[发明专利]一种用于河流发电的压电俘能器

说明书

本发明涉及一种用于河流发电的压电俘能器，属新能源技术领域。主体纵梁两端设有横梁，横梁内外侧分别设有导轨和换能腔，换能腔内装有换能器；换能器由隔板及其两侧经框架压接的压电振子构成，框架由主副梁以及连接主副梁两端的侧板构成；由基板与压电片粘接而成的悬臂梁压电振子压接在主梁和隔板间，压电片靠近框架安装；摆轴两端各设有两个驱动面、中部设有一个安装面，摆轴两端置于换能器中的两压电振子间；耦合器的钝体上的摆臂端部装在摆轴的安装面上，摆臂两侧的安装面上还装有板簧，板簧的自由端置于滑块的滑道内，滑块耳板装在导轨上；两个半弧板的侧耳分别装在导轨上下两侧，钝体的摆臂置于半弧板的豁口内，半弧板凸面靠近钝体。

技术领域

本发明属于新能源技术领域，具体涉及一种用于河流发电的压电俘能器，用于构造自供电河流监测系统。

背景技术

我国境内遍布的河流达数千条之多。近年来，由于工业废污水处理力度不够、水土流失及农药和化肥等使用不当等原因，部分河流都存在一定程度的污染问题，无法满足居民生活及农田灌溉的需求。此外，因目前有些地区中小河流防洪设施不完善、缺少相关防洪设施，汛期来临之际存在溃堤或漫堤等危险，直接威胁了沿岸群众的生命和财产安全。因此，河流监测已受到国家相关部门的高度重视；同时，国内专家学者也相继提出了相应的监测方法和手段，包括针对河水污染的水质监测技术，针对防洪及泥石流等自然灾害的雨量、水位以及河道水流速等监测技术等多方面，以及为监测系统供电的各类微小型俘能器，但现有的微小型俘能器在可靠性及流速适应性等方面都存在一定的问题，严重地阻碍了其推广应用。

发明内容

本发明提出一种用于河流发电的压电俘能器，本发明采用的实施方案是：主体的纵梁两端对称地设有与其垂直的横梁，两横梁内侧都设有导轨、外侧都设有换能腔，换能腔内部经端盖压接有换能器，端盖经螺钉安装在换能腔侧壁端部；换能器由隔板及其两侧经框架压接的压电振子构成，框架为由主副梁以及连接主副梁两端的侧板构成的长方形结构；框架的主梁和隔板经螺钉连接，压电振子一端压接在主梁和隔板之间构成悬臂结构，压电振子由基板与压电片粘接而成，基板和压电片材料分别为黄铜和PZT4；侧板上与压电振子相对的限形面为圆弧面，限形面和主梁上与压电振子基板相接触的表面相切；框架的内腔的平面尺寸比基板小、比压电片大，压电振子固定端的基板与限形面相切，压电片靠近框架安装；摆轴两端各设有两个驱动面、中部设有一个安装面，驱动面和安装面均为平面，各驱动面的平面尺寸相同且相互平行；摆轴两端置于换能腔内，摆轴上带驱动面的部分置于同一换能器中两个压电振子之间；驱动面与压电振子平行时驱动面与基板自由端相接触但无作用力，摆轴转动使基板与驱动面脱离、与摆轴的外圆表面接触时压电振子变形量小于其许用值，即此时压电片上的最大应力小于其许用值；耦合器的钝体上设有摆臂，钝体为空心圆柱壳体，摆臂端部经螺钉装在摆轴的安装面上，摆臂两侧的安装面上还经螺钉和压板安装有板簧，板簧为悬臂型且其自由端置于滑块的滑道内，滑块的耳板经螺钉安装在主体的导轨上，钝体的轴线、摆轴的轴线及压电振子的平面相互平行；半弧板两端设有侧耳、中部设有豁口，两个半弧板的侧耳经螺钉分别安装在主体的导轨的上下两侧，钝体的摆臂置于半弧板的豁口内，两个半弧板顶靠在一起构成弧板，弧板凸面靠近钝体安装。

非工作时，耦合器处于自然的平衡状态，板簧及压电振子都处于无弯曲变形的平直状态；水由钝体流向弧板时在经钝体后产生卡门漩街，漩涡的交替生成与脱落会使钝体前后两侧的水流压力交替变化从而产生使耦合器往复摆动的激振力，耦合器摆动时通过摆臂带动摆轴摆动，摆轴再经驱动面迫使压电振子产生使压电片承受压应力的弯曲变形，压电振子往复弯曲变形过程中即将流体动能转换成了电能；水流经过钝体后受到弧板阻碍时其流向、漩涡形态及动态特性均发生变化，从而使激振力的幅值及频率发生变化，振动幅值增大或减小；钝体摆动幅值达到一定值时，基板自由端与摆轴的驱动面脱离、与摆轴的圆弧面接触，此时基板贴合在限形面上、压电片长度方向上各点的压应力相等且小于其许用值，此后压电振子的变形量不随钝体振幅的增加而进一步增大，故具有较大的发电能力和较高的可靠性。