CN111082703A - 一种灯浮标供电装置及带有该装置的灯浮标 - Google Patents
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Abstract
本发明属于灯浮标供电技术领域，具体涉及一种灯浮标供电装置及带有该装置的灯浮标。本发明设计的基于压电理论和圆柱涡激振动原理的灯浮标供电装置在实际应用中，利用水流经过圆柱时所产生的振动来驱使压电材料变形，进而产生电压，为灯浮标提供电能。本发明结构简单，易于维护，体积小，主要应用于海上灯浮标以及无线传感器、MEMS等需要自供电、低能耗、体积小的装置，同时在海啸预警、桥梁健康安全监测、石油输油管道监测、环境监测预报等重要安全检测装置的自供能***中具有广阔的应用前景。相比于传统的供电方式，本发明具有***结构简单、发热少、无电磁干扰、无污染、易加工制作和实现机构的微小化等诸多优点。
Description
技术领域
本发明属于灯浮标供电技术领域，具体涉及一种灯浮标供电装置及带有该装置的灯浮标。
背景技术
我国现在最常见的为灯浮标供电的方式有外接式电源、蓄电池、太阳能一体式三种方式。而对于海上灯浮标常见的电源是来自太阳能电池板发电，太阳能发电***一般由太阳能电池板、蓄电池、控制***三部分组成，但目前来说整个太阳能供电***体积和重量都很大，在维护的时候给工作人员带来了很大的难度和安全问题。而近年来随着人们对压电材料的研究取得的进一步深入，使得将波浪能转化为电能这种方法再次进入人们的视线。因此，基于压电材料和圆柱涡激振动理论提出了一种新型的发电装置。
基于圆柱流致振动的压电能量收集装置相对于风力、太阳能发电装置，结构简单、体积小，而且质量较轻，并且不需要其它机械传动结构，能量转换效率较高，并且近些年来，随着压电孚能技术以及压电材料的发展，压电材料的能量转化效率有了很大的提高，所以压电能量收集装置具有很高的研究价值以及研究前景，尤其对于一些低耗能、体积小的装置更为适用。
发明内容
本发明的目的在于提供一种灯浮标供电装置。
本发明的目的通过如下技术方案来实现：包括振动圆柱和电路及能量收集装置；所述的振动圆柱上端安装有压电片；所述的压电片包括铜质基座，在铜质基座顶面和底面两侧表面铺设有压电材料；所述的铜质基座为方形薄片，方形薄片中两条相邻的边刚性固定，另外两条相邻的边弹性固定；所述的电路及能量收集装置与压电片连接。
本发明的目的还在于提供一种带有灯浮标供电装置的灯浮标。
本发明的目的通过如下技术方案来实现：包括灯浮标本体和灯浮标供电装置；所述的灯浮标供电装置包括振动圆柱和电路及能量收集装置；所述的灯浮标本体底部正中间向内凹陷；所述的振动圆柱下端通过灯浮标本地底部中央的凹陷伸出，在振动圆柱上端安装有压电片；所述的压电片包括铜质基座，在铜质基座顶面和底面两侧表面铺设有压电材料；所述的铜质基座为方形薄片，方形薄片中有两条相邻的边通过固定圆柱刚性固定在灯浮标本体底面，另外两条相邻的边通过弹簧弹性固定在灯浮标本体底面；所述的电路及能量收集装置设置在灯浮标本体内部，电路及能量收集装置通过线路与压电片上下表面连接。
本发明还可以包括：
所述的压电片有多个，其中最底层的压电片与振动圆柱连接，其余层的压电片固定在其下层的压电片上，固定方式与最底层的压电片固定在灯浮标本体底面的方式相同。
本发明的有益效果在于：
本发明设计了基于压电理论和圆柱涡激振动原理的灯浮标供电装置。在实际应用中，它利用水流经过圆柱时所产生的振动来驱使压电材料变形，进而产生电压，为灯浮标提供电能，本发明结构简单，易于维护，体积小，主要应用于海上灯浮标以及无线传感器、MEMS等需要自供电、低能耗、体积小的装置，同时在海啸预警、桥梁健康安全监测、石油输油管道监测、环境监测预报等重要安全检测装置的自供能***中具有广阔的应用前景。相比于传统的供电方式，本发明具有***结构简单、发热少、无电磁干扰、无污染、易加工制作和实现机构的微小化等诸多优点。
附图说明
图1为本发明的一种带有灯浮标供电装置的灯浮标的内部结构示意图。
图2为本发明的一种灯浮标供电装置中圆柱和压电片的垂直连接方式示意图。
图3为本发明的一种带有灯浮标供电装置的灯浮标中压电片的固定方式示意图。
图4为本发明中多个压电片排列方式示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步描述。
本发明属于新能源发电领域的创新，为灯浮标提供了一种新型的供电方式，
具体就是将圆柱的机械振动的机械能转化为电能，为海上及内河中的助航灯器提供电能，涉及一种利用压电材料和单圆柱制成的灯浮标供电装置，为海上灯浮标和助航灯提供电能，该装置利用海面或者江面的水面的波动，在流经圆柱时产生涡激振动，然后圆柱带动其上方连接的压电材料产生变形，进而产生电压，在一定的水流速度下为浮标供电，并将多余的电量存储下来。本发明由于体积小，安装方便，能够为海上的浮动航标及一些大型的航标(灯船、船形灯浮标)等助航浮标提供电能。
一种灯浮标供电装置，包括振动圆柱1和电路及能量收集装置6；所述的振动圆柱上端安装有压电片；所述的压电片包括铜质基座3，在铜质基座顶面和底面两侧表面铺设有压电材料4；所述的铜质基座为方形薄片，方形薄片中两条相邻的边刚性固定，另外两条相邻的边弹性固定；所述的电路及能量收集装置与压电片连接。
