CN113489375B - 一种涡激振动能量收集与发电装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种涡激振动能量收集与发电装置，包括钝体，所述钝体上端固定连接有连接装置，所述连接装置外侧固定对称设置有直线振动发电机，所述连接装置上端安装有弹簧组，所述钝体能够在流体流过后产生振动，带动连接装置和直线振动发电机同步振动，所述直线振动发电机能够产生感应电动势；本发明适应低流速下产生的涡激振动向电能的转换，发电效率高。
Description
技术领域
本发明涉及水流发电装置技术领域，特别是涉及一种涡激振动能量收集与发电装置。
背景技术
在海洋环境中，传统的化学电池寿命短、不易更换且容易污染环境，需要能够长期稳定供电的可再生能源供电形式。利用涡激振动原理能够将水流能转换为振动能。而振动能量收集技术具有结构简单、输出能量密度高等优点，可以代替传统电池解决难以实现电池更换等问题，能够为电子设备连续供电，提升器件稳定性和使用寿命。
振动能是自然界中能够捕获的具有较高能量密度的一种能量形式，目前针对振动能量采集技术主要分为四种：电磁式、压电式、静电式和压电-电磁复合式。电磁式振动能量收集设备应用电磁感应现象，将磁铁与线圈相对运动的机械能转化为电能；压电式振动能量收集系统应用压电效应，将压电元件受到的应力和应变转化为电荷输出。目前，压电式振动能量收集装置的有效振动频率在100～1000Hz。中国专利号CN201810014846.9提供了一种改进型压电悬臂梁涡激振动发电装置，该专利利用压电效应实现机械能到电能的转换，适应高水流流速的环境，其振动频率高，发电效率低。
发明内容
本发明的目的是提供一种涡激振动能量收集与发电装置，以解决上述现有技术存在的问题，振动频率低，发电效率高。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
本发明提供一种涡激振动能量收集与发电装置，包括圆柱形结构的钝体，所述钝体上端固定连接有连接装置，所述连接装置外侧固定对称设置有直线振动发电机，所述连接装置上端安装有弹簧组，所述钝体能够在流体流过后产生振动，带动连接装置和直线振动发电机同步振动，所述直线振动发电机能够产生感应电动势。
可选的，所述连接装置包括固定对称设置于所述钝体两侧的两个连接杆，所述直线振动发电机固定设置于所述连接杆外侧，两个所述连接杆之间设置有连接板，所述弹簧组与所述连接板连接，弹簧组能够调节整个装置在水中的平衡，具体的，不同线径、直径和长度的弹簧被采用来调节涡激振动发电装置中钝体或者直线振动发电机质量改变时带来的平衡位置变动的问题。
可选的，所述连接板的上下两端对称设置有两个固定杆，位于下端的所述固定杆活动设置于两个所述连接杆之间，所述连接板上开设有连接通孔，所述弹簧组包括弹簧，所述弹簧两端固定连接有挂钩，所述弹簧一端通过所述挂钩与所述连接通孔固定连接，另一端通过所述挂钩与所述固定杆固定连接。
可选的，所述直线振动发电机包括设置于壳体内的磁体、线圈和振动弹簧；所述磁体与所述壳体固定连接，所述磁体包括多个圆环形磁体，多个所述圆环形磁体由海尔贝克阵列结构叠加而成，即，直线振动发电机的定子由Halbach圆环磁体阵列组成，磁体选用钕铁硼，所述线圈设置于所述磁体内部，且所述线圈采用铜导线绕制而成，所述线圈和磁体之间间隔有气隙；所述振动弹簧粘附于所述线圈顶部和底部，所述振动弹簧远离所述线圈的一端与所述直线振动发电机的壳体固定连接。磁体与连接杆能够运动同步，直线振动发电机的线圈利用黏附在其表面的振动弹簧产生与磁体不同步的运动，利用电磁感应原理收集振动形式机械能并将其转化为电能。
可选的，所述连接杆外侧固定设置有连接框架，所述直线振动发电机的所述壳体固定设置于所述连接框架内；连接框架就可以很好的固定直线振动发电机的磁体部分，同时又可以对直线振动发电机起到一定的保护作用，避免其发生磕碰等损伤。
本发明相对于现有技术取得了以下技术效果：
本发明能够利用钝体结构实现水流能向振动能的转换，利用直线振动电机实现振动能向电能的转换，适应低流速下产生的涡激振动向电能的转换。本发明采用弹簧组能够调节整体装置的平衡。采用直线振动发电机，避免了传动装置带来的摩擦力导致装置平衡不好调节的麻烦。采用Halbach阵列磁体，能够输出良好的正弦感应电压。
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为本发明涡激振动能量收集与发电装置主视图；
图2为本发明直线振动发电机立体布置结构示意图；
图3为本发明直线振动发电机剖面图；
图4为本发明磁体阵列布置充磁方向示意图；
其中，100涡激振动能量收集与发电装置，1钝体，2连接板，3连接杆，4直线振动发电机，5弹簧组，6线圈，7磁体，8振动弹簧，9连接框架，10固定杆，11连接通孔。
