1.本发明属于能量采集领域，具体涉及一种用于多相环境能量采集的磁耦合振动压电涡轮发电机。
背景技术：
2.涡轮发电机是利用流体冲击叶轮转动而产生动力的发动机。传统涡轮发电是靠水流冲击的力量，使得涡轮发电机的扇叶装置进行旋转，在这之后发电机周边的铜线圈，以及电子圈经过相互作用就会开始产生电流，这些产生的电流经过多种电路变换转换成直流电，常用于大型设备的发电。目前，传统涡轮发电机结构复杂，体型笨重，且不能满足多相环境需要。因此，设计一种能够用于多相环境能量采集的涡轮发电机成为迫切需求。
3.压电材料和纳米发电机的发展为本发明提供了技术支持。压电材料是在外力作用下机械变形时会产生电压的材料，反过来，当在两端施加电压时，它也会变形，这种现象被称为压电效应。压电材料是压电振动能量转换的核心功能材料，是制备高性能压电能量收集器的关键。压电纳米发电机是利用特殊纳米材料的压电性能与半导体性能，把弯曲和压缩的机械能转变为电能的微型发电机，在生物医学、军事、无线通信和无线传感方面都有广泛的重要应用。
技术实现要素：
4.本发明目的在于针对现有技术的不足，本发明提出一种用于多相环境能量采集的磁耦合振动压电涡轮发电机，解决传统涡轮发电机结构复杂且无法用于多相环境的问题。
5.本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：一种用于多相环境能量采集的磁耦合振动压电涡轮发电机，包括上部单元、中部单元和下部单元；
6.所述上部单元包括带有叶片的涡轮机、驱动磁铁、中心轴支架和滚珠轴承，所述涡轮机通过滚珠轴承安装在中心轴支架上，多个滚珠围绕在中心轴支架周围，以滚动方式来提高机械转动传递效率。涡轮机下部固定连接有驱动磁铁，当有水流或者风力时，涡轮机带动驱动磁铁转动；
7.所述中部单元由peng条带组件、条带锚固系统和从动磁铁组成；所述条带锚固系统包括内部的套筒和外侧的圆环，所述套筒套在上部单元的中心轴支架上，所述peng条带组件一端嵌入套筒固定，另一端嵌入圆环固定并伸出圆环外侧，与从动磁铁固定连接；当涡轮机发生转动时，驱动磁铁相应发生转动，驱动磁铁和从动磁铁靠近时会由于排斥作用发生磁体耦合振动，peng条带组件受到振动和挤压，根据磁体耦合振动进行振动变形，在压电作用下产生电能；
8.所述下部单元包括下部底座；下部底座将peng条带组件密封在壳体中，以防止流体进入电压产生区。
9.进一步地，所述peng条带组件共有四个，沿条带锚固系统的圆环均匀分布。
10.进一步地，所述下部单元还包括支撑杆件和整流电路，所述整流电路位于下部底
座内侧，与peng条带组件连接，将产生的电能通过整流后变为直流电，从而进行能量采集；所述支撑杆件安装在下部底座外侧，用于整个发电机的固定。
11.本发明的有益效果：与现有技术相比，本发明提出的一种用于多相环境能量采集的磁耦合振动压电涡轮发电机，其可以用于多相环境能量采集。本发明解决的问题是，压电涡轮机可以在多相环境进行能量采集，并且结构简单，可以方便为很多海工结构物及水下设备供能。本发明的创新之处在于该设备可以用于多相环境并且结构简单，当有水流或风力使涡轮叶片旋转时，由于驱动器和从动磁铁之间的排斥磁相互作用，转子振动带动peng组件发生变形振动，在压电作用下进行发电。
附图说明
12.图1是涡轮发电机在水中结构示意图；
13.图2是涡轮发电机在空气中结构示意图；
14.图3是涡轮发电机上部单元涡轮叶片结构示意图；
15.图4是涡轮发电机上部单元滚珠轴承结构示意图；
16.图5是涡轮发电机上部单元驱动磁铁结构示意图；
17.图6是涡轮发电机中部单元示意图；
18.图7是涡轮发电机下部单元示意图；
19.图中：上部单元1；中部单元2；下部单元3；涡轮机叶片101；驱动磁铁102；滚珠轴承103；peng条带组件201；条带锚固系统202；从动磁铁203；底座301。
具体实施方式
20.以下结合附图对本发明具体实施方式作进一步详细说明。
21.如图1和图2所示，本发明提供的一种用于多相环境能量采集的磁耦合振动压电涡轮发电机，包括上部单元1、中部单元2和下部单元3；
22.如图3、图4和图5所示，所述上部单元1包括带有叶片的涡轮机101、驱动磁铁102、中心轴支架和滚珠轴承103，所述涡轮机101通过滚珠轴承103安装在中心轴支架上，多个滚珠围绕在中心轴支架周围，以滚动方式来提高机械转动传递效率。涡轮机101下部固定连接有驱动磁铁102，当有水流或者风力时，涡轮机101带动驱动磁铁102转动；
