[实用新型]一种磁耦合逐级激励式流体俘能器

说明书

技术领域

本实用新型属于发电技术领域，具体涉及一种磁耦合逐级激励式流体俘能器，为河流监测系统供电。

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使用不当等原因，大部分河流都存在一定程度的污染问题，近1/4的河流或河段因污染而不能满足基本的灌溉需求。此外，由于目前很多地区中小河流防洪设施不完善、甚至没有任何防洪设施，汛期来临之际可能导致溃堤或漫堤等危险，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，十二五期间水利部就曾计划实现对《中小河流治理和中小水库除险加固专项规划》中确定的五千余条河流的监测全覆盖；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，针对防洪及造成泥石流等自然灾害的雨量、水位以及河道水流速度监测技术等多方面。虽然目前所提出的某些监测方法在技术层面已较成熟，但尚未得到大面积的推广应用，其主要原因之一是监测系统供电问题未得到很好的解决。

发明内容

本实用新型提出一种磁耦合逐级激励式流体俘能器，本实用新型采用的实施方案是：壳体的筒壁内侧经螺钉安装有簧片、端部经螺钉安装有支架；支架的立板左侧对称地设有两个定位条、两个凸台和两个限位板，凸台和限位板的上下表面分别共面，凸台上设有沉孔、限位板上设有销孔；立板右侧设有上下耳板，上下耳板上都设有一个过流孔和两个导向孔；销轴两端固定于销孔中，杠杆的销孔套在销轴上，杠杆置于两个限位板之间；杠杆左臂比杠杆右臂长，杠杆左臂端部横梁上下两侧都经螺钉安装有悬浮磁铁，杠杆右臂端部经螺钉安装有磁块；凸台上的沉孔中装有线圈，凸台上下两侧均经螺钉和压板安装有换能器，换能器由基板和压电膜粘接而成，基板靠近凸台安装，换能器自由端经螺钉安装有被悬浮磁铁，被悬浮磁铁与悬浮磁铁的同性磁极相对安装；空心的钝体两端的导向孔套在导柱上，导柱两端分别固定在上下耳板的导向孔中；每个导柱上都套有两个弹簧，弹簧两端分别压在钝体上和上耳板或下耳板上；钝体的翼板上经螺钉安装有磁条，磁条与磁块的异性磁极相对安装，钝体静止时磁条与磁块的水平中介面相互重叠。

非工作状态下，即流体不流动、钝体静止时，磁条与磁块的水平中介面相互重叠，杠杆上下两侧换能器变形及压电膜应力分布状态分别相同；工作时，即有流体流过钝体时，钝体受到流体施加的上下交变的作用力并带动磁条一起沿着导柱上下往复移动，磁条经与磁块耦合作用使杠杆绕销轴转动；杠杆顺时针转动时悬浮磁铁经与被悬浮磁铁耦合作用使杠杆上方的换能器弯曲变形量增加、下方换能器变形量减小，杠杆逆时针转动时悬浮磁铁经与被悬浮磁铁耦合作用使杠杆下方换能器弯曲变形量增加、上方换能器弯曲变形量减小；换能器变形量减小过程中，基板从固定端开始逐渐与限位板接触，不会出现使压电膜承受拉应力的反向变形；上述压电膜上压应力的交替增加与减小过程中即将机械能转换成了电能，此过程为压电发电；在压电发电的同时，磁条沿导柱上下往复移动、磁块绕销轴往复摆动，线圈切割磁力线并将机械能转换成电能，此过程为电磁发电。

本实用新型中，钝体沿导柱上下移动的振幅由弹簧确定；钝体受静力作用使弹簧被压死时，杠杆通过悬浮磁铁、被悬浮磁铁及换能器将簧片压靠在壳体的筒壁上，此时压电膜上的最大压应力小于其许用压应力、换能器端部的弯曲变形量小于其许用值其中：B＝1-α+αβ，A＝α⁴(1-β)²-4α³(1-β)+6α²(1-β)-4α(1-β)+1，α＝h_m/H，β＝E_m/E_p，h_m为基板厚度，H为换能器总厚度，E_m和E_p分别为基板和压电膜材料的杨氏模量，k₃₁和分别为压电材料的机电耦合系数和许用压应力，L为换能器的长度。

优势与特色：①利用钝体所受流体升力产生自激振动，激振力及激励频率可通过钝体尺度调节，流体适应性强、结构简单；②换能器变形量可控且工作中压电膜仅承受压应力，可靠性高；③杠杆具有振幅放大功能，有利于提高发电能力。

附图说明

图1是本实用新型一个较佳实施例中俘能器的结构示意图；

图2是图1的A-A剖视图；

图3是本实用新型一个较佳实施例中框架的结构示意图；

图4是图3的左视图；

图5是图3的俯视图；