专利摘要

一种用于流水能量采集的非对称弹性梁，其创新在于：所述非对称弹性梁采用片状弹性材料制作；非对称弹性梁的结构由弧形段、直条段和安装段组成；本发明的有益技术效果是：提出了一种用于流水能量采集的非对称弹性梁，这种非对称弹性梁结构简单，对于高速水流和低速水流均能适用。

权利要求

1.一种用于流水能量采集的非对称弹性梁，其特征在于：所述非对称弹性梁采用片状弹性材料制作；非对称弹性梁的结构由弧形段（1）、直条段（2）和安装段（3）组成；所述直条段（2）的内端与安装段（3）的内端连接，直条段（2）和安装段（3）之间的夹角为直角，直条段（2）的轴向长度大于安装段（3）的轴向长度，直条段（2）和安装段（3）所组成的结构体形如L形；所述弧形段（1）的一端与直条段（2）的外端连接，弧形段（1）的另一端与安装段（3）的外端连接，所述弧形段（1）、直条段（2）和安装段（3）所围成的结构体形如D形。

2.根据权利要求1所述的用于流水能量采集的非对称弹性梁，其特征在于：所述安装段（3）的外侧面形成安装面，安装面与一基座（4）固定连接。

3.根据权利要求1所述的用于流水能量采集的非对称弹性梁，其特征在于：所述弧形段（1）的内侧面上靠近安装段（3）的位置处粘贴有第一压电薄膜（5）。

4.根据权利要求3所述的用于流水能量采集的非对称弹性梁，其特征在于：所述直条段（2）的内侧面上靠近安装段（3）的位置处粘贴有第二压电薄膜（6）。

5.根据权利要求1所述的用于流水能量采集的非对称弹性梁，其特征在于：所述直条段（2）的内侧面上靠近安装段（3）的位置处粘贴有第二压电薄膜（6）。

6.根据权利要求1所述的用于流水能量采集的非对称弹性梁，其特征在于：所述非对称弹性梁的两侧各设置有一永磁体阵列（7），两个永磁体阵列（7）位置对正，永磁体阵列（7）与安装段（3）之间的相对位置保持固定；两个永磁体阵列（7）之间的区域形成磁场区；所述直条段（2）外端的内侧面上设置有换能装置，非对称弹性梁振动时，换能装置的运动轨迹位于磁场区范围内；所述换能装置采用层状复合磁电换能器（8）或绕线圈的铁芯（9）。

7.根据权利要求6所述的用于流水能量采集的非对称弹性梁，其特征在于：所述永磁体阵列（7）的结构为多块永磁体（7-1）拼接而成的弧形结构体，弧形结构体覆盖的区域与换能装置的摆动区域对应。

8.根据权利要求1、2、3、4、5、6或7所述的用于流水能量采集的非对称弹性梁，其特征在于：所述弧形段（1）上与安装段（3）连接的根部位置处设置有内凹的弧形过渡段（1-1）。

9.根据权利要求7所述的用于流水能量采集的非对称弹性梁，其特征在于：同一永磁体阵列（7）上，位置相邻的两块永磁体（7-1）磁化方向相反；两个永磁体阵列（7）上，位置相对的两块永磁体（7-1）磁化方向相同。

说明书

技术领域

本发明涉及一种流水能量采集装置，尤其涉及一种用于流水能量采集的非对称弹性梁。

背景技术

随着无线传感网络和低功耗电子产品在多领域得到广泛应用（如环境与结构健康监测），与之相关的能源供给技术的发展却相对滞后；传统电池存在寿命短、维护费用高、污染环境等缺点，导致其在某些微电子产品中的应用受到了限制；对于目前迅速发展的无线传感网络，为满足各个传感节点的自供能需求，能量采集技术已成为世界前沿热点；环境中普遍存在如太阳能、热能、振动能、风能、水能等自然能源，尤其是水体运动蕴含着巨大的可再生机械能，水体运动以河流、潮汐、海浪以及水滴等形式而普遍存在，因此，如何有效采集这些环境中普遍存在的水能并转化为电能，得到了广泛的关注和研究。

目前水能采集器主要分为两类：旋转式水能采集器和涡致振动能量采集器（如中国发明专利CN102003213A、CN104696153A和CN103775272A公开的旋转式水能采集器）；旋转式水能采集器通常带有叶轮、轮盘或其他回转组件，动力机构体积大，在小型化和轻量化方面有所不足，并且机械损耗较大，能量转换效率较低，输出功率密度较小；另外，旋转式水能采集器需要一定的启动流速才能使得旋转组件工作，因此只能适于较高流速条件下，无法有效利用低速流体能。为实现低流速水能采集，中国发明专利CN103762896A公开了一种串行排列双柱体涡致振动收集低速流动能的装置，该装置采用串行排列的双柱体，利用上游圆柱振动系统增加下游圆柱-压电振动系统的来流强度 ，促进下游转主题发生涡致振动，下游圆柱体后方发生形变的弹性压电板输出电能，然而该装置需要额外的上游圆柱体作为阻流体，一定程度上增加了结构的复杂性；更为重要的是，该装置无法有效地响应较高流速的水流。

发明内容

针对背景技术中的问题，本发明提出了一种用于流水能量采集的非对称弹性梁，其创新在于：所述非对称弹性梁采用片状弹性材料制作；非对称弹性梁的结构由弧形段、直条段和安装段组成；所述直条段的内端与安装段的内端连接，直条段和安装段之间的夹角为直角，直条段的轴向长度大于安装段的轴向长度，直条段和安装段所组成的结构体形如L形；所述弧形段的一端与直条段的外端连接，弧形段的另一端与安装段的外端连接，所述弧形段、直条段和安装段所围成的结构体形如D形。