23.如图6所示，所述中部单元2由peng条带组件201、条带锚固系统202和从动磁铁203组成；所述条带锚固系统202包括内部的套筒和外侧的圆环，所述套筒套在上部单元1的中心轴支架上，所述peng条带组件201一端嵌入套筒固定，另一端嵌入圆环固定并伸出圆环外侧，与从动磁铁203固定连接；所述peng条带组件201共有四个，沿条带锚固系统202的圆环均匀分布。当涡轮机101发生转动时，驱动磁铁102相应发生转动，驱动磁铁102和从动磁铁203靠近时会由于排斥作用发生磁体耦合振动，peng条带组件201受到振动和挤压，根据磁体耦合振动进行振动变形，在压电作用下产生电能；
24.如图7所示，所述下部单元3包括下部底座301、支撑杆件和整流电路；下部底座301将peng条带组件201密封在壳体中，以防止流体进入电压产生区。所述整流电路位于下部底座301内侧，与peng条带组件201连接，将产生的电能通过整流后变为直流电，从而进行能量采集；所述支撑杆件安装在下部底座301外侧，用于整个发电机的固定。
25.本发明提出了一种用于多相环境能量采集的磁耦合振动压电涡轮发电机，其可以应用于空气中或水中，也可以用于部分浸没水中的多相环境。本发明中压电涡轮机可以用于多相环境进行能量采集，并且结构简单，可以方便为很多海工结构物及水下设备供能。本发明的创新之处在于本发明可以用于多相环境并且结构简单，当有水流或风力使涡轮叶片旋转时，由于驱动器和从动磁铁之间的排斥磁相互作用，转子振动带动peng组件发电。
26.实施例
27.本发明可以用于跨海大桥以及海上平台传感器的供电。当有风力使涡轮发生转动时，涡轮机带动驱动磁铁发生转动，驱动磁铁和从动磁铁靠近时发生磁体耦合振动，紧靠在从动磁铁上的peng条带组件在磁体耦合作用下发生振动变形，从而根据peng条带组件的压电特性产生电能。电能经过整流等过程后变为直流电，为固定在跨海大桥及海上平台的传感器供电，保证传感器正常使用。
28.最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。
技术特征：
1.一种用于多相环境能量采集的磁耦合振动压电涡轮发电机，其特征在于，包括上部单元(1)、中部单元(2)和下部单元(3)；所述上部单元(1)包括带有叶片的涡轮机(101)、驱动磁铁(102)、中心轴支架和滚珠轴承(103)，所述涡轮机(101)通过滚珠轴承(103)安装在中心轴支架上，多个滚珠围绕在中心轴支架周围，以滚动方式来提高机械转动传递效率。涡轮机(101)下部固定连接有驱动磁铁(102)，当有水流或者风力时，涡轮机(101)带动驱动磁铁(102)转动；所述中部单元(2)由peng条带组件(201)、条带锚固系统(202)和从动磁铁(203)组成；所述条带锚固系统(202)包括内部的套筒和外侧的圆环，所述套筒套在上部单元(1)的中心轴支架上，所述peng条带组件(201)一端嵌入套筒固定，另一端嵌入圆环固定并伸出圆环外侧，与从动磁铁(203)固定连接；当涡轮机(101)发生转动时，驱动磁铁(102)相应发生转动，驱动磁铁(102)和从动磁铁(203)靠近时会由于排斥作用发生磁体耦合振动，peng条带组件(201)受到振动和挤压，根据磁体耦合振动进行振动变形，在压电作用下产生电能；所述下部单元(3)包括下部底座(301)；下部底座(301)将peng条带组件(201)密封在壳体中，以防止流体进入电压产生区。2.根据权利要求1所述的用于多相环境能量采集的磁耦合振动压电涡轮发电机，其特征在于，所述peng条带组件(201)共有四个，沿条带锚固系统(202)的圆环均匀分布。3.根据权利要求1所述的用于多相环境能量采集的磁耦合振动压电涡轮发电机，其特征在于，所述下部单元(3)还包括支撑杆件和整流电路，所述整流电路位于下部底座(301)内侧，与peng条带组件(201)连接，将产生的电能通过整流后变为直流电，从而进行能量采集；所述支撑杆件安装在下部底座(301)外侧，用于整个发电机的固定。
技术总结
本发明公开了一种用于多相环境能量采集的磁耦合振动压电涡轮发电机。包括上部单元、中部单元和下部单元。上部单元含有带有叶片的涡轮机、驱动磁铁、中心轴支架。带有叶片的涡轮机受到风力或水流影响时会发生转动。涡轮机叶片旋转时，驱动磁铁和从动磁体之间会发生排斥作用，从而产生振动和挤压。中部结构主要由PENG条带组件和条带锚固系统组成。PENG条带组件可以根据磁体耦合振动进行振动变形，在压电作用下产生电能。条带锚固系统对PENG条带组件进行固定。下部单元由下部底座构成。下部底座将PENG条带组件密封在壳体中，以防止流体进入电压产生区。该发电机可以在多相环境进行能量采集，并且结构简单，可以方便为很多海工结构物及水下设备供能。物及水下设备供能。物及水下设备供能。
技术研发人员：孙利元 李品烽 刘晓东 张留刚
受保护的技术使用者：李品烽 刘晓东 张留刚
技术研发日：2021.06.18
技术公布日：2021/9/9