CN112290830B - 一种双套筒夹置剪切式压电梁涡致振动能量转换装置 - Google Patents
一种双套筒夹置剪切式压电梁涡致振动能量转换装置 Download PDFInfo
- Publication number
- CN112290830B CN112290830B CN202010944607.0A CN202010944607A CN112290830B CN 112290830 B CN112290830 B CN 112290830B CN 202010944607 A CN202010944607 A CN 202010944607A CN 112290830 B CN112290830 B CN 112290830B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- cylinder
- piezoelectric ceramic
- fixed
- induced vibration
- ceramic wafer
- 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.)
- Active
Links
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 title claims abstract description 21
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 claims abstract description 32
- 230000000903 blocking effect Effects 0.000 claims abstract description 17
- 239000012530 fluid Substances 0.000 claims abstract description 12
- 238000010008 shearing Methods 0.000 claims abstract description 10
- 235000012431 wafers Nutrition 0.000 claims description 19
- 239000013078 crystal Substances 0.000 claims description 6
- 230000010287 polarization Effects 0.000 claims description 6
- 238000004146 energy storage Methods 0.000 claims description 5
- 238000007789 sealing Methods 0.000 claims description 5
- 230000009977 dual effect Effects 0.000 claims 1
- 238000010248 power generation Methods 0.000 abstract description 3
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract description 3
- 239000000463 material Substances 0.000 description 4
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 3
- 241001124569 Lycaenidae Species 0.000 description 1
- 230000008602 contraction Effects 0.000 description 1
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 description 1
- 238000003306 harvesting Methods 0.000 description 1
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 1
- WABPQHHGFIMREM-UHFFFAOYSA-N lead(0) Chemical compound [Pb] WABPQHHGFIMREM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000000034 method Methods 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 230000000737 periodic effect Effects 0.000 description 1
- 239000004575 stone Substances 0.000 description 1
