CN112234866B - 一种基于流体激励的阵列式磁力耦合式俘能器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于流体激励的阵列式磁力耦合式俘能器，用于直接收集水能的发电装置；由固定轴、压电振子、矩形磁铁、壳体、壳体端盖、PVC绳、球形浮子和条形磁铁组成；利用水流驱使球形浮子摇摆，带动所述条形磁铁摇摆；当条形磁铁靠近壳体时会与压电振子上的矩形磁铁发生磁力耦合致使压电振子变形，由于正压电效应，压电振子表面就会出现电荷；将所有压电振子串联起来，俘能产生的电压短时间内可以达到最大。
Description
技术领域
一种基于流体激励的阵列式磁力耦合式俘能器，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
长江是我国境内的第一大河，长江地区多次发生特大洪涝灾害。近年来，生态严重破坏，盲目的围湖造田，不合理的水利建设对江河产生的负面生态效应不容忽视。此外，由于目前很多地区中小河流防洪设施不完善、甚至没有任何防洪设施，汛期来临之际可能导致溃堤或漫堤等危险，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，十二五期间水利部就曾计划实现对《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，包括针对河水污染的水质监测技术，针对防洪及造成泥石流等自然灾害的雨量、水位以及河道水流速度监测技术等多方面。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：由固定轴(1)、压电振子(2)、矩形磁铁(3)、壳体(4)、壳体端盖(5)、PVC绳(6)、球形浮子(7)和条形磁铁(8)组成；
所述固定轴(1)上开设八个直槽(1—1)，用于安装所述压电振子(2)；所述压电振子(2)由金属基板(2—1)和粘接在金属基板(2—1)上的矩形压电陶瓷片(2—2)组成，所述金属基板(2—1)为黄铜压电梁；所述压电振子(2)一端插入所述直槽(1—1)并通过胶接的方式连接固定，所述压电振子(2)另一端粘接一块矩形磁铁(3)；所述固定轴(1)两端各焊接一块的固定螺栓(1—2)；所述壳体(4)高度与所述固定轴(1)高度相同，所述壳体(4)为一个圆环形，两端较细，用于与所述壳体端盖(5)配合，所述壳体(4)与所述壳体端盖(5)过盈配合，在通过焊接的方式完全密封；所述壳体端盖(5)中央开设一个螺母槽(5—1)用于与所述固定轴(1)上的固定螺栓(1—2)配合；所述壳体(4)上开设八组壳体绳槽(4—1)，用于通过所述PVC绳(6)；所述球形浮子(7)上开设一个浮子绳槽(7—1)，用于通过所述PVC绳(6)；所述球形浮子(7)上开设一个矩形槽(7—2)用于安置所述条形磁铁(8)；将所述条形磁铁(8)插入所述矩形槽(7—2)并通过胶接的方式固定；所述PVC绳(6)通过一组壳体绳槽(4—1)和一个浮子绳槽(7—1)并打个死结，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，所述壳体端盖(5)上下各有一个，将下壳体端盖(5—2)与所述壳体(4)配合，在将所述固定轴(1)放入壳体(4)内，所述固定轴(1)上的固定螺栓(1—2)与所述下壳体端盖(5—2)上的螺母槽(5—1)紧固，用上壳体端盖(5—3)紧固所述固定轴(1)另一端，同时与所述壳体(4)配合，通过焊接的方式达到壳体(4)的完全密封，以保护壳体(4)内部的压电元件免受水的侵蚀。
作为上述技术方案的进一步改进，所述壳体(4)密封后的整体形状为钹形，以至于能更好的使整个俘能器漂浮于水面。
作为上述技术方案的进一步改进，所述壳体(4)上开设八组壳体绳槽(4—1)，所述壳体绳槽(4—1)没有贯穿所述壳体(4)，只局限于所述壳体(4)的壳体壁上。
作为上述技术方案的进一步改进，所述球形浮子(7)上开设一个浮子绳槽(7—1)，所述PVC绳(6)可以从所述浮子绳槽(7—1)的左孔入，右孔出；所述矩形槽(7—2)在两个孔之间但没有与所述浮子绳槽(7—1)相连。
本发明的有益效果是：
此俘能器利用水流驱使球形浮子摇摆，带动所述条形磁铁摇摆；当条形磁铁靠近壳体时会与压电振子上的矩形磁铁发生磁力耦合致使压电振子变形，由于正压电效应，压电振子表面就会出现电荷；将所有压电振子串联起来，俘能产生的电压短时间内可以达到最大；
附图说明
图1所示为本发明的结构示意图。
图2所示为本发明的固定轴结构示意图。
图3所示为本发明的固定轴与压电振子配合结构示意图。
图4所示为本发明的壳体结构示意图。
图5所示为本发明的壳体横剖面结构示意图。
图6所示为本发明的壳体端盖结构示意图。
图7所示为本发明的球形浮子结构示意图。
图8所示为本发明的球形浮子横剖面结构示意图。
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：
