一种流致振动扩大效应水中能量收集器制造技术

本发明专利技术公开了一种流致振动扩大效应水中能量收集器

【技术实现步骤摘要】
一种流致振动扩大效应水中能量收集器


[0001]本专利技术属于清洁能源领域的一种水中能量收集器，尤其是涉及了一种流致振动扩大效应水中能量收集器
。

技术介绍

[0002]海洋能源可以产生大量的清洁和可再生能源
。
由于最近可再生能源转换技术的发展，已经建造了许多不同的能源转换器来获取可再生能源
。
其中海洋
、
河流和渠道储存了丰富的可再生低速流动能量，但没有大规模开发
。
可以在水中长时间放置，为探测装置不断提供电能，减少大量探测器更换电池的人力物力
。
尽管海洋含有大量未开发的资源和能源，但由于目前的技术缺陷，如转换效率低和制造复杂，使得海洋
、
河流和渠道中的能量未得到充分利用
。

技术实现思路

[0003]为了解决
技术介绍
中存在的问题，本专利技术的目的在于设计一种流致振动扩大效应水中能量收集器
。
本专利技术的收集器具体为基于涡激振动的压电与柔性圆柱之间流致震动扩大效应相结合的能量收集器，主要解决水中小功率电子设备的续航问题
。
[0004]本专利技术所采用的技术方案如下：
[0005]能量收集器包括空心六面体结构的支撑壳体
、
柔性导电棒
、
刚性绝缘棒和电路耦合组件；柔性导电棒环绕刚性绝缘棒设置，电路耦合组件设置在支撑壳体内部，支撑壳体的表面上开设有若干个通孔，柔性导电棒的一端通过通孔深入到支撑壳体内部，且与电路耦合组件之间连接，刚性绝缘棒的一端通过通孔深入到支撑壳体内，且不与电路耦合组件接触，柔性导电棒和刚性绝缘棒的另一端均悬空
。
[0006]所述的柔性导电棒主要由柔性柱状外壳
、
环状的柔性压电片和柔性棒状电极组成；柔性棒状电极位于柔性导电棒的中部，柔性棒状电极的外侧壁上套设有若干层柔性压电片，柔性柱状外壳为一根一端封闭一端开口的空心管，柔性柱状外壳套设在最外层柔性压电片的外表面，且柔性柱状外壳的开口端朝向电路耦合组件，柔性柱状外壳的封闭端朝向柔性导电棒的悬空端；
[0007]柔性压电片的里
、
外两端分别设有两个环状的导电片，柔性棒状电极的里端通过通过导线与电路耦合组件之间连接，设置在柔性压电片里端的导电片通过导线与电路耦合组件连接
。
[0008]所述的电路耦合组件包括电池
、
电路板和功能部件，电池和功能部件之间通过电路板进行连接，电路板通过两根导线分别与柔性棒状电极和柔性压电片进行连接；
[0009]所述的电路板包括聚合电路和设备电路，柔性导电棒放置在水中用于产生电压，柔性导电棒产生的电压通过聚合电路存储到电池中，聚合电路用于将电路存储的电压输送到待运行的功能部件中
。
[0010]所述支撑壳体的六个面上均密封连接有六根柔性导电棒和一根刚性绝缘棒，支撑
壳体同一个面上的柔性导电棒和刚性绝缘棒平行；同一面上的六根柔性导电棒围成正六棱柱体结构，刚性绝缘棒设置在正六棱柱体结构的中心轴线上
。
[0011]所述的功能部件为探测器
、
定位器或数据接收器
。
[0012]所述的柔性压电片采用环氧树脂基体
。
[0013]所述柔性柱状外壳材质为氟化乙烯丙烯共聚物
(FEP)
材料
。
[0014]所述正六棱柱体结构中正六边形面的边长为
4D
，柔性导电棒和刚性绝缘棒的长度均为
20D
，其中，
D
为柔性导电棒的直径
。
[0015]能量收集器的密度比水小且体积不变，可在壳体内增加配重例如：石头
、
铁块等改变能量收集器的重量，进而使能量收集器能悬浮在某水域
。
[0016]优选地，柔性导电棒和刚性绝缘棒的直径相同
。
[0017]本专利技术设置刚性绝缘棒的优势在于根据流致振动现象，在雷诺数
Re10000
左右上游刚性圆柱会扩大下游柔性圆柱流致振动现象，使下游圆柱振动增幅大收集更多的能量
。
本专利技术将柔性导电棒围成正六边形结构的优势在于，无论任何方向的来流都能产生刚性圆柱对周围柔性圆柱的流致振动扩大现象，并且由于流体具有粘性，周围柔性圆柱容易产生共振现象，使振幅进一步扩大，产生更多能量
。
