CN115199458A - 一种小型水流能量收集器 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种小型水流能量收集器，涉及水流发电装置技术领域；包括支撑部、获能部和能量转换部；所述获能部活动设置于所述支撑部上，且所述获能部能够在水流推动下转动，所述能量转换部密封设置于所述获能部内，且所述能量转换部能够将所述获能部转动时的能量转换为电能。本发明提供的小型水流能量收集器，能将周围环境中的水流能量转化为电能待水面设备利用。

Description

一种小型水流能量收集器
技术领域
本发明涉及水流发电装置技术领域，特别是涉及一种小型水流能量收集器。
背景技术
海水中蕴含着大量的能量，近年来越来越多的被我国科研人员所重视。海水所蕴含的能量清洁环保，种类多，储量广，源源再生。但需要合理的使用，不然会在成巨大的灾难。与此同时，随着科技的进步，电能已成为了人们生活所需的最主要能源之一，采用节能环保可持续性的发电方式成为我们持续开展的课题，同时对解决能源枯竭等问题具有重要的意义。
发电机作为发电的基本设备，可以将水流能、气流能等其他形式的能量转化为电能。其中，水利发电技术愈发成熟，政府在主要的河流地区已建立大型水力发电站。但随着人民生活水平的提高与物质文化的需要，水利发电装置更新换代面临着巨大的挑战。其在发电机体积、供电环境、储能方式等诸多方面展现出许多弊端。因此，如何利用水流能量满足人民日新月异的生活需要是一个亟待解决的问题。现有的水力发电机要么体积巨大，携带性低，不能满足灵活用电需要，要么发电量低，难以满足电子设备的用电需求。
发明内容
本发明的目的是提供一种小型水流能量收集器，以解决上述现有技术存在的问题，能将周围环境中的水流能量转化为电能待水面设备利用。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
本发明提供一种小型水流能量收集器，包括支撑部、获能部和能量转换部；所述获能部活动设置于所述支撑部上，且所述获能部能够在水流推动下转动，所述能量转换部密封设置于所述获能部内，且所述能量转换部能够将所述获能部转动时的能量转换为电能，能量转换部外接有电力储存设备或用电负载。本发明基于压电效应，采用压电片发电方式，引入多个压电片，并将其按照环形阵列的方式安装，通过弯曲压电片以产生电能。采用内外围同时发电的结构设计，使作业时产生更多的电能。且该装置小巧方便，有一定的自适应性，外部水流速度越大，发电能力越好，进一步扩展了能量收集器的应用范围。
可选的，所述支撑部包括两个对称设置的支架，两个所述支架之间固定连接有水平布置的支撑轴；所述获能部活动设置于所述支撑轴上。
可选的，所述获能部包括通过轴承活动套设于所述支撑轴上的第一叶轮盖和第二叶轮盖，所述第一叶轮盖和第二叶轮盖外侧分别固定设置有叶轮，所述第一叶轮盖内侧和第二叶轮盖内侧密封固定连接；所述能量转换部设置于所述第一叶轮盖和第二叶轮盖内部。
可选的，两个所述支架分别通过紧定螺钉与所述支撑轴的两端固定连接，所述轴承的小径通过过盈配合安装在所述支撑轴的中间轴肩两端，且所述轴承通过卡簧轴向固定于所述支撑轴上，两个所述轴承的大径分别通过过盈配合安装在所述第一叶轮盖和第二叶轮盖中心位置处。
可选的，所述第二叶轮盖内侧外围均匀环设有多个凸起轴，所述第二叶轮盖内侧中心设置有径向截面为环形的凸起，所述凸起外侧环设有多个凹槽；所述能量转换部包括多个套筒，所述套筒转动套设于所述凸起轴上，所述套筒一侧的侧壁上设有开口，且所述套筒的开口处固定设置有与所述套筒外端面齐平的第一弹簧钢，所述第一弹簧钢朝向外侧的中部固定设置有压电片，所述第一弹簧钢远离所述套筒的一端固定设置有第一磁铁，所述第一磁铁和位于所述第一弹簧钢上的所述压电片位于所述第一弹簧钢的不同侧；所述凹槽内固定安装有与所述凸起外端面平齐的第二弹簧钢，所述第二弹簧钢与转动方向相同的一侧中部固定设置有所述压电片，所述第二弹簧钢远离所述凸起的一端固定设置有第二磁铁，所述第二磁铁与所述第二弹簧钢上的压电片位于同一侧；所述第一磁铁和第二磁铁的极性相同。本发明利用发电机周围水的流动驱动发电机水平轴叶轮旋转，水平轴叶轮旋转的同时带动叶轮盘内部弹簧钢的转动。外围的第一弹簧钢由于重力作用绕着第二叶轮盖内部外围的突起轴处向中心处第二弹簧钢迅速转动，在外围第一弹簧钢与中心第二弹簧钢即将碰撞时磁极互斥增大，弹簧钢产生振动，从而弯曲并带动其上的压电片弯曲，位于压电片内的电介质在沿一定方向上受到外力的作用而变形，压电片内部产生极化现象，同时压电片两个相对表面上出现正负相反的电荷，从而产生电压，压电片外接电流转换和储存设备，从而将水流的能量转换为电能。本发明装置内部采用环形阵列的方式安装弹簧钢，这样在转速相同的情况下可以转换更多的水流动能。
