一种周向布置的压电式雨滴能发电装置

1.本发明涉及新型能源领域，尤其涉及一种周向布置的压电式雨滴能发电装置。


背景技术：

2.降雨是常见的自然现象，蕴含了丰富的能量，表现为雨水在下落时所具有的动能，与风能、太阳能等主流可再生能源相比，降雨能源的收集利用还是一个崭新的领域。近些年来，采用压电材料收集降雨能量得到了研究者们的关注，主要是利用压电效应将雨滴冲击能量转换为电能，在一些降雨丰富的地区，该技术有望成为传统能源或其他可再生能源的替代技术。
3.现有的压电式雨滴能量收集装置采用单个压电传感器作为捕能元件，将单个压电传感器安装成悬臂梁结构，雨滴冲击引起压电悬臂梁的振动，进而利用压电效应输出电压。
4.然而，单个压电传感器的接触面积有限，雨滴冲击到单个压电传感器表面的概率较低，而且单个压电传感器对于雨滴的冲击位置非常敏感，导致压电传感器的输出电压不稳定，捕能效率较低。此外，不同的降雨等级对应了不同的雨滴直径和冲击速度，而现有压电式雨滴能收集装置的压电传感器的振动频率不可调节，因此仅能对一定范围内的雨滴有较好的捕能效果。