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
Landscapes
- General Electrical Machinery Utilizing Piezoelectricity, Electrostriction Or Magnetostriction (AREA)
Abstract
一种双套筒夹置剪切式压电梁涡致振动能量转换装置，涉及一种发电装置，该装置用于将流体流过阻流圆筒时产生的剪切力转换成电能的机电转换装置。该发电装置包括阻流圆筒、固定圆筒、压电陶瓷晶片、底座；阻流圆筒与固定圆筒把压电陶瓷晶片紧紧夹在中间，在发生涡致振动时，利用流体顺向流动的拖拽力和横流方向脱涡升力的同时作用，使得阻流圆筒对固定圆筒产生剪切力，从而驱动夹在阻流圆筒与固定圆筒之间的压电晶片发生剪切形变，进而产生电能。底座可固定于海洋、江河底部或水流中，从而将流体动能转换为电能。
Description
技术领域
本发明涉及一种发电装置，特别是涉及一种双套筒夹置剪切式压电梁涡致振动能量转换装置。
背景技术
能量在现代科技大发展的过程中一直扮演着基石的作用，无论是火能、水能、电能、还是太阳能在人们日常生活、国家发展、人类科技推动方面发挥着重要的作用。目前5G时代的来临，将迎接一个物物连接的全新时代，随处可见的物品都将成为物联网中的一个节点，那么这些节点的供电将尤为重要。物理连接可到达的地方可采用普通直流供电，但像深海、原始森林、太空中的节点将如何供电显得尤为重要。如果采用电池供电，电池寿命有限，需要定期更换，则在某些场景的使用受到限制。因此就地取材，将节点附近的能量（如：风能，太阳能，水流动产生的能量）借助于能量收集装置转化为电能为节点供电就成为了最佳选择。
压电俘能器是近年来研究较多的一类能量转换技术，特别是在环境振动能量收集方面使用很广。压电能量转换的效率与压电材料的压电系数直接相关，越高的压电系数能量转换时提供的功率越大。典型压电材料的压电常数均具有d 15>d 33>d 31的关系，因此同样功率密度，同样受力下，d 15模式下的能量转换效率最高。如果利用压电材料的剪切模式将流体能量转化为电能，则将为自供电装置提供一种高效的供能方案。
发明内容
本发明的目的在于提供一种双套筒夹置剪切式压电梁涡致振动能量转换装置，该装置中将压电悬臂梁置于下端固定套筒与上端阻流套筒之间，当流体流经上端阻流圆筒并满足涡致振动条件时，阻流圆筒受到顺流方向拖拽力和横流方向脱涡升力的同时作用，产生横流方向的往复振动并伴随顺流方向的小幅旋转(类“8”字运动)，从而使压电悬臂梁受剪切力产生切向应变，从而将流体动能转换为电能。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
一种双套筒夹置剪切式压电梁涡致振动能量转换装置，当流速和装置结构满足涡致振动条件时，该装置利用流体顺向流动的拖拽力和横流方向脱涡升力同时作用，使得阻流圆筒在横流方向做往复振动并且伴随顺流方向的小幅旋转，即类似“8”字运动，从而使得夹在固定圆筒和阻流圆筒之间的压电陶瓷晶体受到剪切力，而发生剪切形变，进而产生电能。切向极化的压电陶瓷晶体在水平面和垂直面均受到剪切力的情况下，在水平方向的极板上产生电压。所述装置包括阻流圆筒、固定圆筒、切向极化压电陶瓷晶片、引线孔和底座；压电陶瓷晶片粘接在固定圆管的上端，阻流圆筒经过热涨方式处理后，与固定圆筒粘接压电陶瓷晶片处组合，冷却后将切向极化的压电陶瓷片紧紧固定在阻流圆筒与固定圆筒之间，压电陶瓷晶片的电极从下端固定圆管内部引线至底座，在底座处经过防水密封处理将线从引线孔引出，接至储能电路。
所述的一种双套筒夹置剪切式压电梁涡致振动能量转换装置，所述阻流圆筒为薄壁圆筒，圆筒长度是其直径的三倍以上，压电陶瓷晶片均匀分布在阻流圆筒与固定圆筒之间。
所述的一种双套筒夹置剪切式压电梁涡致振动能量转换装置，所述圆筒直径和长度根据来流速度进行调节。
本发明的优点与效果是：
本发明双套筒夹置剪切式压电梁涡致振动能量转换装置，包括上端阻流圆筒，压电陶瓷晶片，下端固定圆筒以及底座。其中压电陶瓷晶片粘接在固定圆筒的外侧壁上端，阻流圆筒经过热胀处理后，与粘接陶瓷晶片的固定圆筒上部套接，冷却后压电陶瓷片将紧紧固定在阻流圆筒与固定圆筒之间。压电陶瓷晶片的电极从下端固定圆筒内部引线至底座，在底座处经过防水密封处理将线引出，接至储能电路。该装置通过底座固定于海底或江河底部，竖直安装，使得阻流圆筒与流体流通方向垂直。当流体流过阻流圆筒并满足涡致振动条件时，圆筒就会受到顺流方向拖拽力和横流方向脱涡升力的同时作用，从而使得阻流圆筒在横流方向做往复振动并且伴随顺流方向的小幅旋转，即类似“8”字运动，从而使得夹在固定圆筒和阻流圆筒之间的压电陶瓷晶体受到剪切力，从而发生剪切形变，进而产生电能。该结构能够将二维自由度的运动转化为电能，在提高能量转换效率的同时，又拓宽了工作带宽，而且也方便密封，防水。
附图说明
