专利摘要

专利摘要

本发明涉及涡激振动能量收集装置，具体是一种多稳态涡激振动能量收集装置。本发明解决了传统的涡激振动能量收集装置能量收集效率较低的问题。一种多稳态涡激振动能量收集装置，包括固定支座、可动支座、磁力势能调节机构、能量转化机构；所述固定支座包括条形滑槽、U形支架、压紧螺栓；所述可动支座包括倒T形滑块、立柱、横梁；所述磁力势能调节机构包括扇环形框架、U形卡槽、第一永磁铁、紧固螺栓；所述能量转化机构包括螺杆、圆柱形钝头体、Y形弹性梁、压电复合纤维材料片、第二永磁铁。本发明适用于涡激振动能量收集。

权利要求

1.一种多稳态涡激振动能量收集装置，包括固定支座、可动支座、磁力势能调节机构、能量转化机构；所述固定支座包括U形支架（102）；所述可动支座包括立柱（202）；所述磁力势能调节机构包括第一永磁铁（303）；所述能量转化机构包括Y形弹性梁（403）、压电复合纤维材料片（404）、第二永磁铁（405）；其特征在于：

所述固定支座还包括条形滑槽（101）、压紧螺栓；

条形滑槽（101）呈纵向设置，且条形滑槽（101）的槽口朝上；条形滑槽（101）的槽腔为倒T形槽腔，且条形滑槽（101）的左槽沿和右槽沿各开设有若干个上下贯通且沿纵向等距排列的第一螺孔（103）；条形滑槽（101）的右槽沿上表面沿纵向设置有刻度线；U形支架（102）的开口朝下，且U形支架（102）的两个侧边分别垂直固定于条形滑槽（101）的上表面左前角和上表面右前角；U形支架（102）的底边开设有若干个上下贯通且沿横向等距排列的第二螺孔（104）；压紧螺栓的数目与第一螺孔（103）的数目一致；各个压紧螺栓一一对应地贯穿各个第一螺孔（103），且各个压紧螺栓的头部均位于条形滑槽（101）的上方；

所述可动支座还包括倒T形滑块（201）、横梁（203）；

倒T形滑块（201）滑动嵌装于条形滑槽（101）的倒T形槽腔内，且倒T形滑块（201）的水平段上表面分别与其中若干个压紧螺栓的尾端面接触；倒T形滑块（201）的竖直段上表面左半部延伸设置有条形调节凸台（204）；倒T形滑块（201）的竖直段上表面右半部沿纵向设置有刻度线；立柱（202）的前表面下端分别与倒T形滑块（201）的后端面和条形调节凸台（204）的后端面固定；立柱（202）的左表面分别与倒T形滑块（201）的竖直段左表面和条形调节凸台（204）的左表面齐平；立柱（202）的右表面与倒T形滑块（201）的竖直段右表面齐平；横梁（203）的下表面中央与立柱（202）的上端面固定，且横梁（203）的表面开设有两个上下贯通且左右对称的第三螺孔（205）；

所述磁力势能调节机构还包括扇环形框架（301）、U形卡槽（302）、紧固螺栓；

扇环形框架（301）的外弧形框边开设有两个上下贯通且左右对称的第四螺孔（304），且两个第四螺孔（304）分别与两个第三螺孔（205）正对；U形卡槽（302）的数目为若干个；各个U形卡槽（302）均套设于扇环形框架（301）的内弧形框边上，且各个U形卡槽（302）沿扇环形框架（301）的内弧形框边等距排列；各个U形卡槽（302）的底边均呈竖向设置，且各个U形卡槽（302）的底边均位于扇环形框架（301）的前侧；每个U形卡槽（302）的两个侧边均各开设有一个上下贯通的销孔（305），且两个销孔（305）内共同穿设有一根销轴；各根销轴均贯穿扇环形框架（301）的内腔；第一永磁铁（303）的数目与U形卡槽（302）的数目一致；各个第一永磁铁（303）一一对应地固定于各个U形卡槽（302）的外底面，且各个第一永磁铁（303）的前表面为极性相同的磁极面；紧固螺栓的数目为两个；两个紧固螺栓分别贯穿两个第四螺孔（304），且两个紧固螺栓的尾端分别旋拧于两个第三螺孔（205）内；

