本發(fā)明涉及的是一種能量采集領(lǐng)域的技術(shù)，具體是一種基于仿生魚的流致振動(dòng)能量采集裝置。

背景技術(shù)：

能量采集設(shè)備可以從流體中采集能量。傳統(tǒng)的風(fēng)力發(fā)電和水力發(fā)電裝置大多采用轉(zhuǎn)動(dòng)渦輪式裝置，裝置能量密度低、體積大，并不適用小型化工作。振動(dòng)能量采集是一種采集流體能量的有效方式。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)能量密度低，不容易絕緣密封，無被動(dòng)控制引導(dǎo)水動(dòng)力功能，不適用于水下能量采集等缺陷，提出一種基于仿生魚的流致振動(dòng)能量采集裝置。

本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：

本發(fā)明包括：基座、擺動(dòng)梁、第一尾立柱、第二尾立柱和頭立柱，其中：頭立柱設(shè)置于基座前端，第一尾立柱和第二尾立柱對(duì)稱設(shè)置于基座后端，第一尾立柱和第二尾立柱的頂端分別設(shè)有放大型換能器，擺動(dòng)梁一端固定于頭立柱頂端，擺動(dòng)梁的自由端與兩放大型換能器相對(duì)且位于兩放大型換能器之間，擺動(dòng)梁的自由端設(shè)有梁端永磁鐵，擺動(dòng)梁兩側(cè)對(duì)稱設(shè)有翼翅。

所述的翼翅為弧形板，弧形板的凸面朝向基座后端。

所述的翼翅的張角α小于90度。

所述的翼翅剛度與擺動(dòng)梁剛度之比大于2。

所述的放大型換能器包括：壓電片、換能器永磁鐵、第一凸型金屬片和第二凸型金屬片，其中：壓電片固定于兩凸型金屬片之間，第一凸型金屬片固定于尾立柱，換能器永磁鐵設(shè)置于第二凸型金屬片中部。

所述的第一凸型金屬片和尾立柱之間設(shè)有絕緣板。

所述的放大型換能外部罩有用于隔水的密封罩。

所述的基座后端設(shè)有若干角度調(diào)節(jié)螺紋孔，第一尾立柱和第二尾立柱底端固定于角度調(diào)節(jié)螺紋孔。

技術(shù)效果

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明利用磁力產(chǎn)生雙穩(wěn)態(tài)偏移，從而在水流中實(shí)現(xiàn)魚擺動(dòng)身體游動(dòng)的逆過程，通過翼翅引導(dǎo)水動(dòng)力，加深水流動(dòng)與振動(dòng)的轉(zhuǎn)換，可以采集更多流動(dòng)能量，通過磁力將振動(dòng)轉(zhuǎn)換為周期性磁力作用到放大型換能器，具有更高的機(jī)電耦合系數(shù)，提高了能量密度，可靠性高，且容易絕緣密封，有利于電能的后續(xù)存儲(chǔ)和使用。

附圖說明

圖1為本發(fā)明立體結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為擺動(dòng)梁立體結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3為圖1中A處放大示意圖；

圖4為本發(fā)明平面示意圖；

圖5為仿生魚擺動(dòng)示意圖；

圖6為本發(fā)明工作原理示意圖；

圖中：1擺動(dòng)梁、2梁端永磁鐵、3頭立柱、4基座、5第一尾立柱、6放大型換能器、7換能器永磁鐵、8翼翅、9壓電片、10第一凸型金屬片、11絕緣板、12密封罩、13壓緊板、14壓緊螺桿、15角度調(diào)節(jié)螺紋孔、16第二尾立柱、17第二凸型金屬片。

具體實(shí)施方式

如圖1所示，本實(shí)施例包括：矩形基座4、擺動(dòng)梁1、第一尾立柱5、第二尾立柱16和頭立柱3，其中：頭立柱3設(shè)置于基座4前端，第一尾立柱5和第二尾立柱16對(duì)稱設(shè)置于基座4后端，第一尾立柱5和第二尾立柱16的頂端分別設(shè)有放大型換能器6，擺動(dòng)梁1一端固定于頭立柱3頂端，擺動(dòng)梁1的自由端與兩放大型換能器6相對(duì)且位于兩放大型換能器6之間，擺動(dòng)梁1的自由端設(shè)有梁端永磁鐵2，擺動(dòng)梁1兩側(cè)對(duì)稱設(shè)有兩翼翅8。

所述的基座4后端設(shè)有若干角度調(diào)節(jié)螺紋孔15，角度調(diào)節(jié)螺紋孔15均勻分布于基座4后端表面。第一尾立柱5和第二尾立柱16對(duì)稱設(shè)置于基座4后端上表面，通過角度調(diào)節(jié)螺紋孔15來固定，固定于不同的螺紋孔可以調(diào)節(jié)第一尾立柱5和第二尾立柱16之間的夾角。

