上存在无限的具体结构，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进、润饰或变化，也可以将上述技术特征以适当的方式进行组合；这些改进润饰、变化或组合，或未经改进将发明的构思和技术方案直接应用于其它场合的，均应视为本发明的保护范围。
此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。
Claims (5)
1.一种基于水流激励作用下的压电发电装置，其特征在于：包括壳体(1)、底座(2)、螺旋桨(3)、水平转轴(4)、密封箱(5、)竖直转轴(6)、斜齿轮一(7)、斜齿轮二(8)、斜齿轮三(9)、斜齿轮四(10)、斜齿轮五(11)、左转轴(12)、右转轴(13)、左曲柄(14)、右曲柄(15)、左连杆(16)、右连杆(17)、左滑块(18)、右滑块(19)、左导轨(20)、右导轨(21)、左销轴(22)、右销轴(23)、左上压电振子(24)、左下压电振子(25)、右上压电振子(26)、右下压电振子(27)组成；所述壳体(1)固定在底座(2)上，所述螺旋桨(3)与水平转轴(4)相互连接，所述斜齿轮一(7)与斜齿轮二(8)相互啮合且在密封箱(5)中密封，所述竖直转轴(6)固定在轴线垂直于底座(2)的孔内并与斜齿轮三(9)连接，所述齿轮三(9)同时与所述齿轮四(10)、所述齿轮五(11)啮合，所述斜齿轮四(10)、斜齿轮五(11)分别与左转轴(12)、右转轴(13)装配连接，所述左转轴(12)、右转轴(13)分别与左曲柄(14)、右曲柄(15)通过方形凹槽装配连接，左曲柄(14)、右曲柄(15)通过左销轴(22)、右销轴(23)将其与左连杆(16)、右连杆(17)连接，左连杆(16)、右连杆(17)上的圆孔分别与左滑块(18)、右滑块(19)上的圆柱装配在一起，左导轨(20)、右导轨(21)分别对应装配在壳体(1)的左右两面，所述左上压电振子(24)、左下压电振子(25)、右上压电振子(26)、右下压电振子(27)组成压电振子单元，压电振子单元左右对称的胶接在壳体的尾部，达到装配整个压电俘能器的目的。
2.根据权利要求1所述的一种基于水流激励作用下的压电发电装置，其特征在于，所述螺旋桨(3)通过水平转轴(4)、竖直转轴(6)、斜齿轮一(7)、斜齿轮二(8)、斜齿轮三(9)、斜齿轮四(10)、斜齿轮五(11)进行装配，使螺旋桨(3)输入的力实现了空间上的转换。
3.根据权利要求1所述的一种基于水流激励作用下的压电发电装置，其特征在于，所述左曲柄(14)、右曲柄(15)、左连杆(16)、右连杆(17)、左滑块(18)、右滑块(19)，左导轨(20)、右导轨(21)分别构成了两组曲柄—滑块机构，两组曲柄—滑块机构同时工作，效率更高，且曲柄—滑块机构存在偏置，由于曲柄与连杆的重力作用，不易出现死点。
4.根据权利要求1所述的一种基于水流激励作用下的压电发电装置，其特征在于，所述压电振子单元中的悬臂梁采用铁磁性基板。
5.根据权利要求1所述的一种基于水流激励作用下的压电发电装置，其特征在于，所述左、右滑块(18)(19)由永磁体制成，当滑块靠近或远离压电振子单元时，由于磁性作用而吸引，引起压电振子变形，由于压电片的压电效应而产生电量。
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