CN113364344B - 一种基于饮水鸟的常温热机发电装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于饮水鸟的常温热机发电装置，包括饮水鸟本体、压电模块和电磁模块，压电模块包括悬臂梁、设置于悬臂梁上的压电片和设置于悬臂梁末端的工作负载；饮水鸟本体的头部在向下摆动时，鸟喙部的尖端能够撞击到工作负载；电磁模块包括磁铁、线圈和线圈导磁柱，磁铁设置于饮水鸟本体底部球体的底部，套有线圈的线圈导磁柱设置于饮水鸟本体的底座上；本发明中的基于饮水鸟的常温热机发电装置，能够将压电能量收集和电磁能量收集相结合，能够充分地利用饮水鸟这一常温热机收集环境中的热能并产生较大的输出功率；能够将压电能量收集和电磁能量收集相结合，能够充分地利用饮水鸟这一常温热机收集环境中的热能并产生较大的输出功率。
Description
技术领域
本发明涉及能量收集装置技术领域，特别是涉及一种基于饮水鸟的常温热机发电装置。
背景技术
物联网是一种智能基础设施，由唯一可识别的设备组成，能够通过互联网大规模地与彼此、服务和人进行无线通信。物联网旨在让互联网无处不在、无处不在，并有可能影响用户生活质量的许多方面。物联网在过去几年中已经广泛应用，联网设备的数量已超过500亿。因此，提高物联网设备的能源效率和寿命势在必行。
传统的电池或者电源面临着有限的寿命和昂贵的维护成本等问题。能量收集技术正是解决这一问题的关键，近年来受到越来越多的研究关注。能量收集，即从环境中产生能量，是一种很有前途的解决方案，无需更换电池，可以延长电池寿命，并为物联网设备提供满意的体验质量。物联网设备通过安装能量收集装置可以捕获环境中的可再生能源，如太阳辐射、风和人体运动机械能等，从而减轻了因更换电池而产生的维护负担，降低了成本。
压电能量收集装置的特点是在谐振频率下产生最佳性能，性能的主要方面包括输出电压、功率等。悬臂式压电能量收集装置通常产生低水平的平均功率输出，大多在数百微瓦。电磁式能量收集器的输出电流大，输出功率高。因此压电式和电磁式可以相互配合，构成混合式能量收集器，可以提高能量收集效率，从而使系统中更多的机械能转化为电能。饮水鸟“是一种遵守热力学定律的典型热机，它可以将水转化为持续运动的机械能，源源不断的为混合式发电装置提供动能。
因此，设计一种结构简单、高效、高输出的常温热机收集装置是满足物联网发展的关键因素。
发明内容
本发明的目的是提供一种基于饮水鸟的常温热机发电装置，以解决上述现有技术存在的问题，能够将压电能量收集和电磁能量收集相结合，能够充分地利用饮水鸟这一常温热机收集环境中的热能并产生较大的输出功率。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
本发明提供一种基于饮水鸟的常温热机发电装置，包括饮水鸟本体、压电模块和电磁模块，所述压电模块与所述饮水鸟本体相对，所述压电模块包括悬臂梁、设置于所述悬臂梁上的压电片和设置于所述悬臂梁末端的工作负载；所述饮水鸟本体的头部在向下摆动时，鸟喙部的尖端能够撞击到所述工作负载；
所述电磁模块包括磁铁、线圈和线圈导磁柱，所述磁铁设置于所述饮水鸟本体底部球体的底部，所述线圈导磁柱置于所述饮水鸟本体的底座上，呈圆弧排列，每个所述线圈导磁柱的外部均套设有线圈，所述磁铁随着所述饮水鸟本体的底部球体摇摆时，所述磁铁切割所述线圈的磁感线产生电压。
优选地，所述压电模块还包括基座、中轴、轴座和悬臂梁夹具；所述中轴通过轴座固定在基座上，所述悬臂梁被悬臂梁夹具固定于中轴上。
优选地，所述压电片是通过导电环氧胶黏贴在悬臂梁弯曲挠度最大处，宽度与悬臂梁相同，以增加压电片的形变量。
优选地，所述压电片采用PZT压电陶瓷材料制成。