图1为双套筒夹置剪切式压电梁涡致振动能量转换装置主视图；
图2为双套筒夹置剪切式压电梁涡致振动能量转换装置俯视图；
图3为图1的照片；
图4为图2的照片。
图中：1. 阻流圆筒 2. 固定圆筒 3. 切向极化压电陶瓷晶片 4. 引线孔 5. 底座。
具体实施方式
下面结合附图所示实施例对本发明进行详细说明。
本发明一种双套筒夹置剪切式压电梁涡致振动能量转换装置，该装置利用流体流过阻流体时产生的顺向拖拽力和横流方向的脱涡升力，从而使阻流套筒做类8字运动，使得上端阻流圆筒对下端固定圆筒产生扭转的剪切力，从而带动夹持在两圆筒中间的压电片产生剪切应变，最终将动能转化为电能；所述装置包括上端阻流圆筒、压电晶片、下端固定圆筒、电极引线槽和支撑底座；多片压电片均匀粘接于固定圆筒的筒壁外侧上部，上端阻流圆筒通过热胀冷缩安装方式，将压电片紧紧夹在两圆筒之间，压电片电极引线在固定圆筒内部引置底座，防水密封引出，接入储能供电电路；下端固定圆筒固定于底座，整个装置固定于海洋、河流底部等用于进行能量收集。
本装置圆筒直径和长度根据来流速度进行调节。
实施例1
本发明双套筒夹置剪切式压电梁涡致振动能量转换装置包括阻流圆筒1、固定圆筒2、压电陶瓷晶片3、引线孔4、底座5；切向极化压电陶瓷晶片3粘接在固定圆筒2的外侧壁上端，阻流圆筒1经过热胀处理后，与粘接了压电陶瓷晶片3的固定圆筒2上部套接，冷却后将切向极化压电陶瓷片3紧紧固定在阻流圆筒1与固定圆筒2之间，压电陶瓷晶片3的电极从下端固定圆筒内部引线至底座5，在底座处经过防水密封处理将线从引线孔4引出，接至储能电路。
当流体流过阻流圆筒并满足涡致振动条件时，圆筒会因受到顺流方向拖拽力和横流方向脱涡升力的同时作用，从而使得阻流圆筒在横流方向做往复振动并且伴随顺流方向的小幅旋转，即类似“8”字运动，从而使得夹在固定圆筒和阻流圆筒之间的压电陶瓷晶体受到剪切力发生剪切形变，进而产生电能。该结构可以将二维自由度的运动转化为电能，在提高能量转换效率的同时，又拓宽了工作带宽，而且也方便密封，防水。
最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
Claims (3)
1.一种双套筒夹置剪切式压电梁涡致振动能量转换装置，其特征在于，当流速和装置结构满足涡致振动条件时，该装置利用流体顺向流动的拖拽力和横流方向脱涡升力同时作用，使得阻流圆筒在横流方向做往复振动并且伴随顺流方向的小幅旋转，即类似“8”字运动，从而使得夹在固定圆筒和阻流圆筒之间的压电陶瓷晶体受到剪切力，而发生剪切形变，进而产生电能；
切向极化的压电陶瓷晶体在水平面和垂直面均受到剪切力的情况下，在水平方向的极板上产生电压；
所述装置包括阻流圆筒（1）、固定圆筒（2）、切向极化压电陶瓷晶片（3）、引线孔（4）和底座（5）；压电陶瓷晶片（3）粘接在固定圆管（2）的上端，阻流圆筒（1）经过热涨方式处理后，与固定圆筒（2）粘接压电陶瓷晶片（3）处组合，冷却后将切向极化的压电陶瓷片（3）紧紧固定在阻流圆筒（1）与固定圆筒（2）之间，压电陶瓷晶片（3）的电极从下端固定圆管内部引线至底座（5），在底座处经过防水密封处理将线从引线孔（4）引出，接至储能电路。
2.根据权利要求1所述的一种双套筒夹置剪切式压电梁涡致振动能量转换装置，其特征在于，所述阻流圆筒（1）为薄壁圆筒，圆筒长度是其直径的三倍以上，压电陶瓷晶片（3）均匀分布在阻流圆筒（1）与固定圆筒（2）之间。
3.根据权利要求2所述的一种双套筒夹置剪切式压电梁涡致振动能量转换装置，其特征在于，所述圆筒直径和长度根据来流速度进行调节。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202010944607.0A CN112290830B (zh) | 2020-09-10 | 2020-09-10 | 一种双套筒夹置剪切式压电梁涡致振动能量转换装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202010944607.0A CN112290830B (zh) | 2020-09-10 | 2020-09-10 | 一种双套筒夹置剪切式压电梁涡致振动能量转换装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN112290830A CN112290830A (zh) | 2021-01-29 |
| CN112290830B true CN112290830B (zh) | 2023-10-20 |
Family
ID=74420399
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202010944607.0A Active CN112290830B (zh) | 2020-09-10 | 2020-09-10 | 一种双套筒夹置剪切式压电梁涡致振动能量转换装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN112290830B (zh) |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN103762895A (zh) * | 2014-02-17 | 2014-04-30 | 重庆大学 | 一种建筑外墙压电式风力发电系统 |
