CN112234862A - 一种用于给管道内部监测装置供电的旋转型压电俘能器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于给管道内部监测装置供电的旋转型压电俘能器，用于直接收集水能的发电装置；本发明主要由壳体、旋转轴、振子基座、压电振子、矩形磁铁、旋转基座、条形磁铁和扇叶组成；利用水流冲击扇叶带动旋转轴转动，从而带动旋转基座转动，旋转基座上的条形磁铁就会与压电振子上的矩形磁铁发生磁力耦合导致压电振子变形，由于压电效应，压电振子表面就会产生电荷；多个压电振子串联可以使俘能产生的电压短时间内达到最大；在压电发电技术领域具有很好的应用前景。
Description
技术领域
一种用于给管道内部监测装置供电的旋转型压电俘能器，具体涉及一种可收集水能 的压电式俘能器，属于流体流致振动俘能技术领域。
背景技术
在城市自来水管道以及污水处理管道工程勘察中，为了获取管道内部的液体污染情况，需要对液体进行水质监测检查，一方面，自来水是家家户户生活的源泉，有污染的水流入居民的水管对居民的身体会造成难以想象的影响；虽然目前所提出的某些监测方法在技术层面已较成熟，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
本发明针对目前监测系统供电存在的问题，提出一种发电量高、电量稳定，可直接收集水能的俘能装置。
本发明采用的技术方案是：由壳体(1)、旋转轴(2)、振子基座(3)、压电振子 (4)、矩形磁铁(5)、旋转基座(6)、条形磁铁(7)和扇叶(8)组成；
所述壳体(1)有两个，分别为左侧壳体(1—1)和右侧壳体(1—2)，所述左侧 壳体(1—1)与所述右侧壳体(1—2)分别位于所述旋转轴(2)的两侧且镜像设置的；所 述壳体(1)底面上有一组壳体定位销(1—3)，用于固定所述振子基座(3)；所述振子基座 (3)右侧开设一组与所述壳体定位销(1—3)相配合的壳体定位孔槽(3—1)；所述振子基 座(3)左侧开设一组固定孔槽(3—2)，所述壳体左端盖(1—4)内部底面有一组壳体固定 销(1—5)，所述壳体固定销(1—5)与所述固定孔槽(3—2)相配合以达到固定所述振子 基座(3)的作用；所述振子基座(3)上开设两组直槽(3—3)，用于安装所述压电振子(4)； 两组所述直槽(3—3)不在同一个平面上，其中一组直槽(3—3)所在位置相对较高；所述 压电振子(4)由金属基板(4—1)和粘贴在所述金属基板(4—1)上的矩形压电陶瓷片(4 —2)组成；所述金属基板(4—1)为黄铜压电梁，所述金属基板(4—1)一端插入所述直 槽(3—3)并通过胶接固定，另一端胶接一块矩形磁铁(5)；所述壳体左端盖(1—1)盖住 所述壳体(1)左侧并通过焊接的方式进行密封，将所述振子基座(3)密封在所述壳体(1) 的左侧；所述壳体右端盖(1—6)开设一个圆孔(1—7)，用于通过所述旋转基座(6)的传 动轴(6—1)，所述旋转基座(6)是一个“T”字形结构，基座悬架(6—2)两端各粘接一 块条形磁铁(7)，用于与压电振子(4)上的矩形磁铁(5)产生磁力耦合；所述基座悬架(6 —2)下方的传动轴(6—1)是一个阶梯轴形状，较粗的一端焊接在所述基座悬架(6—2) 上；所述旋转轴(2)两侧各开设一个圆形孔槽(2—1)，用于与所述旋转基座(6)的传动 轴(6—1)相配合；所述壳体右端盖(1—6)与所述壳体(1)右侧配合安装并用焊接的方 式固定；所述旋转轴(2)上焊接三片扇叶(8)；所述右侧壳体(1—2)与所述左侧壳体(1 —1)结构完全相同，再用相同的手法对所述右侧壳体(1—2)进行装配，达到装配整个俘 能器的目的。