所述能量转化机构还包括螺杆（401）、圆柱形钝头体（402）；

螺杆（401）的下端旋拧于其中一个第二螺孔（104）内；圆柱形钝头体（402）的下端面中央与螺杆（401）的上端面固定；Y形弹性梁（403）的主梁为纵向立板形结构；Y形弹性梁（403）的两个分叉梁均为斜向立板形结构，且Y形弹性梁（403）的两个分叉梁均位于主梁的后侧；Y形弹性梁（403）的主梁的前端面与圆柱形钝头体（402）的侧面中部固定；压电复合纤维材料片（404）粘附固定于Y形弹性梁（403）的主梁的右表面；第二永磁铁（405）的数目为两个；两个第二永磁铁（405）分别固定于Y形弹性梁（403）的两个分叉梁的后端面，且两个第二永磁铁（405）的后表面为极性相同的磁极面；两个第二永磁铁（405）的后表面与各个第一永磁铁（303）的前表面贴近，且两个第二永磁铁（405）的后表面与各个第一永磁铁（303）的前表面为极性相同的磁极面。

2.根据权利要求1所述的一种多稳态涡激振动能量收集装置，其特征在于：所述第一永磁铁（303）、第二永磁铁（405）均为钕铁硼超强永磁铁。

3.根据权利要求1或2所述的一种多稳态涡激振动能量收集装置，其特征在于：所述Y形弹性梁（403）为钢质弹性梁或铝质弹性梁或铜质弹性梁。

说明书

技术领域

本发明涉及涡激振动能量收集装置，具体是一种多稳态涡激振动能量收集装置。

背景技术

自然界中，海洋、河流和空气不断流动，产生了丰富的动能，将其转化为电能具有重要的科学意义。自上世纪中叶以来，我国水力发电和风力发电行业发展迅速，但发电装置结构复杂、体积大且只有在高位能、高流速下才能完成能量转化。为了充分利用低速流体的动能，涡激振动能量收集装置（Vortrex Induced Vibration Energy Harvesting，简称VIVEH）受到了广泛关注。然而在实际应用中，传统的涡激振动能量收集装置由于自身的固有频率较高，只能在较窄的锁频范围上实现较低的电压响应输出，由此导致能量收集效率较低。基于此，有必要发明一种全新的涡激振动能量收集装置，以解决传统的涡激振动能量收集装置能量收集效率较低的问题。

发明内容

本发明为了解决传统的涡激振动能量收集装置能量收集效率较低的问题，提供了一种多稳态涡激振动能量收集装置。

本发明是采用如下技术方案实现的：

一种多稳态涡激振动能量收集装置，包括固定支座、可动支座、磁力势能调节机构、能量转化机构；

所述固定支座包括条形滑槽、U形支架、压紧螺栓；

条形滑槽呈纵向设置，且条形滑槽的槽口朝上；条形滑槽的槽腔为倒T形槽腔，且条形滑槽的左槽沿和右槽沿各开设有若干个上下贯通且沿纵向等距排列的第一螺孔；条形滑槽的右槽沿上表面沿纵向设置有刻度线；U形支架的开口朝下，且U形支架的两个侧边分别垂直固定于条形滑槽的上表面左前角和上表面右前角；U形支架的底边开设有若干个上下贯通且沿横向等距排列的第二螺孔；压紧螺栓的数目与第一螺孔的数目一致；各个压紧螺栓一一对应地贯穿各个第一螺孔，且各个压紧螺栓的头部均位于条形滑槽的上方；

所述可动支座包括倒T形滑块、立柱、横梁；

倒T形滑块滑动嵌装于条形滑槽的倒T形槽腔内，且倒T形滑块的水平段上表面分别与其中若干个压紧螺栓的尾端面接触；倒T形滑块的竖直段上表面左半部延伸设置有条形调节凸台；倒T形滑块的竖直段上表面右半部沿纵向设置有刻度线；立柱的前表面下端分别与倒T形滑块的后端面和条形调节凸台的后端面固定；立柱的左表面分别与倒T形滑块的竖直段左表面和条形调节凸台的左表面齐平；立柱的右表面与倒T形滑块的竖直段右表面齐平；横梁的下表面中央与立柱的上端面固定，且横梁的表面开设有两个上下贯通且左右对称的第三螺孔；

所述磁力势能调节机构包括扇环形框架、U形卡槽、第一永磁铁、紧固螺栓；

扇环形框架的外弧形框边开设有两个上下贯通且左右对称的第四螺孔，且两个第四螺孔分别与两个第三螺孔正对；U形卡槽的数目为若干个；各个U形卡槽均套设于扇环形框架的内弧形框边上，且各个U形卡槽沿扇环形框架的内弧形框边等距排列；各个U形卡槽的底边均呈竖向设置，且各个U形卡槽的底边均位于扇环形框架的前侧；每个U形卡槽的两个侧边均各开设有一个上下贯通的销孔，且两个销孔内共同穿设有一根销轴；各根销轴均贯穿扇环形框架的内腔；第一永磁铁的数目与U形卡槽的数目一致；各个第一永磁铁一一对应地固定于各个U形卡槽的外底面，且各个第一永磁铁的前表面为极性相同的磁极面；紧固螺栓的数目为两个；两个紧固螺栓分别贯穿两个第四螺孔，且两个紧固螺栓的尾端分别旋拧于两个第三螺孔内；