可选的，所述第一叶轮盖与第二叶轮盖通过螺栓和螺母固定密封连接。
可选的，所述第一叶轮盖与第二叶轮盖之间固定设置有密封圈。
可选的，所述套筒通过第二卡簧轴向固定于所述凸起轴上，所述套筒与所述凸起轴间隙配合连接，且所述套筒能够在所述凸起轴上转动。
本发明相对于现有技术取得了以下技术效果：
本发明提供的小型水流能量收集器具有一定的适应性，其外部环境中相对水流速度越大，小型水流能量收集器的机电转换能力就越强，其输出给低负载设备工作的电能就越多；该小型水流能量收集器利用压电效应，当位于弹簧钢上的压电片随同弹簧钢一同弯曲时，位于压电片内的电介质在沿一定方向上受到外力的作用而变形，压电片内部产生极化现象，同时压电片两个相对表面上出现正负相反的电荷，从而产生电压。该小型水流能量收集器在保证一定的尺寸前提下引入更多的弹簧钢阵列数量，以实现在输入机械速度较低的情况下，单位周期内更多弹簧钢发生弯曲，附着其上的压电片弯曲，从而产生更多次数的压电效应，提高输出电压，达到提高发电机输出能力的目的，在另一方面也提高了发电效率。该小型水流能量收集器采用磁极末端安装的方式，外围弹簧钢重心更靠近磁极末端，使外围弹簧钢由于重力作用绕着叶轮盖内部外围的突起轴处向中心弹簧钢转动时更迅速，提高发电效率；同时外围弹簧钢与中心弹簧钢中相对的末端磁铁，磁极相同，在发电作业时，两极由于互斥原理不发生接触，从而减小摩擦损耗。该小型水流能量收集器在结构上实现了从水流动的机械能向电能的转化，可以为水面移动设备如小型船支或者固定式水面微小型传感器等设备的工作提供电能，可以完全实现小型负载电子设备的自供能要求。
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为本发明小型水流能量收集器的主体三维结构轴测图；
图2为本发明小型水流能量收集器的主体三维结构剖视图；
图3为本发明小型水流能量收集器的主体三维结构俯视图；
图4为本发明小型水流能量收集器的主体三维结构爆炸图；
图5为本发明小型水流能量收集器的第一弹簧钢装配三维结构图；
图6为本发明小型水流能量收集器的第二弹簧钢装配三维结构图；
附图标记说明：1-支架，2-紧定螺钉，3-支撑轴，4-轴承，5-第一叶轮盖，6-螺栓，7-螺母，8-第二叶轮盖，9-第一卡簧，10-密封圈，11-套筒，12-第一弹簧钢，13-第一磁铁，14-压电片，15-第二弹簧钢，16-第二磁铁，17-第二卡簧。
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小型水流能量收集器，以解决上述现有技术存在的问题，能将周围环境中的水流能量转化为电能待水面设备利用。
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。
如图1、图2、图3、图4、图5和图6所示，本实施例提供一种小型水流能量收集器，其为基于压电效应的旋转式小型水流能量收集器，主要包括获能部、支撑部和能量转换部，获能部包括第一叶轮盖5、第二叶轮盖8；支撑部包括支架1和支撑轴3；能量转换部包括套筒11、第一弹簧钢12、第一磁铁13、压电片14、第二弹簧钢15、第二磁铁16；还包括密封装置，密封装置为密封圈10。