[0018]专利技术提供了基于涡激振动的压电与流致震动扩大效应相结合的能量收集器，将该能量收集器放入水中，当水流过圆柱状的柔性导电棒时发生圆柱绕流，产生周期性脱落的卡门涡街，涡脱会使柔性导电棒产生振动，圆柱变形使压电片产生电压，进而产生电流，达到能量收集的目的
。
[0019]本专利技术中振动的产生是基于圆柱绕流造成的涡激振动，涡激振动可在较低的流速下产生，因此实现了低流速的水流的能量收集；圆柱体柔性导电棒的振动会干扰周围的流场，从而使上下游圆柱的震动加剧，因此具有较高的效率，能够有效地利用每一次振动
。
[0020]本专利技术的有益效果为：
[0021]1、
本专利技术实现了低流速的水流的能量收集，充分利用了流致震动扩大效应在低频收集能量的优势，提高了能量收集的利用效率
。
[0022]2、
本专利技术可以根据洋流密度改变收集器的密度，使其长时间悬浮在水中，长时间收集数据或者发送信号，很好地利用了低流速的洋流的能量，也充分利用了压电材料在低频收集能量的优势，提高了水流能量收集的利用效率，增强了实用性
。
附图说明
[0023]为了更清楚地说明本专利技术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专利技术的一些实施例，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
。
[0024]图1为本专利技术提供的能量收集器外观的平面结构示意图；
[0025]图2为本专利技术提供的能量收集器外观的立体结构示意图；
[0026]图3为本专利技术提供的能量收集器的在图
1A
‑
A
处的剖面示意图；
[0027]图4为本专利技术提供的能量收集器中柔性导电棒的结构示意图；
[0028]图5为本专利技术提供的能量收集器的在图
1C
‑
C
处的剖面示意图
。
[0029]图中：1‑
支撑壳体；2‑
柔性导电棒；3‑
刚性绝缘棒；4‑
电路耦合组件；
11
‑
柔性柱状外壳；
12
‑
柔性压电片；
13
‑
柔性棒状电极；
14、15
‑
导电片；
16、17
‑
导线
。
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种流致振动扩大效应水中能量收集器，其特征在于：包括空心六面体结构的支撑壳体
(1)、
柔性导电棒
(2)、
刚性绝缘棒
(3)
和电路耦合组件
(4)
；柔性导电棒
(2)
环绕刚性绝缘棒
(3)
设置，电路耦合组件设置在支撑壳体
(1)
内部，支撑壳体
(1)
的表面上开设有若干个通孔，柔性导电棒
(2)
的一端通过通孔深入到支撑壳体
(1)
内部，且与电路耦合组件
(4)
之间连接，刚性绝缘棒
(3)
的一端通过通孔深入到支撑壳体
(1)
内，且不与电路耦合组件接触，柔性导电棒
(2)
和刚性绝缘棒
(3)
的另一端均悬空
。2.
根据权利要求1所述的一种流致振动扩大效应水中能量收集器，其特征在于：所述的柔性导电棒
(2)
主要由柔性柱状外壳
(11)、
环状的柔性压电片
(12)
和柔性棒状电极
(13)
组成；柔性棒状电极
(13)
位于柔性导电棒
(2)
的中部，柔性棒状电极
(13)
的外侧壁上套设有若干层柔性压电片
(12)
，柔性柱状外壳
(11)
为一根一端封闭一端开口的空心管，柔性柱状外壳
(11)
套设在最外层柔性压电片
(12)
的外表面，且柔性柱状外壳
(11)
的开口端朝向电路耦合组件
(4)
，柔性柱状外壳
(11)
的封闭端朝向柔性导电棒
(2)
的悬空端；柔性压电片
(12)
的里
、
外两端分别设有两个环状的导电片
(14、15)
，柔性棒状电极
(13)
的里端通过通过导线
(16)
与电路耦合组件
(4)
连接，设置在柔性压电片
(12)
里端的导电片
(14)
通过...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘仪，郭家琪，李斌，
申请(专利权)人：浙江理工大学，
类型：发明
国别省市：