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涡激振动能量收集与发电装置，以解决上述现有技术存在的问题，振动频率低，发电效率高。
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。
参考附图1-附图4所示，本发明提供一种涡激振动能量收集与发电装置100，包括圆柱形结构的钝体1，钝体1上端固定连接有连接装置，连接装置外侧固定对称设置有直线振动发电机4，连接装置上端安装有弹簧组5，钝体1能够在流体流过后产生振动，带动连接装置和直线振动发电机4同步振动，直线振动发电机4能够产生感应电动势。
具体的，连接装置包括固定对称设置于钝体1两侧的两个连接杆3，直线振动发电机4固定设置于连接杆3外侧，两个连接杆3之间固定设置有连接板2，弹簧组5与连接板2连接，弹簧组5能够调节整个装置在水中的平衡，具体的，不同线径、直径和长度的弹簧被采用来调节涡激振动发电装置中钝体1或者直线振动发电机4质量改变时带来的平衡位置变动的问题。连接杆3外侧固定设置有连接框架9，直线振动发电机4的壳体固定设置于连接框架9内；连接框架9就可以很好的固定直线振动发电机4的磁体7部分，同时又可以对直线振动发电机4起到一定的保护作用，避免其发生磕碰等损伤。
连接板2的上下两端对称设置有两个固定杆10，位于下端的固定杆10活动设置于两个连接杆3之间，连接板2上开设有连接通孔11，弹簧组5包括弹簧，弹簧两端固定连接有挂钩，弹簧一端通过挂钩与连接通孔11固定连接，另一端通过挂钩与固定杆10固定连接，从而钝体1带动连接杆3振动时，连接板2上的弹簧弹力改变，从而带动固定杆10上下运动，不同线径、直径和长度的弹簧与固定杆10不同位置连接，固定杆10不同位置跟随弹簧运动时的位移和角度不同，从而可以调节涡激振动发电装置中钝体1或者直线振动发电机4质量改变时带来的平衡位置变动的问题。
直线振动发电机4包括设置于壳体内的磁体7、线圈6和振动弹簧8；磁体7与壳体固定连接，磁体7包括多个圆环形磁体，磁体7材料选用钕铁硼，磁体7由Halbach磁体阵列叠加而成，线圈6设置于磁体7内部，且线圈6采用铜导线绕制而成，线圈6和磁体7之间具有一定的间隔，该间隔为气隙；振动弹簧8粘附于线圈6顶部和底部，振动弹簧8远离线圈6的一端与直线振动发电机4的壳体固定连接。磁体7与连接杆3能够运动同步，直线振动发电机4的线圈6利用黏附在其表面的振动弹簧8产生与磁体7不同步的运动，利用电磁感应原理收集振动形式机械能并将其转化为电能。
当涡激振动发电装置振动时，由于磁体7通过壳体固定在连接杆3上，因此磁体7与涡激振动发电装置同步运动，而线圈6与壳体是通过振动弹簧8连接固定的，因此线圈6与磁体7之间的振动是不同步的。线圈6与磁体7发生相对运动，产生感应电动势。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“顶”、“底”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“笫二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
本发明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。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。
Claims (2)
1.一种涡激振动能量收集与发电装置，其特征在于：包括钝体，所述钝体上端固定连接有连接装置，所述连接装置外侧固定对称设置有直线振动发电机，所述连接装置上端安装有弹簧组，所述钝体能够在流体流过后产生振动，带动连接装置和直线振动发电机同步振动，所述直线振动发电机能够产生感应电动势；所述连接装置包括固定对称设置于所述钝体两侧的两个连接杆，所述直线振动发电机固定设置于所述连接杆外侧，两个所述连接杆之间设置有连接板，所述弹簧组与所述连接板连接；所述连接板的上下两端对称设置有两个固定杆，位于下端的所述固定杆活动设置于两个所述连接杆之间，所述连接板上开设有连接通孔，所述弹簧组包括弹簧，所述弹簧两端固定连接有挂钩，所述弹簧一端通过所述挂钩与所述连接通孔固定连接，另一端通过所述挂钩与所述固定杆固定连接；所述直线振动发电机包括设置于壳体内的磁体、线圈和振动弹簧；所述磁体与所述壳体固定连接，所述磁体包括多个圆环形磁体，多个所述圆环形磁体由海尔贝克阵列结构叠加而成，所述线圈设置于所述磁体内部，且所述线圈采用铜导线绕制而成，所述线圈和磁体之间间隔有气隙；所述振动弹簧粘附于所述线圈顶部和底部，所述振动弹簧远离所述线圈的一端与所述直线振动发电机的壳体固定连接。
2.根据权利要求1所述的涡激振动能量收集与发电装置，其特征在于：所述连接杆外侧固定设置有连接框架，所述直线振动发电机的所述壳体固定设置于所述连接框架内。
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