具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做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。

本发明的目的是提供一种基于涡激振动的压电与摩擦纳米发电相结合的能量收集器，实现了低流速的水流的能量收集，充分利用了摩擦纳米发电在低频收集能量的优势，提高了能量收集的利用效率。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

如图1-图4所示，本实施例提供一种基于涡激振动的压电与摩擦纳米发电相结合的能量收集器100，包括支撑架1、压电片2、圆柱体3和固液式摩擦纳米发电组件4，支撑架1包括由上至下依次连接的固定板101、悬臂板102和连接板103，压电片2固定于悬臂板102的一侧，圆柱体3安装于连接板103的下部，圆柱体3中设置有安装腔，固液式摩擦纳米发电组件4包括外壳、绝缘摩擦内壳402和密封部件403，外壳固定于安装腔中，外壳包括两个对称设置的感应电极401，两个感应电极401的对接面之间设置有绝缘层，两个感应电极401的对接面与悬臂板102设置有压电片2的平面之间的夹角为非90°，具体地，悬臂板102沿竖直方向延伸设置，两个感应电极401相对于竖直面对称设置。各感应电极401的导线能够穿过圆柱体3伸至外部，导线用于连接外接负载，压电片2同样用于连接外接负载。绝缘摩擦内壳402夹持于两个感应电极401之间，安装完之后两个感应电极401向绝缘摩擦内壳402施加夹紧力，即绝缘摩擦内壳402与两个感应电极401之间不会发生相对运动，绝缘摩擦内壳402上设置有第一通孔，绝缘摩擦内壳402中设置有水，绝缘摩擦内壳402中的水处于非填满状态，密封部件403用于密封第一通孔，进而防止绝缘摩擦内壳402中的水流出，具体地，密封部件403与第一通孔过盈配合。

具体地，圆柱体3包括第一连接组件和两个对称设置的半圆柱301，两个半圆柱301的上端均安装于连接板103上，第一连接组件用于连接两个半圆柱301，各半圆柱301的内侧设置有一个半腔体5，两个半腔体5对接形成安装腔。

具体地，第一连接组件包括多个第一连接螺栓302，一个半圆柱301上设置有多个第一连接通孔9，另一个半圆柱301的内侧面上设置有多个与第一连接通孔9一一对应的第一螺纹孔10，各第一连接螺栓302穿过一个第一连接通孔9安装于一个第一螺纹孔10中，进而实现两个半圆柱301的连接。

本实施中还包括多个第二连接螺栓，连接板103上设置有多个第二连接通孔11，各半圆柱301的顶面均设置有多个第二螺纹孔，各第二连接螺栓穿过一个第二连接通孔11安装于一个第二螺纹孔中，进而实现连接板103与圆柱体3的连接。

于本具体实施例中，半腔体5为半球形腔，两个半腔体5对接形成一个球形腔，感应电极401为半球壳状，绝缘摩擦内壳402为球壳状；安装腔的内径与外壳的外径相同，外壳的内径与绝缘摩擦内壳402的外径相同。

具体地，连接板103的下表面设置有十字形通道8，半腔体5的上部设置有竖直槽7，竖直槽7的底端与半腔体5连通，半腔体5的两侧对称设置有两个直角槽6，各直角槽6的两端分别与半腔体5和竖直槽7连通，两个半圆柱301对接之后两个竖直槽7形成一个竖直通道且四个直角槽6形成两个直角通道，竖直通道的顶端与十字形通道8的中部连通，两个导线分别经过两个直角通道并经过竖直通道和十字形通道8伸至外部。十字形通道8包括四个水平通道，两个导线由不同的水平通道中伸至外部。