本发明的非对称弹性梁的工作原理是：通过安装段的外侧面将非对称弹性梁固定在支撑物上并布置在水体中，安装段的内侧面朝向水体来向，非对称弹性梁上与安装段相对的那端记为自由端，如图1所示，根据流体力学可知，当水流从非对称弹性梁的自由端流过时，在非对称弹性梁的两侧和后方就会有涡流产生以及发生涡街脱落，此时，由于非对称弹性梁结构的非对称性，非对称弹性梁两侧更容易形成动态压力差，由于水流的持续流动，非对称弹性梁的两侧就会形成周期性的激励，使非对称弹性梁持续振动，我们只需要在非对称弹性梁上设置相应的振动能量采集结构，就能实现将水能转化为电能的目的。

优选地，所述安装段的外侧面形成安装面，安装面与一基座固定连接。

优选地，所述弧形段的内侧面上靠近安装段的位置处粘贴有第一压电薄膜。当非对称弹性梁在周期性激励下振动时，非对称弹性梁本身就会持续发生形变，根据压电效应，第一压电薄膜持续产生电输出；

在前述第一压电薄膜的方案基础上，还可同时在直条段的内侧面上靠近安装段的位置处粘贴第二压电薄膜。第二压电薄膜的工作原理与第一压电薄膜相同，同时设置第一压电薄膜和第二压电薄膜可有效提高能量的采集效率。

与第一压电薄膜的设置方案相似地，第二压电薄膜也可单独设置，于是优选地，所述直条段的内侧面上靠近安装段的位置处粘贴有第二压电薄膜。

除了前述的粘贴压电薄膜方案外，振动能量采集结构还可采用如下方案：所述非对称弹性梁的两侧各设置有一永磁体阵列，两个永磁体阵列位置对正，永磁体阵列与安装段之间的相对位置保持固定；两个永磁体阵列之间的区域形成磁场区；所述直条段外端的内侧面上设置有换能装置，非对称弹性梁振动时，换能装置的运动轨迹位于磁场区范围内；所述换能装置采用层状复合磁电换能器或绕线圈的铁芯。层状复合磁电换能器和绕线圈的铁芯分别是现有技术中常见的磁电换能装置和电磁换能装置，它们与本发明结合后，换能装置就能在非对称弹性梁的带动下，在磁场中持续振动，从而产生电输出；

优选地，所述永磁体阵列的结构为多块永磁体拼接而成的弧形结构体，弧形结构体覆盖的区域与换能装置的摆动区域对应。具体实施时，可采用截面为等腰梯形的永磁体来拼接成永磁体阵列。

优选地，所述弧形段上与安装段连接的根部位置处设置有内凹的弧形过渡段。弧形过渡段可有效增加非对称弹性梁的形变灵活性。

优选地，同一永磁体阵列上，位置相邻的两块永磁体磁化方向相反；两个永磁体阵列上，位置相对的两块永磁体磁化方向相同。

本发明的有益技术效果是：提出了一种用于流水能量采集的非对称弹性梁，这种非对称弹性梁结构简单，对于高速水流和低速水流均能适用。

附图说明

图1、本发明的结构及原理示意图；

图2、带压电薄膜的非对称弹性梁结构示意图；

图3、带层状复合磁电换能器的非对称弹性梁结构示意图；

图4、带电磁换能器的非对称弹性梁结构示意图；

图5、永磁体阵列磁极示意图；

图中各个标记所对应的名称分别为：弧形段1、弧形过渡段1-1、直条段2、安装段3、基座4、第一压电薄膜5、第二压电薄膜6、永磁体阵列7、永磁体7-1、层状复合磁电换能器8、绕线圈的铁芯9。

具体实施方式

一种用于流水能量采集的非对称弹性梁，其创新在于：所述非对称弹性梁采用片状弹性材料制作；非对称弹性梁的结构由弧形段1、直条段2和安装段3组成；所述直条段2的内端与安装段3的内端连接，直条段2和安装段3之间的夹角为直角，直条段2的轴向长度大于安装段3的轴向长度，直条段2和安装段3所组成的结构体形如L形；所述弧形段1的一端与直条段2的外端连接，弧形段1的另一端与安装段（3）的外端连接，所述弧形段1、直条段2和安装段3所围成的结构体形如D形。

进一步地，所述安装段3的外侧面形成安装面，安装面与一基座4固定连接。

进一步地，所述弧形段1的内侧面上靠近安装段3的位置处粘贴有第一压电薄膜5。

进一步地，在设置了第一压电薄膜5的基础上，所述直条段2的内侧面上靠近安装段3的位置处粘贴有第二压电薄膜6。

进一步地，单独设置第二压电薄膜6时，第二压电薄膜6粘贴于所述直条段2的内侧面上靠近安装段3的位置处。

进一步地，所述非对称弹性梁的两侧各设置有一永磁体阵列7，两个永磁体阵列7位置对正，永磁体阵列7与安装段3之间的相对位置保持固定；两个永磁体阵列7之间的区域形成磁场区；所述直条段2外端的内侧面上设置有换能装置，非对称弹性梁振动时，换能装置的运动轨迹位于磁场区范围内；所述换能装置采用层状复合磁电换能器8或绕线圈的铁芯9。

进一步地，所述永磁体阵列7的结构为多块永磁体7-1拼接而成的弧形结构体，弧形结构体覆盖的区域与换能装置的摆动区域对应。

进一步地，所述弧形段1上与安装段3连接的根部位置处设置有内凹的弧形过渡段1-1。

进一步地，同一永磁体阵列7上，位置相邻的两块永磁体7-1磁化方向相反；两个永磁体阵列7上，位置相对的两块永磁体7-1磁化方向相同。

用于流水能量采集的非对称弹性梁专利购买费用说明

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》。