优选地，所述饮水鸟本体包括底座、支架、摇摆架、配重块和摆动装置，所述摆动装置包括头部、支管和底部球体；所述底座为U形底座，所述底座的顶部两侧设置分别设置有一所述支架，两个所述支架之间连接所述摇摆架，所述摇摆架与所述支架的连接处为活动连接，所述摇摆架的中部设置有一套管，所述支管固定于所述套管内，所述支管的顶部设置所述头部，所述支管的底部设置所述底部球体，所述头部设置有与所述支管相通的通孔，所述配重块设置与所述头部的顶端，所述头部直径小于所述底部球体的直径。
优选地，所述头部为外部包裹有易吸水布的薄壁玻璃球，所述底部球体为薄壁玻璃球，所述支管为玻璃管，所述头部、所述支管和所述底部球体的内部腔体连通构成装有乙醚液体的空腔。
优选地，所述线圈导磁柱由高磁导率、低磁阻率的材料制成。
优选地，所述线圈为方形线圈。
优选地，所述磁铁以N-S磁极交替的形式排布。
本发明相对于现有技术取得了以下有益技术效果：
本发明提供的基于饮水鸟的常温热机发电装置，将饮水鸟的原理同能量收集装置结合起来，以实现在常温下利用热能进行发电的目的。将电磁能量收集技术和压电能量收集技术进行结合，混合动力系统的综合性能要优于每个单独的混合动力系统。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明中基于饮水鸟的常温热机发电装置的结构示意图；
图2为本发明中饮水鸟本体的分解视图；
图3为本发明中压电模块的分解视图；
图4为本发明中基于饮水鸟的常温热机发电装置处于悬臂梁被撞击时的运动位置视图；
图5为本发明中基于饮水鸟的常温热机发电装置处于最大运动位置的视图；
图中：1-饮水鸟本体、11-底座、12-支架、13-摇摆架、14-配重块、15-头部、16-支管、17-底部球体、18-鸟喙部；
2-压电模块、21-悬臂梁夹具、22-压电片、23-悬臂梁、24-工作负载、25-中轴、26-轴座、27-基座；
3-电磁模块、31-磁铁、32-线圈导磁柱、33-线圈。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明的目的是提供一种基于饮水鸟的常温热机发电装置，以解决现有技术存在的问题。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
本实施例中的基于饮水鸟的常温热机发电装置，如图1-3所示，包括饮水鸟本体1、压电模块2和电磁模块3，压电模块2与饮水鸟本体1相对，压电模块2包括悬臂梁23、设置于悬臂梁23上的压电片22和设置于悬臂梁23末端的工作负载24；饮水鸟本体1的头部15在向下摆动时，鸟喙部19的尖端能够撞击到工作负载24；
电磁模块3包括磁铁31、线圈33和线圈导磁柱32，磁铁31设置于饮水鸟本体1底部球体17的底部，线圈导磁柱32置于饮水鸟本体1的底座11上，呈圆弧排列，每个线圈导磁柱32的外部均套设有线圈33，磁铁31随着饮水鸟本体1的底部球体17摇摆时，磁铁31切割线圈33的磁感线产生电压。
于本具体实施例中，压电模块2还包括基座27、中轴25、轴座26和悬臂梁夹具21；中轴25通过轴座26固定在基座27上，悬臂梁23被悬臂梁夹具21固定于中轴25上。
于本具体实施例中，压电片22是通过导电环氧胶黏贴在悬臂梁23弯曲挠度最大处，宽度与悬臂梁23相同，以增加压电片22的形变量。压电片22采用PZT压电陶瓷材料制成，它是钛酸铅和锆酸铅固溶体为基的组成物，其居里点在300-400摄氏度之间，在较大的温度范围内比较稳定，压电效应显著。
于本具体实施例中，饮水鸟本体1包括底座11、支架12、摇摆架13、配重块14和摆动装置，摆动装置包括头部15、支管16和底部球体17；底座11为U形底座，底座11的顶部两侧设置分别设置有一支架12，两个支架12之间连接摇摆架13，摇摆架13与支架12的连接处为活动连接，支架12上设有挡块，以防止摇摆装置过运动。摇摆架13的中部设置有一套管，支管16固定于套管内，支管16的顶部设置头部15，支管16的底部设置底部球体17，头部15设置有与支管16相通的通孔，配重块14设置与头部15的顶端，头部15直径小于底部球体17的直径。