所述能量转化机构包括螺杆、圆柱形钝头体、Y形弹性梁、压电复合纤维材料片、第二永磁铁；

螺杆的下端旋拧于其中一个第二螺孔内；圆柱形钝头体的下端面中央与螺杆的上端面固定；Y形弹性梁的主梁为纵向立板形结构；Y形弹性梁的两个分叉梁均为斜向立板形结构，且Y形弹性梁的两个分叉梁均位于主梁的后侧；Y形弹性梁的主梁的前端面与圆柱形钝头体的侧面中部固定；压电复合纤维材料片粘附固定于Y形弹性梁的主梁的右表面；第二永磁铁的数目为两个；两个第二永磁铁分别固定于Y形弹性梁的两个分叉梁的后端面，且两个第二永磁铁的后表面为极性相同的磁极面；两个第二永磁铁的后表面与各个第一永磁铁的前表面贴近，且两个第二永磁铁的后表面与各个第一永磁铁的前表面为极性相同的磁极面。

工作时，将本发明所述的一种多稳态涡激振动能量收集装置置于流体中，并通过导线将压电复合纤维材料片与外部电路连接。当流体由前向后流经圆柱形钝头体时，会在Y形弹性梁的左右两侧形成连续且不对称的涡街激励。在涡街激励的作用下，Y形弹性梁进行横向振动，由此带动压电复合纤维材料片发生变形并输出电压，从而将流体的动能转化为电能，进而实现了涡激振动能量收集。在此过程中，两个第二永磁铁与各个第一永磁铁之间产生磁斥力。在磁斥力的作用下，Y形弹性梁在多个磁力势能阱之间频繁跳跃，由此使得压电复合纤维材料片产生多个稳态。通过沿扇环形框架的内弧形框边移动各个U形卡槽，可以对各个U形卡槽之间的距离进行调节，通过手握条形调节凸台并沿条形滑槽移动倒T形滑块，可以对两个第二永磁铁与各个第一永磁铁之间的距离进行调节（刻度线起到指示作用，由此保证了调节的精确性），由此对磁斥力进行调节。通过改变Y形弹性梁的张角，可以对作用于Y形弹性梁的涡街激励强度进行调节。

基于上述过程，与传统的涡激振动能量收集装置相比，本发明所述的一种多稳态涡激振动能量收集装置利用磁耦合产生了多个稳态，由此有效降低了自身的固有频率，从而在较宽的锁频范围上实现了较高的电压响应输出，进而有效提高了能量收集效率。

本发明结构合理、设计巧妙，有效解决了传统的涡激振动能量收集装置能量收集效率较低的问题，适用于涡激振动能量收集。

附图说明

图1是本发明的结构示意图。

图2是本发明中固定支座的结构示意图。

图3是本发明中可动支座的结构示意图。

图4是本发明中磁力势能调节机构的结构示意图。

图5是本发明中能量转化机构的结构示意图。

图6是本发明的工作原理示意图。

图中：101-条形滑槽，102-U形支架，103-第一螺孔，104-第二螺孔，201-倒T形滑块，202-立柱，203-横梁，204-条形调节凸台，205-第三螺孔，301-扇环形框架，302-U形卡槽，303-第一永磁铁，304-第四螺孔，305-销孔，401-螺杆，402-圆柱形钝头体，403-Y形弹性梁，404-压电复合纤维材料片，405-第二永磁铁。

具体实施方式

一种多稳态涡激振动能量收集装置，包括固定支座、可动支座、磁力势能调节机构、能量转化机构；

所述固定支座包括条形滑槽101、U形支架102、压紧螺栓；

条形滑槽101呈纵向设置，且条形滑槽101的槽口朝上；条形滑槽101的槽腔为倒T形槽腔，且条形滑槽101的左槽沿和右槽沿各开设有若干个上下贯通且沿纵向等距排列的第一螺孔103；条形滑槽101的右槽沿上表面沿纵向设置有刻度线；U形支架102的开口朝下，且U形支架102的两个侧边分别垂直固定于条形滑槽101的上表面左前角和上表面右前角；U形支架102的底边开设有若干个上下贯通且沿横向等距排列的第二螺孔104；压紧螺栓的数目与第一螺孔103的数目一致；各个压紧螺栓一一对应地贯穿各个第一螺孔103，且各个压紧螺栓的头部均位于条形滑槽101的上方；