作为上述技术方案的进一步改进，所述振子基座(3)上的定位孔槽(3—1)和固 定孔槽(3—2)通过所述壳体定位销(1—3)和所述壳体固定销(1—5)相配合，将所述振 子基座(3)牢牢地固定在所述壳体(1)左侧，以防止因水流的冲击导致振子基座(3)的 松动或脱落。
作为上述技术方案的进一步改进，所述振子基座(3)类似一个长方体形状，所述振子基座(3)上开设两组直槽(3—3)，一组有两个直槽(3—3)，同一组直槽(3—3)位 于同一个平面上且开设在振子基座(3)相对的面内；两组直槽(3—3)的高度不统一，以 减小振子基座(3)的体积进而减小整个俘能器的体积。
作为上述技术方案的进一步改进，所述壳体(3)与所述壳体左端盖(1—4)是焊 接密封的，将所述振子基座(3)密封在所述壳体(1)左侧，防止振子基座(3)上的压电 振子(4)受到水流的侵蚀而损坏。
作为上述技术方案的进一步改进，所述旋转基座(6)的传动轴(6—1)通过所述 壳体右端盖(1—6)开设的圆孔(1—7)插入所述旋转轴(2)侧面开设的圆形孔槽(2—1)； 所述旋转基座(6)的的传动轴(6—1)是一个阶梯轴，较细的一端插入所述圆形孔槽(2 —1)后还空出一小段，正好位于所述圆孔(1—7)上，所述传动轴(6—1)较粗的一端插 不进圆孔(1—7)并与所述旋转轴(6)侧面将所述壳体(1)整个卡在旋转基座(6)的传 动轴(6—1)上，由于传动轴(6—1)较细的一端空出所述圆形孔槽(2—1)一小部分所示 不会影响其带动旋转基座(6)转动。
本发明的有益效果是：
此俘能器利用水流冲击扇叶带动旋转轴转动，从而带动旋转基座转动，旋转基座上的条形磁铁就会与压电振子上的矩形磁铁发生磁力耦合导致压电振子变形，由于压电效应， 压电振子表面就会产生电荷；多个压电振子串联可以使俘能产生的电压在短时间内达到最大；
附图说明
图1所示为本发明的结构示意图。
图2所示为本发明的振子基座结构示意图。
图3所示为本发明的壳体左端盖结构示意图。
图4所示为本发明的旋转基座结构示意图。
图5所示为本发明的旋转轴结构示意图。
图6所示为本发明的壳体结构示意图。
图7所示为本发明的壳体的爆炸结构示意图。
图8所示为本发明的旋转轴与旋转基座配合结构示意图.
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1～8，本发明实施例中，具体结构包括：
一种用于给管道内部监测装置供电的旋转型压电俘能器，由壳体(1)、旋转轴(2)、振子基座(3)、压电振子(4)、矩形磁铁(5)、旋转基座(6)、条形磁铁(7)和扇叶(8) 组成；所述壳体(1)有两个，分别为左侧壳体(1—1)和右侧壳体(1—2)，所述左侧壳体 (1—1)与所述右侧壳体(1—2)分别位于所述旋转轴(2)的两侧且镜像设置的；所述壳 体(1)底面上有一组壳体定位销(1—3)，用于固定所述振子基座(3)；所述振子基座(3) 右侧开设一组与所述壳体定位销(1—3)相配合的壳体定位孔槽(3—1)；所述振子基座(3) 左侧开设一组固定孔槽(3—2)，所述壳体左端盖(1—4)内部底面有一组壳体固定销(1 —5)，所述壳体固定销(1—5)与所述固定孔槽(3—2)相配合以达到固定所述振子基座(3) 的作用；所述振子基座(3)上开设两组直槽(3—3)，用于安装所述压电振子(4)；两组所 述直槽(3—3)不在同一个平面上，其中一组直槽(3—3)所在位置相对较高；所述压电振 子(4)由金属基板(4—1)和粘贴在所述金属基板(4—1)上的矩形压电陶瓷片(4—2) 组成；所述金属基板(4—1)为黄铜压电梁，所述金属基板(4—1)一端插入所述直槽(3 —3)并通过胶接固定，另一端胶接一块矩形磁铁(5)；所述壳体左端盖(1—1)盖住所述 壳体(1)左侧并通过焊接的方式进行密封，将所述振子基座(3)密封在所述壳体(1)的 左侧；所述壳体右端盖(1—6)开设一个圆孔(1—7)，用于通过所述旋转基座(6)的传动 轴(6—1)，所述旋转基座(6)是一个“T”字形结构，基座悬架(6—2)两端各粘接一块 条形磁铁(7)，用于与压电振子(4)上的矩形磁铁(5)产生磁力耦合；所述基座悬架(6 —2)下方的传动轴(6—1)是一个阶梯轴形状，较粗的一端焊接在所述基座悬架(6—2) 上；所述旋转轴(2)两侧各开设一个圆形孔槽(2—1)，用于与所述旋转基座(6)的传动 轴(6—1)相配合；所述壳体右端盖(1—6)与所述壳体(1)右侧配合安装并用焊接的方 式固定；所述旋转轴(2)上焊接三片扇叶(8)；所述右侧壳体(1—2)与所述左侧壳体(1 —1)结构完全相同，再用相同的手法对所述右侧壳体(1—2)进行装配，达到装配整个俘 能器的目的。
作为上述技术方案的进一步改进，所述振子基座(3)上的定位孔槽(3—1)和固 定孔槽(3—2)通过所述壳体定位销(1—3)和所述壳体固定销(1—5)相配合，将所述振 子基座(3)牢牢地固定在所述壳体(1)左侧，以防止因水流的冲击导致振子基座(3)的 松动或脱落。
作为上述技术方案的进一步改进，所述振子基座(3)类似一个长方体形状，所述振子基座(3)上开设两组直槽(3—3)，一组有两个直槽(3—3)，同一组直槽(3—3)位 于同一个平面上且开设在振子基座(3)相对的面内；两组直槽(3—3)的高度不统一，以 减小振子基座(3)的体积进而减小整个俘能器的体积。
作为上述技术方案的进一步改进，所述壳体(3)与所述壳体左端盖(1—4)是焊 接密封的，将所述振子基座(3)密封在所述壳体(1)左侧，防止振子基座(3)上的压电 振子(4)受到水流的侵蚀而损坏。
作为上述技术方案的进一步改进，所述旋转基座(6)的传动轴(6—1)通过所述 壳体右端盖(1—6)开设的圆孔(1—7)插入所述旋转轴(2)侧面开设的圆形孔槽(2—1)； 所述旋转基座(6)的的传动轴(6—1)是一个阶梯轴，较细的一端插入所述圆形孔槽(2 —1)后还空出一小段，正好位于所述圆孔(1—7)上，所述传动轴(6—1)较粗的一端插 不进圆孔(1—7)并与所述旋转轴(6)侧面将所述壳体(1)整个卡在旋转基座(6)的传 动轴(6—1)上，由于传动轴(6—1)较细的一端空出所述圆形孔槽(2—1)一小部分所示 不会影响其带动旋转基座(6)转动。
本发明的工作过程如下：
当有水流经过该俘能器时，水流的冲击致使扇叶转动从而带动旋转轴旋转，通过传动轴带动旋转基座转动，旋转基座悬架上的条形磁铁靠近压电振子上的矩形磁铁时，两者 之间发生磁力耦合致使压电振子变形；随着转动基座的转动，压电振子就会往复变形从而持 续产生电能；能量管理电路，设置在所述壳体内部，分别与所述压电俘能组件相连接，用于 接收并分配压电俘能组件发送的压电俘能；储能元件，与所述能量管理电路相连，用于储存 所述壳体上能量管理电路发送的所述压电俘能，以达到给监测系统供电的目的。
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)