具体地，饮水鸟头部15为外部包裹有易吸水布的薄壁玻璃球，底部球体17为薄壁玻璃球，支管16为玻璃管，头部15、支管16和底部球体17的内部腔体连通构成装有乙醚液体的空腔。
于本具体实施例中，线圈导磁柱32由高磁导率、低磁阻率的材料制成。线圈33为方形线圈，以取得最大的磁通量。磁铁31以N-S磁极交替的形式排布，显著增大了磁通量的变化率，提高了该装置的发电能力。
本发明中的基于饮水鸟的常温热机发电装置的工作原理如下：
在头部15包裹的易吸水布上滴水后，在常温下水分缓慢蒸发，带走热量，摆动装置的空腔内部上方气压降低，在压强差下方的乙醚液体被压入上方，摆动装置重心提高，开始摆动。如图4所示，是摆动后头部15撞击工作负载24时的位置。此时，工作负载24受到撞击，悬臂梁23开始振动，压电片22产生形变，从而在压电片22表面产生电势差，从而产生电能。随后摆动装置继续摆动，如图5所示，是摇摆装置摆动到最大状态时。在两个位置之间摇摆装置不断摆动，线圈33被固定在底座11上静止不动，磁铁31随摆动装置运动，线圈33切割磁感线从而产生电能。
本发明应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。
Claims (9)
1.一种基于饮水鸟的常温热机发电装置，其特征在于：包括饮水鸟本体、压电模块和电磁模块，所述压电模块与所述饮水鸟本体相对，所述压电模块包括悬臂梁、设置于所述悬臂梁上的压电片和设置于所述悬臂梁末端的工作负载；所述饮水鸟本体的头部在向下摆动时，鸟喙部的尖端能够撞击到所述工作负载；
所述电磁模块包括磁铁、线圈和线圈导磁柱，所述磁铁设置于所述饮水鸟本体底部球体的底部，所述线圈导磁柱设置于所述饮水鸟本体的底座上，呈圆弧排列，每个所述线圈导磁柱的外部均套设有线圈，所述磁铁随着所述饮水鸟本体的底部球体摇摆时，所述磁铁切割所述线圈的磁感线产生电压。
2.根据权利要求1所述的基于饮水鸟的常温热机发电装置，其特征在于：所述压电模块还包括基座、中轴、轴座和悬臂梁夹具；所述中轴通过轴座固定在基座上，所述悬臂梁被悬臂梁夹具固定于中轴上。
3.根据权利要求1所述的基于饮水鸟的常温热机发电装置，其特征在于：所述压电片是通过导电环氧胶黏贴在悬臂梁弯曲挠度最大处，宽度与悬臂梁相同，以增加压电片的形变量。
4.根据权利要求3所述的基于饮水鸟的常温热机发电装置，其特征在于：所述压电片采用PZT压电陶瓷材料制成。
5.根据权利要求1所述的基于饮水鸟的常温热机发电装置，其特征在于：所述饮水鸟本体包括底座、支架、摇摆架、配重块和摆动装置，所述摆动装置包括头部、支管和底部球体；所述底座为U形底座，所述底座的顶部两侧设置分别设置有一所述支架，两个所述支架之间连接所述摇摆架，所述摇摆架与所述支架的连接处为活动连接，所述摇摆架的中部设置有一套管，所述支管固定于所述套管内，所述支管的顶部设置所述头部，所述支管的底部设置所述底部球体，所述头部设置有与所述支管相通的通孔，所述配重块设置与所述头部的顶端，所述头部直径小于所述底部球体的直径。
6.根据权利要求5所述的基于饮水鸟的常温热机发电装置，其特征在于：所述头部为外部包裹有易吸水布的薄壁玻璃球，所述底部球体为薄壁玻璃球，所述支管为玻璃管，所述头部、所述支管和所述底部球体的内部腔体连通构成装有乙醚液体的空腔。
7.根据权利要求1所述的基于饮水鸟的常温热机发电装置，其特征在于：所述线圈导磁柱由高磁导率、低磁阻率的材料制成。
8.根据权利要求1所述的基于饮水鸟的常温热机发电装置，其特征在于：所述线圈为方形线圈。
9.根据权利要求1所述的基于饮水鸟的常温热机发电装置，其特征在于：所述磁铁以N-S磁极交替的形式排布。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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