一种基于涡激摆动的俘能器.pdf

(19)国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN116032152A(43)申请公布日2023.04.28(21)申请号202310109379.9(22)申请日2023.02.13(71)申请人上海大学地址200444上海市宝山区上大路99号(72)发明人李忠杰汪辰煜彭艳王标宫熒(74)专利代理机构北京高沃律师事务所11569专利代理师孙玲(51)Int.Cl.H02N2/18(2006.01)H02N2/00(2006.01)H02N1/04(2006.01)权利要求书2页说明书8页附图7页(54)发明名称一种基于涡激摆动的俘能器(57)摘要本发明公开一种基于涡激摆动的俘能器，通过设置旋转底座、支撑柱、俘能柱以及接触分离式摩擦发电机，能在水流经过俘能器后，诱发俘能柱发生摆动，进而带动接触分离式摩擦发电机上下摆动，致使接触分离式摩擦发电机内的垂直接触—分离式结构将俘能柱的部分摆动机械能转换为电能，达到了充分收集水流的振动能量并将其高效转换为电能的目的，填补了目前涡激振动在流体能量收集领域的技术空白。通过设置MFC压电片，可利用其发生形变将俘能柱的部分摆动机械能转换为电能。通过设置转盘式摩擦发电机，可将支撑柱的旋转机械能转换为电能，进一步减少能量损失。本发明实现了同时利用压电和摩擦电模块高效地收集来自四面八方的水流动能，工作效率高。CN116032152ACN116032152A权利要求书1/2页1.一种基于涡激摆动的俘能器，其特征在于，包括：涡激摆动模块，其包括旋转底座、支撑柱和俘能柱，所述支撑柱的一端与所述旋转底座相连，所述支撑柱上设置有流向标，所述流向标用于在水流冲击作用下带动所述支撑柱转动；所述俘能柱通过弹性悬臂梁连接于所述支撑柱上，且所述弹性悬臂梁与所述支撑柱呈夹角布置，所述俘能柱用于接触水流，并在水流动能作用下相对所述支撑柱发生摆动；摩擦电模块，所述摩擦电模块包括接触分离式摩擦发电机，所述接触分离式摩擦发电机包括封闭壳体和设置于所述封闭壳体内的垂直接触‑分离结构，所述封闭壳体连接于所述俘能柱的端部，所述垂直接触‑分离结构包括第一电极板、第二电极板和弹性件，所述第一电极板和所述第二电极板平行间隔布置，所述第一电极板和所述第二电极板通过所述弹性件相连，所述第一电极板和所述第二电极板的背表面上均设置有金属电极，所述接触分离式摩擦发电机能够随所述俘能柱摆动，以使所述第一电极板上的所述金属电极和所述第二电极板上的所述金属电极垂直接触并分离，将所述水流动能转换为电能。2.根据权利要求1所述的基于涡激摆动的俘能器，其特征在于，所述弹性悬臂梁为波浪形弹性悬臂梁，所述波浪形弹性悬臂梁的一端与所述支撑柱相连，另一端与所述俘能柱相连；所述波浪形弹性悬臂梁上设置有MFC压电片，所述波浪形弹性悬臂梁能够在所述俘能柱摆动作用下发生形变，以使所述MFC压电片发生形变并将所述俘能柱的摆动机械能转换为电能。3.根据权利要求2所述的基于涡激摆动的俘能器，其特征在于，所述波浪形弹性悬臂梁的两端均设置有所述MFC压电片，任意一所述MFC压电片均呈“C”型。4.根据权利要求1所述的基于涡激摆动的俘能器，其特征在于，所述金属电极为金电极；所述第一电极板上的所述金电极和所述第二电极板上的所述金电极中的一者表面涂覆有PDMS背电极，另一者表面设置有若干金纳米颗粒。5.根据权利要求1～4任意一项所述的基于涡激摆动的俘能器，其特征在于，所述支撑柱上下竖直设置，且所述支撑柱的下端与所述旋转底座相连；所述波浪形弹性悬臂梁上的波峰朝向所述支撑柱的上端或下端凸出，以带动所述俘能柱上下摆动。6.根据权利要求5所述的基于涡激摆动的俘能器，其特征在于，所述封闭壳体为长方体封闭壳体，所述第一电极板和所述第二电极板在所述长方体封闭壳体内上下排布，且所述第一电极板和所述第二电极板均为与所述长方体封闭壳体的内壁滑动配合的矩形电极板。7.根据权利要求6所述的基于涡激摆动的俘能器，其特征在于，所述俘能柱包括多个第一俘能柱和多个第二俘能柱，任意一所述第一俘能柱和任意一所述第二俘能柱均通过所述弹性悬臂梁与所述支撑柱相连，任意一所述第一俘能柱和任意一所述第二俘能柱的端部均连接有所述接触分离式摩擦发电机；其中，所述第一俘能柱的直径大于所述第二俘能柱的直径，所述第一俘能柱和所述第二俘能柱的设置数量相同，所有所述第一俘能柱和所有所述第二俘能柱以所述支撑柱为中心呈圆周均匀均布，且所述第一俘能柱和所述第二俘能柱间隔交错布置。8.根据权利要求7所述的基于涡激摆动的俘能器，其特征在于，静止状态下的所述第一俘能柱和所述第二俘能柱均垂直于所述支撑柱，所述第一俘能柱和所述第二俘能柱均靠近所述支撑柱的上端设置，所述流向标靠近所述旋转底座设置。9.根据权利要求5所述的基于涡激摆动的俘能器，其特征在于，所述