一种基于流体激励的阵列式磁力耦合式俘能器，由固定轴(1)、压电振子(2)、矩形磁铁(3)、壳体(4)、壳体端盖(5)、PVC绳(6)、球形浮子(7)和条形磁铁(8)组成；所述固定轴(1)上开设八个直槽(1—1)，用于安装所述压电振子(2)；所述压电振子(2)由金属基板(2—1)和粘接在金属基板(2—1)上的矩形压电陶瓷片(2—2)组成，所述金属基板(2—1)为黄铜压电梁；所述压电振子(2)一端插入所述直槽(1—1)并通过胶接的方式连接固定，所述压电振子(2)另一端粘接一块矩形磁铁(3)；所述固定轴(1)两端各焊接一块的固定螺栓(1—2)；所述壳体(4)高度与所述固定轴(1)高度相同，所述壳体(4)为一个圆环形，两端较细，用于与所述壳体端盖(5)配合，所述壳体(4)与所述壳体端盖(5)过盈配合，在通过焊接的方式完全密封；所述壳体端盖(5)中央开设一个螺母槽(5—1)用于与所述固定轴(1)上的固定螺栓(1—2)配合；所述壳体(4)上开设八组壳体绳槽(4—1)，用于通过所述PVC绳(6)；所述球形浮子(7)上开设一个浮子绳槽(7—1)，用于通过所述PVC绳(6)；所述球形浮子(7)上开设一个矩形槽(7—2)用于安置所述条形磁铁(8)；将所述条形磁铁(8)插入所述矩形槽(7—2)并通过胶接的方式固定；所述PVC绳(6)通过一组壳体绳槽(4—1)和一个浮子绳槽(7—1)并打个死结，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，所述壳体端盖(5)上下各有一个，将下壳体端盖(5—2)与所述壳体(4)配合，在将所述固定轴(1)放入壳体(4)内，所述固定轴(1)上的固定螺栓(1—2)与所述下壳体端盖(5—2)上的螺母槽(5—1)紧固，用上壳体端盖(5—3)紧固所述固定轴(1)另一端，同时与所述壳体(4)配合，通过焊接的方式达到壳体(4)的完全密封，以保护壳体(4)内部的压电元件免受水的侵蚀。
作为上述技术方案的进一步改进，所述壳体(4)密封后的整体形状为钹形，以至于能更好的使整个俘能器漂浮于水面。
作为上述技术方案的进一步改进，所述壳体(4)上开设八组壳体绳槽(4—1)，所述壳体绳槽(4—1)没有贯穿所述壳体(4)，只局限于所述壳体(4)的壳体壁上。
作为上述技术方案的进一步改进，所述球形浮子(7)上开设一个浮子绳槽(7—1)，所述PVC绳(6)可以从所述浮子绳槽(7—1)的左孔入，右孔出；所述矩形槽(7—2)在两个孔之间但没有与所述浮子绳槽(7—1)相连。
本发明的工作过程如下：
当水面发生波动时，所述球形浮子就会随着水流摆动，带动所述条形磁铁摆动，所述条形磁铁靠近壳体内压电振子上的矩形磁铁时，所述条形磁铁会与所述矩形磁铁发生磁力耦合，从而使压电振子发生变形，由于正压电效应，压电振子表面就会产生电荷；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，用于接收并分配所述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 (3)
1.一种基于流体激励的阵列式磁力耦合式俘能器，由固定轴(1)、压电振子(2)、矩形磁铁(3)、壳体(4)、壳体端盖(5)、PVC绳(6)、球形浮子(7)和条形磁铁(8)组成；所述固定轴(1)上开设八个直槽(1—1)，用于安装所述压电振子(2)；所述压电振子(2)由金属基板(2—1)和粘接在金属基板(2—1)上的矩形压电陶瓷片(2—2)组成，所述金属基板(2—1)为黄铜压电梁；所述压电振子(2)一端插入所述直槽(1—1)并通过胶接的方式连接固定，所述压电振子(2)另一端粘接一块矩形磁铁(3)；所述固定轴(1)两端各焊接一块的固定螺栓(1—2)；所述壳体(4)高度与所述固定轴(1)高度相同，所述壳体(4)为一个圆环形，两端较细，用于与所述壳体端盖(5)配合，所述壳体(4)与所述壳体端盖(5)过盈配合，在通过焊接的方式完全密封；所述壳体端盖(5)中央开设一个螺母槽(5—1)用于与所述固定轴(1)上的固定螺栓(1—2)配合；所述壳体(4)上开设八组壳体绳槽(4—1)，用于通过所述PVC绳(6)；所述球形浮子(7)上开设一个浮子绳槽(7—1)，用于通过所述PVC绳(6)；所述球形浮子(7)上开设一个矩形槽(7—2)用于安置所述条形磁铁(8)；将所述条形磁铁(8)插入所述矩形槽(7—2)并通过胶接的方式固定；所述PVC绳(6)通过一组壳体绳槽(4—1)和一个浮子绳槽(7—1)并打个死结，达到装配整个俘能器的目的； 其特征在于，所述壳体(4)密封后的整体形状为钹形，以至于能更好的使整个俘能器漂浮于水面； 所述壳体(4)上开设八组壳体绳槽(4—1)，所述壳体绳槽(4—1)没有贯穿所述壳体(4)，只局限于所述壳体(4)的壳体壁上。
2.根据权利要求1所述的一种基于流体激励的阵列式磁力耦合式俘能器，其特征在于：所述壳体端盖(5)上下各有一个，将下壳体端盖(5—2)与壳体(4)配合，在将所述固定轴(1)放入所述壳体(4)内，所述固定轴(1)上的固定螺栓(1—2)与所述下壳体端盖(5—2)上的螺母槽(5—1)紧固，用上壳体端盖(5—3)紧固所述固定轴(1)另一端，同时与所述壳体(4)配合，通过焊接的方式达到壳体(4)的完全密封，以保护壳体(4)内部的压电元件免受水的侵蚀。
3.根据权利要求1所述的一种基于流体激励的阵列式磁力耦合式俘能器，其特征在于：所述球形浮子(7)上开设一个浮子绳槽(7—1)，所述PVC绳(6)可以从所述浮子绳槽(7—1)的左孔入，右孔出；所述矩形槽(7—2)在两个孔之间但没有与所述浮子绳槽(7—1)相连。
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