所述可动支座包括倒T形滑块201、立柱202、横梁203；

倒T形滑块201滑动嵌装于条形滑槽101的倒T形槽腔内，且倒T形滑块201的水平段上表面分别与其中若干个压紧螺栓的尾端面接触；倒T形滑块201的竖直段上表面左半部延伸设置有条形调节凸台204；倒T形滑块201的竖直段上表面右半部沿纵向设置有刻度线；立柱202的前表面下端分别与倒T形滑块201的后端面和条形调节凸台204的后端面固定；立柱202的左表面分别与倒T形滑块201的竖直段左表面和条形调节凸台204的左表面齐平；立柱202的右表面与倒T形滑块201的竖直段右表面齐平；横梁203的下表面中央与立柱202的上端面固定，且横梁203的表面开设有两个上下贯通且左右对称的第三螺孔205；

所述磁力势能调节机构包括扇环形框架301、U形卡槽302、第一永磁铁303、紧固螺栓；

扇环形框架301的外弧形框边开设有两个上下贯通且左右对称的第四螺孔304，且两个第四螺孔304分别与两个第三螺孔205正对；U形卡槽302的数目为若干个；各个U形卡槽302均套设于扇环形框架301的内弧形框边上，且各个U形卡槽302沿扇环形框架301的内弧形框边等距排列；各个U形卡槽302的底边均呈竖向设置，且各个U形卡槽302的底边均位于扇环形框架301的前侧；每个U形卡槽302的两个侧边均各开设有一个上下贯通的销孔305，且两个销孔305内共同穿设有一根销轴；各根销轴均贯穿扇环形框架301的内腔；第一永磁铁303的数目与U形卡槽302的数目一致；各个第一永磁铁303一一对应地固定于各个U形卡槽302的外底面，且各个第一永磁铁303的前表面为极性相同的磁极面；紧固螺栓的数目为两个；两个紧固螺栓分别贯穿两个第四螺孔304，且两个紧固螺栓的尾端分别旋拧于两个第三螺孔205内；

所述能量转化机构包括螺杆401、圆柱形钝头体402、Y形弹性梁403、压电复合纤维材料片404、第二永磁铁405；

螺杆401的下端旋拧于其中一个第二螺孔104内；圆柱形钝头体402的下端面中央与螺杆401的上端面固定；Y形弹性梁403的主梁为纵向立板形结构；Y形弹性梁403的两个分叉梁均为斜向立板形结构，且Y形弹性梁403的两个分叉梁均位于主梁的后侧；Y形弹性梁403的主梁的前端面与圆柱形钝头体402的侧面中部固定；压电复合纤维材料片404粘附固定于Y形弹性梁403的主梁的右表面；第二永磁铁405的数目为两个；两个第二永磁铁405分别固定于Y形弹性梁403的两个分叉梁的后端面，且两个第二永磁铁405的后表面为极性相同的磁极面；两个第二永磁铁405的后表面与各个第一永磁铁303的前表面贴近，且两个第二永磁铁405的后表面与各个第一永磁铁303的前表面为极性相同的磁极面。

具体实施时，所述第一永磁铁303、第二永磁铁405均为钕铁硼超强永磁铁。所述Y形弹性梁403为钢质弹性梁或铝质弹性梁或铜质弹性梁。

一种多稳态涡激振动能量收集装置专利购买费用说明

Q：办理专利转让的流程及所需资料

A：专利权人变更需要办理著录项目变更手续，有代理机构的，变更手续应当由代理机构办理。

1：专利变更应当使用专利局统一制作的“著录项目变更申报书”提出。

2：按规定缴纳著录项目变更手续费。

3：同时提交相关证明文件原件。

4：专利权转移的，变更后的专利权人委托新专利代理机构的，应当提交变更后的全体专利申请人签字或者盖章的委托书。

Q:专利著录项目变更费用如何缴交

A：（1）直接到国家知识产权局受理大厅收费窗口缴纳,（2）通过代办处缴纳，（3）通过邮局或者银行汇款,更多缴纳方式

Q：专利转让变更，多久能出结果

A：著录项目变更请求书递交后，一般1-2个月左右就会收到通知，国家知识产权局会下达《转让手续合格通知书》。