[发明专利]一种用于水流管道的加强型压电叠堆压电俘能装置

说明书

一种用于水流管路的加强型压电叠堆压电俘能装置，属于水力发电及低功耗新能源技术领域。由波纹管、瓶颈接口、空穴接口、底座、顶盖、铝制薄膜、磁铁块、力学放大装置A、力学放大装置B、压电堆叠和密封胶圈组成。两个磁铁块布置于力学放大装置A上且其磁性与另外两个布置于底座上的磁铁块相斥；力学放大装置B与力学放大装置A之间及压电叠堆与力学放大装置B之间采用过盈配合连接。当水流流过波纹管时会使其压力脉动增加，压力脉动传递到铝制薄膜上，使之产生振动，振动通过力学放大装置后传递到压电叠堆上，进而使压电叠堆产生变形，产生电能。本发明放大水流管道中压力脉动产生的低频振动幅值，提高能量采集效率，装置结构简单且易于推广。

技术领域

本发明涉及一种基于压力脉动的水能俘获装置，尤其涉及一种用于水流管道的加强型压电叠堆压电俘能装置，属于水力发电及低功耗新能源技术领域。

背景技术

在现代化社会的工业生产及日常生活中，机器已经是必不可少的一部分。机器在运作过程中由于加工工艺、制造误差和性能要求等原因所产生的振动能、热能和电能的采集技术具有很好的发展前景。在流体管路中，压力脉动的存在是一种不可避免的能量损失。压力脉动的产生是由于压力泵或者流体管路中其它作动器偏离最优工况，导致局部区域内压力值围绕额定压力值成周期性的上下波动。因此，需要寻求一种收集由压力脉动所产生的振动能的俘能装置。

采用水能为动力源的发电装置现已有很多，其原理是利用压电材料的正压电效应将振动产生的机械能转化为电能。但是目前的水力压电发电装置多数都利用了自然环境中的水能，装置的安装环境存在诸多不稳定因素，装置易损坏、发电量小、电压输出不稳定且能量转化效率低。例如：有船舶用发电装置利用海洋或湖泊中的波浪，当波浪拍打船舶上的压电材料时，压电材料发生变形，从而产生电荷，达到将机械能转化为电能的目的。该发明长期处于湖泊或海洋这种恶劣的环境下，既不能产生较为稳定的电流而且会大大降低装置的使用寿命。现有技术中，有装置利用风力或水力驱动旋转轴旋转，带动挤压转子，间断性地挤压固定在外壳内壁两端的复合压电片，使压电片发生形变，进而产生电荷，达到将机械能转换为动能的目的。该装置可以产生较为稳定的电流，但长期性的硬性挤压将会导致挤压转子的磨损，使得能量的转换效率降低并且会缩短装置的使用寿命。

本专利为克服以上缺点，致力于提出一种能够在水流管道中稳定发电，有较长使用寿命且机械结构简单的水能俘获装置。

发明内容

本发明的目的是现有水能俘获装置存在能量转化效率低以及工作环境不稳定的技术缺陷，提出了一种用于水流管道的加强型压电叠堆压电俘能装置。

一种用于水流管道的加强型压电叠堆压电俘能装置，包括波纹管、入口水管、出口水管、力学放大装置A、力学放大装置B、压电叠堆、顶盖、底座、磁铁块、正极导线、负极导线、铝制薄膜、空穴接口、瓶颈接口、密封圈A、密封圈B以及密封圈C；

其中，波纹管、入口水管、出口水管、力学放大装置A、力学放大装置B、顶盖、底座、空穴接口、瓶颈接口、密封圈A、密封圈B以及密封圈C的数量均为1个；正极导线及负极导线的数量各为1根；铝制薄膜的数量为1片；磁铁块的数量为4，压电叠堆有两块；

瓶颈接口、空穴接口与铝制薄膜共同构成了亥姆霍兹共鸣器；

空穴接口、瓶颈接口以及波纹管中嵌有密封圈，且波纹管中除包括入口水管和出口水管相接的接口外，还有一个与瓶颈接口相连的接口；波纹管与出口水管相接处有扩散口；波纹管与入口水管相接处有收缩口；

力学放大装置A、力学放大装置B由铝制成；

每块压电叠堆均由M个基础层以及N个压电层组成，其中，M和N不相等，且均为大于等于10的整数，基础层由不锈钢制成，压电层由压电陶瓷制成；

压电层和基础层上分别接有导线，每个压电层上的导线采用并联连接形成正极导线，每个基础层上的导线采用并联连接形成负极导线；