本发明还提供了一种带有上述灯浮标供电装置的灯浮标。
一种带有灯浮标供电装置的灯浮标，包括灯浮标本体和灯浮标供电装置；所述的灯浮标供电装置包括振动圆柱1和电路及能量收集装置6；所述的灯浮标本体底部正中间向内凹陷；所述的振动圆柱下端通过灯浮标本地底部中央的凹陷伸出，在振动圆柱上端安装有压电片；所述的压电片包括铜质基座3，在铜质基座顶面和底面两侧表面铺设有压电材料4；所述的铜质基座为方形薄片，方形薄片中有两条相邻的边通过固定圆柱5刚性固定在灯浮标本体底面，另外两条相邻的边通过弹簧2弹性固定在灯浮标本体底面；所述的电路及能量收集装置6设置在灯浮标本体内部，电路及能量收集装置通过线路7与压电片上下表面连接。
所述的压电片有多个，其中最底层的压电片与振动圆柱连接，其余层的压电片固定在其下层的压电片上，固定方式与最底层的压电片固定在灯浮标本体底面的方式相同。
实施例1：
目前，为灯浮标供电的主要是蓄电池和太阳能这两种形式，但这些装置的体积较大，而且后期维护起来也比较复杂，所以针对这种问题，本发明设计了基于压电理论和圆柱涡激振动原理的灯浮标供电装置。在实际应用中，它利用水流经过圆柱时所产生的振动来驱使压电材料变形，进而产生电压，为灯浮标提供电能，本装置结构简单，易于维护，体积小。
本发明主要结构是单悬臂梁压电收集装置，主要构件包括合金制的圆柱，上面连有压电片(由压电材料和方形基座组成)，以及能量输出电路。在设计之初是参照了桶形灯浮标，整套装置安装在浮筒之内，在圆桶底部的正中间向内凹陷，圆柱从中间垂直伸出，圆柱能够在开孔范围内自由振动，如图1，然后在圆桶里面的那部分圆柱连有压电材料，压电材料通过胶粘的方式固定在方形的铜质金属薄片两侧，构成压电片，压电片与圆柱垂直连接，如图2，随着圆柱的振动，压电片受到圆柱传来的力发生形变而产生电压，整个压电片固定在圆桶壁上，为了增加压电片的变形量，固定方式采用相邻两边刚性固定，另外相邻两边弹性固定，如图3。
在具体工作使用时，当水流经过位于圆桶外部的圆柱后，圆柱产生流致振动，带动与圆柱相连接的压电片发生弹性形变，由于压电材料的本身特而产生电能，以此完成波浪能向电能的转化，另外，为了增加发电量，可以采用多层压电片固定连接，如图4，当与圆柱直接相连的压电片产生变形时，也会带动与之分层排列的其它压电片产生变形，最后压电片上产生的电压经过收集电路将电能一部分储存在蓄电池里，以便紧急需要，另一部分电能可以直接为灯器供电。
本发明主要应用于海上灯浮标以及无线传感器、MEMS等需要自供电、低能耗、体积小的装置，同时在海啸预警、桥梁健康安全监测、石油输油管道监测、环境监测预报等重要安全检测装置的自供能***中具有广阔的应用前景。相比于传统的供电方式，具有***结构简单、发热少、无电磁干扰、无污染、易加工制作和实现机构的微小化等诸多优点。
本发明的灯浮标供电装置位于灯浮标的圆桶底部，整个装置位于水线以上，其中振动圆柱1穿过圆桶底部的开孔伸入水中，在来流的作用下会产生涡激振动，圆柱上方连接到铜质基座上，基座两侧装有压电材料，二者共同构成压电片，圆柱的振动会带动压电片产生形变，进而压电材料发生变形而产生电流，在压电片变形过程中，由于整个压电片相邻是方形，且相邻两边是圆柱刚性固定，另外两边是由弹性模量较大的弹簧弹性固定，如图3，所以相比完全刚性固定压电片会产生更多形变，此外，为了尽可能增加发电量，本发明采用多层压电片叠加的形式，如图4，其固定方式与第一层相同。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (3)
1.一种灯浮标供电装置，其特征在于：包括振动圆柱和电路及能量收集装置；所述的振动圆柱上端安装有压电片；所述的压电片包括铜质基座，在铜质基座顶面和底面两侧表面铺设有压电材料；所述的铜质基座为方形薄片，方形薄片中两条相邻的边刚性固定，另外两条相邻的边弹性固定；所述的电路及能量收集装置与压电片连接。
2.一种带有灯浮标供电装置的灯浮标，其特征在于：包括灯浮标本体和灯浮标供电装置；所述的灯浮标供电装置包括振动圆柱和电路及能量收集装置；所述的灯浮标本体底部正中间向内凹陷；所述的振动圆柱下端通过灯浮标本地底部中央的凹陷伸出，在振动圆柱上端安装有压电片；所述的压电片包括铜质基座，在铜质基座顶面和底面两侧表面铺设有压电材料；所述的铜质基座为方形薄片，方形薄片中有两条相邻的边通过固定圆柱刚性固定在灯浮标本体底面，另外两条相邻的边通过弹簧弹性固定在灯浮标本体底面；所述的电路及能量收集装置设置在灯浮标本体内部，电路及能量收集装置通过线路与压电片上下表面连接。
3.根据权利要求2所述的一种带有灯浮标供电装置的灯浮标，其特征在于：所述的压电片有多个，其中最底层的压电片与振动圆柱连接，其余层的压电片固定在其下层的压电片上，固定方式与最底层的压电片固定在灯浮标本体底面的方式相同。
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| GR01 | Patent grant | ||
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