如圖2所示，所述的頭立柱3固定于基座4前端中心處，頭立柱3的頂端設(shè)置擺動(dòng)梁1，擺動(dòng)梁1自由端設(shè)有梁端永磁鐵2，梁端永磁鐵2與第一尾立柱5和第二尾立柱16相對(duì)，且梁端永磁鐵2位于第一尾立柱5和第二尾立柱16之間。梁端永磁鐵2呈方形，其夾在兩片方形壓緊板13之間，壓緊板13之間通過壓緊螺桿14固定，其中一壓緊板13固定于擺動(dòng)梁1自由端。

所述的擺動(dòng)梁1中部兩側(cè)各設(shè)有一翼翅8，兩翼翅8對(duì)稱設(shè)置，翼翅8為弧形板，弧形板的凸面朝向基座4后端。翼翅8的張角α小于90度。翼翅8剛度與擺動(dòng)梁1剛度之比大于2。

如圖3所示，所述的第一尾立柱5和第二尾立柱16的頂端都設(shè)有放大型換能器6，兩放大型換能器6對(duì)稱設(shè)置，分布于梁端永磁鐵2兩側(cè)。放大型換能器6包括：壓電片9、換能器永磁鐵7、第一凸型金屬片10和第二凸型金屬片17，其中：壓電片9固定于兩凸型金屬片之間，第一凸型金屬片10固定于尾立柱，換能器永磁鐵7設(shè)置于第二凸型金屬片17中部。第一凸型金屬片10與尾立柱之間設(shè)有絕緣板11。整個(gè)放大型換能器6罩在密封罩12之中，密封罩12上設(shè)有出線孔，入水之前出線孔用熱熔膠密封。

如圖4所示，所述的放大型換能器6中的換能器永磁鐵7的磁極和梁端永磁鐵2的磁極相反，換能器永磁鐵7和梁端永磁鐵2之間產(chǎn)生磁吸力。

如圖5所示，魚通過擺動(dòng)身體而游動(dòng)，相對(duì)游動(dòng)的魚，水有流動(dòng)且水流速度與魚的速度相反，魚通過擺動(dòng)軀體產(chǎn)生了水流，魚的擺動(dòng)與水的流動(dòng)存在聯(lián)系?；谶@一自然現(xiàn)象，可以設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)魚游動(dòng)的逆過程。通過設(shè)置一初始偏移，避開水流動(dòng)與物體擺動(dòng)不易發(fā)生作用的區(qū)域，有效利用水的流動(dòng)驅(qū)動(dòng)物體擺動(dòng)即振動(dòng)。

如圖6所示，整個(gè)能量采集裝置工作時(shí)，對(duì)稱設(shè)置的換能器永磁鐵7使得梁端永磁鐵2受到磁吸力，存在兩個(gè)偏離基座4中心線的穩(wěn)態(tài)點(diǎn)。擺動(dòng)梁1固定端到自由端的方向與水流方向一致。當(dāng)擺動(dòng)梁1產(chǎn)生右側(cè)偏移，水流的水動(dòng)力作用于擺動(dòng)梁1偏移的右側(cè)，驅(qū)動(dòng)擺動(dòng)梁1向左側(cè)運(yùn)動(dòng)；當(dāng)擺動(dòng)梁1產(chǎn)生左側(cè)偏移，水流的水動(dòng)力作用于擺動(dòng)梁1偏移的左側(cè)，驅(qū)動(dòng)擺動(dòng)梁1向右側(cè)運(yùn)動(dòng)。兩對(duì)稱的翼翅8增加了與水流的接觸面積，增加了水動(dòng)力，從而加深了水流動(dòng)和振動(dòng)的轉(zhuǎn)換，有利于采集更多的流動(dòng)能量。放大型換能器6將擺動(dòng)梁1的振動(dòng)能量轉(zhuǎn)化為電能。放大的磁力作用在壓電片9上，由于壓電效應(yīng)產(chǎn)生電壓，電能通過導(dǎo)線輸出。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本裝置結(jié)構(gòu)新穎、簡單，設(shè)計(jì)合理，利用磁力產(chǎn)生雙穩(wěn)態(tài)偏移，從而在水流中實(shí)現(xiàn)魚擺動(dòng)身體游動(dòng)的逆過程，通過翼翅引導(dǎo)水動(dòng)力，加深水流動(dòng)與振動(dòng)的轉(zhuǎn)換，可以采集更多流動(dòng)能量，通過磁力將振動(dòng)轉(zhuǎn)換為周期性磁力作用到放大型換能器，具有更高的機(jī)電耦合系數(shù)，提高了能量密度，可靠性高，且容易絕緣密封，有利于電能的后續(xù)存儲(chǔ)和使用。

上述具體實(shí)施可由本領(lǐng)域技術(shù)人員在不背離本發(fā)明原理和宗旨的前提下以不同的方式對(duì)其進(jìn)行局部調(diào)整，本發(fā)明的保護(hù)范圍以權(quán)利要求書為準(zhǔn)且不由上述具體實(shí)施所限，在其范圍內(nèi)的各個(gè)實(shí)現(xiàn)方案均受本發(fā)明之約束。