[发明专利]一种方向自适应的基于涡激振动的摩擦纳米发电机

说明书

本发明公开一种方向自适应的基于涡激振动的摩擦纳米发电机，涉及摩擦纳米发电机技术领域，包括圆柱绕流模块、自适应转向模块、旋转摩擦发电模块和固液摩擦发电模块；旋转摩擦发电模块和固液摩擦发电模块均设置于圆柱绕流模块内；圆柱绕流模块与自适应转向模块相连接。将摩擦纳米发电引入涡激振动，可以将低频涡激振动能转为电能，同时采用了旋转式摩擦纳米发电机和固液摩擦纳米发电机，另外，固液摩擦纳米发电机采用多个摩擦纳米发电单元并联可有效提高发电效率。导向圆盘可调节摩擦片的偏转方向，可以探究发现摩擦片的最佳偏转角进一步提高发电效率。通过设计的L形方向自适应悬臂梁可以使得整个装置可以根据水流方向的不断变化自行调节方向。

技术领域

本发明涉及摩擦纳米发电机技术领域，特别是涉及一种方向自适应的基于涡激振动的摩擦纳米发电机。

背景技术

古往今来，人类与海洋的斗智斗勇从未停止过，海洋河流底部尘封了太多的秘密，这些水下遗迹对考古人员提出了严峻的考验，从发现到定位再到勘探检测，发掘以及后期的保护都对技术有极高的要求。为了持续不断的对水下遗迹进行监测，这就对传感器以及供电方式提出了挑战。最近这些年来，随着集成电路与MEMS技术的快速发展，一些电子设备功能多元化的同时尺寸也在渐渐变小，同时功耗也有很大程度的降低，但是传统的化学电池的供电方式依然不能满足水下考古的要求，因此，较为可行的解决方案是从周围环境中获取源源不断地能量。海洋河流中蕴含大量的蓝色能源，其中就包括有海流能，这是一种极具潜力的海洋能。

海流能的获取是将水的动能转化为电能的过程，低流速下水动能的获取方法中较为常见的是采用涡激振动，这是一种典型的流固耦合现象，当流体流经任何非流线型钝体时都会在结构物两侧产生脱离表面的涡旋，这种涡旋又会在结构物上产生周期性的升力与阻力，这个力会使结构物产生周期性振动。这种振动会对结构物产生严重的破坏，但从能量收集的角度看，这就为能量收集提供了条件，涡激振动将流动能转为振动能，再将振动能转化为电能。

振动能的转化主要有三种方式：压电式，电磁式和摩擦纳米发电。由于涡激振动是一种低频振动，压电式和电磁式由于其局限性都不能发挥很好的效能，摩擦纳米发电在低频工况下有较好的输出性能。而摩擦纳米发电技术作为一种近几年热门的能量收集技术，其主要原理是利用摩擦起电现象和静电效应实现将机械能转化为电能，在低频振动的工况下具有较好的输出性能。因此，摩擦纳米发电机可以有效的将涡激振动转化为电能。

发明内容

为解决以上技术问题，本发明提供一种方向自适应的基于涡激振动的摩擦纳米发电机，可以有效的解决低速流体下海流能的收集，为水下考古的长期监测提出了解决方案。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

本发明提供一种方向自适应的基于涡激振动的摩擦纳米发电机，包括圆柱绕流模块、自适应转向模块、旋转摩擦发电模块和固液摩擦发电模块；所述旋转摩擦发电模块和所述固液摩擦发电模块均设置于所述圆柱绕流模块内，且所述旋转摩擦发电模块位于所述固液摩擦发电模块的上方；所述圆柱绕流模块的底部与所述自适应转向模块相连接。

可选的，所述自适应转向模块包括底座、防水轴承、基轴和悬臂梁，所述底座上设置有所述防水轴承，所述防水轴承的内圈与所述基轴相连接，所述悬臂梁的底部与所述基轴的顶部相连接。

可选的，所述悬臂梁为L型结构；所述悬臂梁的竖直部的顶部与所述圆柱绕流模块的底部相连接，所述悬臂梁的竖直部的底部与所述基轴相连接。

可选的，所述圆柱绕流模块包括第一壳体、第二壳体和盖板；所述第一壳体为无底无盖的圆柱筒，所述第二壳体为有底无盖的圆柱筒；所述第二壳体的顶部与所述第一壳体的底部相连接，所述盖板设置于所述第一壳体的顶部。

可选的，所述第二壳体的上部端面设置有多个凹槽，所述多个凹槽用于固定所述固液摩擦发电模块。

可选的，所述盖板中部设置有通孔，用于固定所述旋转摩擦发电模块。