在叶轮盖内部，套筒11通过间隙配合安装在第二叶轮盖8内部外围的突起轴处，利用第二卡簧17实现其轴向固定，保证套筒11可以正常转动。第一弹簧钢12通过工业用胶固定在套筒11的开口处，高度与套筒11平齐。压电片14通过工业用胶固定在第一弹簧钢12朝向外围的一侧的中段，第一弹簧钢12弯曲带动压电片14弯曲实现发电。第一磁铁13通过工业用胶固定在第一弹簧钢12朝向中心的一侧的末端。第二弹簧钢15通过工业用胶固定在第二叶轮盖8中心凸起处的凹槽内，高度与凸起处平齐。压电片14通过工业用胶固定在第二弹簧钢15与转动方向相同的一侧中段，第二弹簧钢15弯曲带动压电片14弯曲实现发电。第二磁铁16通过工业用胶固定在第二弹簧钢15与转动方向相同的一侧末端。第一叶轮盖5与第二叶轮盖8通过密封圈10、螺栓6、螺母7实现紧密连接，同时中间的密封圈10起到一定的密封效果，防止叶轮旋转工作时水流渗入叶轮盖内部。支架1通过紧定螺钉2安装在支撑轴3的两端，轴承4小径通过过盈配合安装在支撑轴3中间轴肩两端，通过第一卡簧9实现轴向固定。轴承4大径通过过盈配合安装在第一叶轮盖5和第二叶轮盖8中心。
本发明工作时，当恒定的水流推动第一叶轮盖5、第二叶轮盖8转动时，第二叶轮盖8带动内部第一弹簧钢12和第二弹簧钢15转动。同时第一弹簧钢12由于重力作用绕着第二叶轮盖8内部外围的突起轴处转动。当叶轮转动时，第一弹簧钢12的重心由低处向高处移动，由于重力作用第一弹簧钢12的末端绕着第二叶轮盖8内部外围的突起轴处向下转动，向位于中心处的第二弹簧钢15迅速靠近。当过于靠近时，磁极互斥增大，第一弹簧钢12、第二弹簧钢15产生振动，从而弯曲并带动其上的压电片14弯曲，位于压电片14内的电介质在沿一定方向上受到外力的作用而变形，压电片14内部产生极化现象，同时压电片14两个相对表面上出现正负相反的电荷，从而产生电压，该电压通过导线等能够输出至电力储存设备或用电负载。
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 (8)

1.一种小型水流能量收集器，其特征在于：包括支撑部、获能部和能量转换部；所述获能部活动设置于所述支撑部上，且所述获能部能够在水流推动下转动，所述能量转换部密封设置于所述获能部内，且所述能量转换部能够将所述获能部转动时的能量转换为电能。
2.根据权利要求1所述的小型水流能量收集器，其特征在于：所述支撑部包括两个对称设置的支架，两个所述支架之间固定连接有水平布置的支撑轴；所述获能部活动设置于所述支撑轴上。
3.根据权利要求2所述的小型水流能量收集器，其特征在于：所述获能部包括通过轴承活动套设于所述支撑轴上的第一叶轮盖和第二叶轮盖，所述第一叶轮盖和第二叶轮盖外侧分别固定设置有叶轮，所述第一叶轮盖内侧和第二叶轮盖内侧密封固定连接；所述能量转换部设置于所述第一叶轮盖和第二叶轮盖内部。
4.根据权利要求3所述的小型水流能量收集器，其特征在于：两个所述支架分别通过紧定螺钉与所述支撑轴的两端固定连接，所述轴承的小径通过过盈配合安装在所述支撑轴的中间轴肩两端，且所述轴承通过卡簧轴向固定于所述支撑轴上，两个所述轴承的大径分别通过过盈配合安装在所述第一叶轮盖和第二叶轮盖中心位置处。
5.根据权利要求3所述的小型水流能量收集器，其特征在于：所述第二叶轮盖内侧外围均匀环设有多个凸起轴，所述第二叶轮盖内侧中心设置有径向截面为环形的凸起，所述凸起外侧环设有多个凹槽；所述能量转换部包括多个套筒，所述套筒转动套设于所述凸起轴上，所述套筒一侧设有开口，且所述套筒的开口处固定设置有与所述套筒外端面齐平的第一弹簧钢，所述第一弹簧钢朝向外侧的中部固定设置有压电片，所述第一弹簧钢远离所述套筒的一端固定设置有第一磁铁，所述第一磁铁和位于所述第一弹簧钢上的所述压电片位于所述第一弹簧钢的不同侧；所述凹槽内固定安装有与所述凸起外端面平齐的第二弹簧钢，所述第二弹簧钢与转动方向相同的一侧中部固定设置有所述压电片，所述第二弹簧钢远离所述凸起的一端固定设置有第二磁铁，所述第二磁铁与所述第二弹簧钢上的压电片位于同一侧；所述第一磁铁和第二磁铁的极性相同。
6.根据权利要求3所述的小型水流能量收集器，其特征在于：所述第一叶轮盖与第二叶轮盖通过螺栓和螺母固定密封连接。
7.根据权利要求6所述的小型水流能量收集器，其特征在于：所述第一叶轮盖与第二叶轮盖之间固定设置有密封圈。
8.根据权利要求5所述的小型水流能量收集器，其特征在于：所述套筒通过第二卡簧轴向固定于所述凸起轴上，所述套筒与所述凸起轴间隙配合连接，且所述套筒能够在所述凸起轴上转动。
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