1.一种用于给管道内部监测装置供电的旋转型压电俘能器，由壳体(1)、旋转轴(2)、振子基座(3)、压电振子(4)、矩形磁铁(5)、旋转基座(6)、条形磁铁(7)和扇叶(8)组成；所述壳体(1)有两个，分别为左侧壳体(1—1)和右侧壳体(1—2)，所述左侧壳体(1—1)与所述右侧壳体(1—2)分别位于所述旋转轴(2)的两侧且镜像设置的；所述壳体(1)底面上有一组壳体定位销(1—3)，用于固定所述振子基座(3)；所述振子基座(3)右侧开设一组与所述壳体定位销(1—3)相配合的壳体定位孔槽(3—1)；所述振子基座(3)左侧开设一组固定孔槽(3—2)，所述壳体左端盖(1—4)内部底面有一组壳体固定销(1—5)，所述壳体固定销(1—5)与所述固定孔槽(3—2)相配合以达到固定所述振子基座(3)的作用；所述振子基座(3)上开设两组直槽(3—3)，用于安装所述压电振子(4)；两组所述直槽(3—3)不在同一个平面上，其中一组直槽(3—3)所在位置相对较高；所述压电振子(4)由金属基板(4—1)和粘贴在所述金属基板(4—1)上的矩形压电陶瓷片(4—2)组成；所述金属基板(4—1)为黄铜压电梁，所述金属基板(4—1)一端插入所述直槽(3—3)并通过胶接固定，另一端胶接一块矩形磁铁(5)；所述壳体左端盖(1—1)盖住所述壳体(1)左侧并通过焊接的方式进行密封，将所述振子基座(3)密封在所述壳体(1)的左侧；所述壳体右端盖(1—6)开设一个圆孔(1—7)，用于通过所述旋转基座(6)的传动轴(6—1)，所述旋转基座(6)是一个“T”字形结构，基座悬架(6—2)两端各粘接一块条形磁铁(7)，用于与压电振子(4)上的矩形磁铁(5)产生磁力耦合；所述基座悬架(6—2)下方的传动轴(6—1)是一个阶梯轴形状，较粗的一端焊接在所述基座悬架(6—2)上；所述旋转轴(2)两侧各开设一个圆形孔槽(2—1)，用于与所述旋转基座(6)的传动轴(6—1)相配合；所述壳体右端盖(1—6)与所述壳体(1)右侧配合安装并用焊接的方式固定；所述旋转轴(2)上焊接三片扇叶(8)；所述右侧壳体(1—2)与所述左侧壳体(1—1)结构完全相同，再用相同的手法对所述右侧壳体(1—2)进行装配，达到装配整个俘能器的目的。
2.根据权利要求1所述的一种用于给管道内部监测装置供电的旋转型压电俘能器，其特征在于：所述振子基座(3)上的定位孔槽(3—1)和固定孔槽(3—2)通过所述壳体定位销(1—3)和所述壳体固定销(1—5)相配合，将所述振子基座(3)牢牢地固定在所述壳体(1)左侧，以防止因水流的冲击导致振子基座(3)的松动或脱落。
3.根据权利要求1所述的一种用于给管道内部监测装置供电的旋转型压电俘能器，其特征在于：所述振子基座(3)类似一个长方体形状，所述振子基座(3)上开设两组直槽(3—3)，一组有两个直槽(3—3)，同一组直槽(3—3)位于同一个平面上且开设在振子基座(3)相对的面内；两组直槽(3—3)的高度不统一，以减小振子基座(3)的体积进而减小整个俘能器的体积。
4.根据权利要求1所述的一种用于给管道内部监测装置供电的旋转型压电俘能器，其特征在于：所述壳体(3)与所述壳体左端盖(1—4)是焊接密封的，将所述振子基座(3)密封在所述壳体(1)左侧，防止振子基座(3)上的压电振子(4)受到水流的侵蚀而损坏。
5.根据权利要求1所述的一种用于给管道内部监测装置供电的旋转型压电俘能器，其特征在于：所述旋转基座(6)的传动轴(6—1)通过所述壳体右端盖(1—6)开设的圆孔(1—7)插入所述旋转轴(2)侧面开设的圆形孔槽(2—1)；所述旋转基座(6)的的传动轴(6—1)是一个阶梯轴，较细的一端插入所述圆形孔槽(2—1)后还空出一小段，正好位于所述圆孔(1—7)上，所述传动轴(6—1)较粗的一端插不进圆孔(1—7)并与所述旋转轴(6)侧面将所述壳体(1)整个卡在旋转基座(6)的传动轴(6—1)上，由于传动轴(6—1)较细的一端空出所述圆形孔槽(2—1)一小部分所以不会影响其带动旋转基座(6)转动。
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