技术实现要素：

5.本发明提供一种周向布置的压电式雨滴能发电装置，以解决现有压电式雨滴能收集装置的压电传感器的雨滴接触面积较小，捕能效率较低以及压电传感器的振动频率不可调节，仅能对一定范围内的雨滴有较好的捕能效果的问题。
6.为了实现上述目的，本发明提供一种周向布置的压电式雨滴能发电装置，包括支架，支架的上端与支撑盘固定连接，支撑盘的上端圆周固定导轨，导轨上滑动安装滑块，导轨的一端与固定环固定连接，滑块的上端通过上盖片固定安装压电传感器，压电传感器的一端与弹性薄膜固定连接，滑块和固定环的下端安装调节机构，固定环上设置螺栓孔，固定环上的螺栓孔的数量与导轨的数量相等，导轨、滑块、压电传感器三者的数量相等。
7.在上述的周向布置的压电式雨滴能发电装置中，可选的是，调节机构包括螺杆，螺杆的上端与固定环固定连接，螺杆的下端与调节螺母螺纹连接，调节螺母的上方设置圆柱凸台，圆柱凸台与调节环转动连接，调节环与连杆的下端转动连接，连杆的上端与滑块转动连接，连杆的数量与滑块的数量相等。
8.在上述的周向布置的压电式雨滴能发电装置中，可选的是，圆柱凸台的上方设置限位环，调节环位于限位环的下方。
9.在上述的周向布置的压电式雨滴能发电装置中，可选的是，支架对称设置两个，支架的上端与支撑盘通过螺栓连接，支撑盘的上端与导轨通过螺栓连接。
10.在上述的周向布置的压电式雨滴能发电装置中，可选的是，压电传感器采用pvdf压电传感器。
11.在上述的周向布置的压电式雨滴能发电装置中，可选的是，导轨的数量为六个，六个导轨的内端部均与固定环通过螺栓连接。
12.有益效果：
13.(1)通过周向均布多个压电传感器，充分利用有限的空间提高雨滴与压电传感器的接触面积，提高雨滴对压电传感器表面的冲击概率，提高捕能效率。
14.(2)通过调节机构与导轨、滑块的配合，实现弹性薄膜张紧力的调节，改变压电传感器的振动频率，以适应不同的降雨等级的发电要求。
15.(3)针对周向布置的压电传感器的结构特点，提出了基于螺纹螺杆的调节机构，通过转动调节螺母，带动连杆作用于滑块，实现弹性薄膜张紧力的调节，改变压电传感器的振动频率。
16.本发明的构造以及它的其他发明目的及有益效果将会通过结合附图而对优选实施例的描述而更加明显易懂。
附图说明
17.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作以简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
18.图1为本发明实施例提供的周向布置的压电式雨滴能发电装置的整体结构示意图；
19.图2为本发明实施例提供的周向布置的压电式雨滴能发电装置的部分结构示意图；
20.图3为本发明实施例提供的周向布置的压电式雨滴能发电装置的调节机构的结构示意图；
21.图4为本发明实施例提供的周向布置的压电式雨滴能发电装置的导轨处的结构示意图；
22.图5为本发明实施例提供的周向布置的压电式雨滴能发电装置的压电传感器的周向布置示意图；
23.图6为本发明实施例提供的周向布置的压电式雨滴能发电装置的压电传感器与弹性薄膜连接示意图。
24.附图标记说明：
25.1-支架；2-支撑盘；3-导轨；4-滑块；5-上盖片；6-压电传感器；7-弹性薄膜；8-连杆；9-调节螺母；10-调节环；11-螺杆；12-固定环；13-限位环13。
具体实施方式
26.为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明的优选实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行更加详细的描述。在附图中，自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的部件或具有相同或类似功能的部件。所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在
用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。下面结合附图对本发明的实施例进行详细说明。
27.如图1-图6所示，本发明提供一种周向布置的压电式雨滴能发电装置，包括支架1，支架1的上端与支撑盘2固定连接，支撑盘2的上端圆周固定导轨3，导轨3上滑动安装滑块4，导轨3的一端与固定环12固定连接，滑块4的上端通过上盖片5固定安装压电传感器6，压电传感器6的一端与弹性薄膜7固定连接，滑块4和固定环12的下端安装调节机构，固定环12上设置螺栓孔，固定环12上的螺栓孔的数量与导轨3的数量相等，导轨3、滑块4、压电传感器6三者的数量相等。
28.需要说明的是，压电传感器6的引脚端通过上盖片5夹紧在滑块4上，压电传感器6的自由端粘结在弹性薄膜7上；固定环12与导轨3的内端部通过螺栓连接。
29.如图2-图3所示，调节机构包括螺杆11，螺杆11的上端与固定环12固定连接，螺杆11的下端与调节螺母9螺纹连接，调节螺母9的上方设置圆柱凸台，圆柱凸台与调节环10转动连接，调节环10与连杆8的下端转动连接，连杆8的上端与滑块4转动连接，连杆8的数量与滑块4的数量相等。
30.需要说明的是，连杆8的上端与滑块4通过销连接，连杆8的下端与调节环10通过销连接；螺杆11上加工有外螺纹，螺杆11的外螺纹与调节螺母9的内螺纹相配合，螺杆11与调节螺母9的连接具有自锁性；调节螺母9可沿着螺杆11的轴线方向向上或向下移动，调节螺母9能够带动调节环10沿着螺杆11的轴线方向向上或向下移动，进而通过连杆8带动滑块4沿着导轨3滑动，将平行于螺杆11轴线的竖直运动转换为垂直于螺杆11轴线的水平运动，当调节机构带动滑块4向外侧移动远离弹性薄膜7时，弹性薄膜7拉伸变形并产生张紧力，当调节机构带动滑块4向内侧移动靠近弹性薄膜7时，弹性薄膜7拉伸变形减小并且张紧力减小。
31.如图2-图3所示，圆柱凸台的上方设置限位环13，调节环10位于限位环1的下方。
32.需要说明的是，圆柱凸台的上方设置限位环13，限位环13防止调节环10从调节螺母9的上方脱落，使得调节环10与调节螺母9同步上升或者下降。
33.如图1所示，支架1对称设置两个，支架1的上端与支撑盘2通过螺栓连接，支撑盘2的上端与导轨3通过螺栓连接。
34.需要说明的是，支架1的上端与支撑盘2通过螺栓连接，支撑盘2的上端与导轨3通过螺栓连接，便于拆卸与安装。
35.如图1-图6所示，压电传感器6采用pvdf压电传感器。
36.需要说明的是，pvdf压电传感器，具有重量轻、体积小、结构简单、相容性好等优点，因此使用其做敏感元件对传感器的结构力学性能影响很小。
37.如图1-图4所示，导轨3的数量为六个，六个导轨3的内端部均与固定环12通过螺栓连接。
38.需要说明的是，导轨3的数量为偶数，有利于提高整个装置的平衡性和稳定性。
39.整个装置连接完毕后，初始状态下，弹性薄膜7处于松弛状态，无初始张紧力，通过手动转动调节螺母9使得调节螺母9沿着螺杆11向上移动，带动调节环10向上移动，同时带动连杆8的下端向上移动，使得连杆8的上端沿支撑盘2的径向向外侧移动，同时带动滑块4沿导轨3向外侧移动，使得压电传感器6沿支撑盘2径向向外侧移动，压电传感器6向外侧移
动，使得弹性薄膜7产生拉伸变形并产生张紧力，张紧力作用在压电传感器6端部，使得压电传感器6的振动频率增大。
40.当雨滴冲击频率较高时，按照上述调节方式，增大弹性薄膜7的张紧力，提高压电传感器6的振动频率；当雨滴冲击频率较低时，反向转动调节螺母9，以减少弹性薄膜7的张紧力，降低压电传感器6的振动频率，根据不同的降雨等级，对压电式雨滴能收集装置进行调节；压电传感器6在雨滴冲击作用下将雨滴冲击能量转换为电能，产生的电能通过导线接入到后续的储能装置中。
41.本发明提供的周向布置的压电式雨滴能发电装置，通过周向均布多个压电传感器6，利用弹性薄膜7将多个压电传感器6连接成一个整体的弹性结构，增大了整个装置与雨滴的接触面积，提高了雨滴冲击概率，提高捕能效率，有利于充分收集降雨能量；通过调节机构与导轨3、滑块4的配合，实现弹性薄膜7张紧力的调节，改变压电传感器6的振动频率，以适应不同的降雨等级的发电要求。
42.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。