| CN203745009U (zh) * | 2014-03-27 | 2014-07-30 | 合肥科迈捷智能传感技术有限公司 | 一种涡街流量计探头 |
| CN104868785A (zh) * | 2015-04-30 | 2015-08-26 | 沈阳化工大学 | 一种内置压电梁的圆筒涡致振动发电装置 |
| CN206452318U (zh) * | 2017-01-16 | 2017-08-29 | 沈阳远大科技园有限公司 | 基于压电振动的微型风能转换装置 |
-
2020
- 2020-09-10 CN CN202010944607.0A patent/CN112290830B/zh active Active
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN103762895A (zh) * | 2014-02-17 | 2014-04-30 | 重庆大学 | 一种建筑外墙压电式风力发电系统 |
| CN203745009U (zh) * | 2014-03-27 | 2014-07-30 | 合肥科迈捷智能传感技术有限公司 | 一种涡街流量计探头 |
| CN104868785A (zh) * | 2015-04-30 | 2015-08-26 | 沈阳化工大学 | 一种内置压电梁的圆筒涡致振动发电装置 |
| CN206452318U (zh) * | 2017-01-16 | 2017-08-29 | 沈阳远大科技园有限公司 | 基于压电振动的微型风能转换装置 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN112290830A (zh) | 2021-01-29 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN107222130B (zh) | 一种利用波浪能的新型压电发电装置 | |
| CN102185521B (zh) | 一种利用海浪发电的装置 | |
| CN103199739B (zh) | 海浪及风力发电装置 | |
| CN102307024B (zh) | 一种基于石墨烯的流体发电装置或波动传感装置 | |
| CN111884539B (zh) | 一种涡激钝体振动的压电电磁复合波浪浮能装置 | |
| CN110311590A (zh) | 一种基于涡激振动原理的可控压电发电装置 | |
| CN107342709B (zh) | 一种同时收集气体机械能和热能的复合能源系统 | |
| CN107134948B (zh) | 一种自适应宽频流体俘能器 | |
| CN103195640A (zh) | 阵列式海浪发电装置 | |
| CN204663752U (zh) | 振荡浮子式压电波浪换能节能装置 | |
| CN111756274B (zh) | 一种增强激励的田字形全风向风致振动压电俘能装置 | |
| CN111049425B (zh) | 以液体作为俘能介质的低频多方向振动能量收集装置 | |
| CN102170246A (zh) | 带柔性梁结构的振动式微型风力发电机 | |
| CN111130389A (zh) | 一种无源型介电弹性体风能采集装置及其应用 | |
| CN110572076B (zh) | 一种多方向压电振动能量收集装置 | |
| CN112290830B (zh) | 一种双套筒夹置剪切式压电梁涡致振动能量转换装置 | |
| CN103199675A (zh) | 挂帘式风力及振动能发电装置 | |
| CN109067244B (zh) | 一种海上供电系统及供电方法 | |
| CN104079208B (zh) | 一种在低速水流冲击下压电发电装置及方法 | |
| CN103199668A (zh) | 网状风力水力发电装置 | |
| CN109854453A (zh) | 一种自然风驱动的轻便压电俘能装置及方法 | |
| CN108258935B (zh) | 一种波浪能发电装置 | |
| JP2011106434A (ja) | 海洋エネルギー発電デバイス及びこれを用いた蓄電装置 | |
| CN108630336B (zh) | 压电热电静态型同位素电池 | |
| CN106452178B (zh) | 宽频带非悬臂梁式的双稳态压电能量收集装置 |
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 |