于本具体实施例中，绝缘摩擦内壳402的材质为FEP材料，绝缘摩擦内壳402的壁厚为50微米，感应电极401的材质为铜。

于本具体实施例中，各感应电极401的对接面上均设置有绝缘层，即半球壳状的感应电极401的环形对接面上设置有绝缘层。

于本具体实施例中，两个感应电极401的对接面与悬臂板102设置有压电片2的平面相互平行或共面设置，此时在圆柱体3的左右晃动下产生的电势差最大，为最佳状况。如图3和图4所示，两个感应电极401的对接面与悬臂板102设置有压电片2的平面共面设置时，当处于静止状态时液面水平，由于水与FEP材料极性不同，会使绝缘摩擦内壳402表面带负电荷而水带有正电荷，处于静止位置时，静电平衡，不会产生电势。当产生晃动时，圆柱体3和悬臂板102左右振动，水产生变形，当液面向左侧涌时，水与左侧接触面积增大，与右侧接触面积减小，由于液体水带正电荷，当左侧接触面积增大时，左侧的正电荷随之增多，右侧的正电荷就随之减少，于是就会产生电势差，电势差的存在使得产生从左到右的电流；当液面向右侧涌时，与上面同理，会产生从右到左的电流，产生的电流通过感应电极401以及导线流入外接负载。本实施例中满足两个感应电极401的对接面与悬臂板102设置有压电片2的平面之间的夹角为非90°的条件即可使得圆柱体3左右摆动时，在与两个感应电极401分别相对应的一半绝缘摩擦内壳402和另一半绝缘摩擦内壳402之间产生电势差。

具体地，感应电极401粘接于半腔体5中，需要说明的是，并非一定是感应电极401与半腔体5一一对应的关系，为了满足两个感应电极401的对接面与悬臂板102设置有压电片2的平面之间的夹角为非90°的条件，在安装感应电极401时，存在一个感应电极401的两侧粘接于两个半腔体5中的可能。于本具体实施例中，半圆柱301的对接面与悬臂板102设置有压电片2的平面相互垂直，若要使得两个感应电极401的对接面与悬臂板102设置有压电片2的平面相互平行或共面设置，则感应电极401在两个半腔体5中各粘接一半。

具体地，第一通孔设置于绝缘摩擦内壳402的顶部，各感应电极401的内侧上部设置有一个半圆孔，两个半圆孔对接形成第二通孔，密封部件403能够穿过第二通孔伸至外壳的外部，并设置于竖向通道中。于本具体实施例中，密封部件403为圆柱状，第一通孔和第二通孔均为圆孔。

于本具体实施例中，悬臂板102的两端分别垂直安装于固定板101和连接板103上，本实施例中的固定板101为矩形板，连接板103为圆形板。

使用时，通过固定板101将该能量收集器竖直固定于水流之中，当水流过圆柱体3时发生圆柱绕流，产生周期性脱落的卡门涡街，涡脱的影响会使圆柱体3两侧产生周期性的升力，该升力会使圆柱体3产生振动，圆柱体3的振动会带动固液式摩擦纳米发电组件4内部的液体晃动，从而使液体与绝缘摩擦内壳402产生摩擦，进而产生电流，达到能量收集的目的，本实施例中振动的产生是基于圆柱绕流造成的涡激振动，涡激振动可在较低的流速下产生，因此实现了低流速的水流的能量收集，可以为低能耗设备供电，例如无线传感器网络、微机电系统和无人机上的传感器等；与电磁发电机技术相比，摩擦纳米发电方式在收集流动能量，尤其是低频流动能量方面具有优势，摩擦纳米发电方式具有能量转换效率高、输出电压超高、材料来源丰富、制造工艺简单、性价比高以及生物相容性好等突出特点，进一步地，固液式摩擦纳米发电与其他模式的摩擦纳米发电相比，固体与液体具有极低的摩擦系数，且有较大的固-液有效接触面积，因此具有较高的效率，能够有效地利用每一次振动。同时，圆柱体3的振动也会使得悬臂板102产生变形，该变形也使压电片2中产生电流。

可见，本实施例中将压电能量收集与摩擦纳米能量收集相结合，很好地利用了低流速的水流能量，也充分利用了摩擦纳米发电在低频收集能量的优势，能够充分地对海洋、河流和渠道储存的可再生低速流动能量进行开发利用，提高了水流能量收集的利用效率，增强了实用性。

本说明书中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。