[发明专利]一种双套筒夹置剪切式压电梁涡致振动能量转换装置

说明书

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。

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d₁₅d₃₃d₃₁的关系，因此同样功率密度，同样受力下，d₁₅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：