，在气缸1的运动过程中，由于气缸1内部容积产生变化，从而导致压缩气体产生波动，这种波动特性可以使非稳态的压缩空气不断地对活塞2-2施加交变的作用力，使发电组件2-3产生反复的形变，此过程有效的增加了波形带宽从而增大了发电组件2-3的发电量；在低压时发电组件2-3复位，复位过程中发电组件2-3仍有电能输出。本发明提出的钹型压电兀件外置式发电气缸的发电过程可分为三个阶段:冲击过程发电、保压过程发电和复位过程发电。具体发电过程如下:冲击发电阶段，气缸1由后端盖气孔流入的气体，一部分通过腔体端盖2-1 —侧端部的通孔2-1-1进入压电发电装置2，另一部分留在气缸1，进入发电装置2中的气流直接冲击活塞2-2使发电组件2-3产生形变，从而产生电能；保压发电阶段，随着进入气缸1气体量的增加，压缩空气推动活塞使气缸1正常运动，活塞运动时气缸1和压电发电装置2内会产生不稳定的气体波动，不断地对活塞2-2施加交变的作用力，使发电组件2-3产生反复的形变，当气缸1内气压达到稳态时，发电组件2-3产生形变达到最大，发电组件2-3产生最大的正向电压；复位发电阶段，在气缸1处于后端盖气孔排气时，气体通过腔体端盖2-1 —侧端部的通孔2-1-1排出，压电发电装置2内部气压减小，发电组件2-3进行复位，从而有负电输出，当负向电压减小为零时，本发明完成了一个周期的发电过程。重复上述工作过程，可实现本发明的连续发电。
[0015]【具体实施方式】二:结合图4、图5、图7和图8说明本实施方式。
[0016]本实施方式提供另一种钹型压电元件外置式发电气缸的具体实施方案。其结构组成和连接方式与【具体实施方式】一相同，不同之处在于所述发电组件2-3为一种多层发电组件，由P个钹型压电元件在竖直方向上阵列组成，P为大于1的正整数，其中心全部在一条直线上，所述发电组件2-3 —端与活塞2-2 —端通过环氧树脂胶胶粘连接；以实现发电组件2-3与活塞2-2的紧固连接；发电组件2-3另一端与腔体2-4内部的底部端面2_4_4通过环氧树脂胶胶粘连接，以实现发电组件2-3与腔体2-4的紧固连接；所述发电组件2-3中每个钹型压电元件之间通过环氧树脂胶胶粘连接，所述发电组件2-3与腔体2-4内壁留有空隙，避免发电组件变形后与腔体2-4的内壁干涉。
[0017]本实施方式的发电原理与【具体实施方式】一的发电原理相同。
[0018]【具体实施方式】三:图4、图5、图7和图9说明本实施方式。
[0019]本实施方式提供另一种钹型压电元件外置式发电气缸的具体实施方案。其结构组成和连接方式与【具体实施方式】一相同，不同之处在于所述发电组件2-3为一种单层阵列发电组件，由η个钹型压电元件在同一平面阵列组成，η为大于1的正整数，所述发电组件2-3一端与活塞2-2 —端通过环氧树脂胶胶粘连接；以实现发电组件2-3与活塞2-2的紧固连接；发电组件2-3另一端与腔体2-4内部的底部端面2-4-4通过环氧树脂胶胶粘连接，以实现发电组件2-3与腔体2-4的紧固连接；所述发电组件2-3中钹型压电元件均匀分布在同一平面上，彼此之间留有空隙，避免发电组件2-3变形后彼此干涉，所述发电组件2-3中钹型压电元件与腔体2-4内壁留有空隙，避免发电组件2-3变形后与腔体2-4内壁干涉。
[0020]本实施方式的具体发电原理与【具体实施方式】一的发电原理相同。
[0021]【具体实施方式】四:图4、图5、图7和图10说明本实施方式。
[0022]本实施方式提供另一种钹型压电元件外置式发电气缸的具体实施方案。其结构组成和连接方式与【具体实施方式】一相同，不同之处在于所述发电组件2-3为一种多层阵列发电组件，由m个单层阵列发电组件在竖直方向上阵列组成，m为大于1的正整数，所述发电组件2-3 —端与活塞2-2 —端通过环氧树脂胶胶粘连接；以实现发电组件2-3与活塞2-2的紧固连接；发电组件2-3另一端与腔体2-4内部的底部端面2-4-4通过环氧树脂胶胶粘连接，以实现发电组件2-3与腔体2-4的紧固连接；所述发电组件2-3中钹型压电元件竖直阵列均匀分布在腔体2-4同一平面上，彼此之间留有空隙，避免发电组件2-3变形后彼此干涉，所述发电组件2-3中钹型压电元件竖直阵列与腔体2-4的内壁留有空隙，避免发电组件2-3变形后与腔体2-4的内壁干涉。
[0023]本实施方式的具体发电原理与【具体实施方式】一的发电原理相同。
【主权项】
1.钹型压电元件外置式发电气缸，其特征在于:所述钹型压电元件外置式发电气缸由气缸(1)和压电发电装置(2)组成，所述气缸(1)可为普通双作用气缸，所述气缸(1)后端盖中心位置设有内螺纹一(1-1)，所述压电发电装置(2)包括腔体端盖(2-1)、活塞(2-2)、发电组件(2-3 )及腔体(2-4 )，所述腔体端盖(2-1) —侧端部设置有外螺纹一(2-1-2 )，其用于与气缸(1)后端盖中心位置的内螺纹一(1-1)旋合连接，以实现气缸(1)与压电发电装置(2)的紧固连接，所述腔体端盖(2-1)的外螺纹一(2-1-2)中心位置设有通孔(2-1-1)结构，其用于实现气缸(1)与压电发电装置(2)之间的气体流通，所述腔体端盖(2-1)另一侧端部设有外螺纹二(2-1-3)，其用于与腔体(2-4)的内螺纹二(2-4-1)旋合连接，以实现腔体端盖(2-1)与腔体(2-4)紧固连接，所述活塞(2-2)外圆周设有环形凹槽(2-2-2)，其用于实现活塞中密封环(2-2-1)的安装布置，所述密封环(2-2-1)安装于环形凹槽(2-2-2)中，以实现活塞(2-2)与腔体(2-4)的密封连接，活塞(2-2) —侧与发电组件(2-3) —侧胶粘连接，所述腔体(2-4)开口端设有内螺纹二(2-4-1)，其用于与腔体端盖(2-1)的外螺纹二(2-1-3)旋合连接，所述腔体(2-4)内部中心位置设有内部容腔(2-4-2)，用于活塞(2-2)和发电组件(2-3)的安装布置，腔体(2-4)的底部端面(2-4-4)与发电组件(2-3)胶粘连接，腔体(2-4)内部底端设有导线孔(2-4-3)。2.根据权利要求1所述的钹型压电元件外置式发电气缸，其特征在于:所述发电组件(2-3)为一种单层发电组件，由一个钹型压电元件组成，其具体结构包括金属帽(2-3-1)和圆形压电陶瓷(2-3-2)，圆形压电陶瓷(2-3-2)两端分别与金属帽(2-3-1)胶粘连接；发电组件(2-3)—测与活塞(2-2)—侧胶粘连接，以实现单层发电组件(2-3)与活塞(2-2)的紧固连接，发电组件(2-3)另一侧与腔体(2-4)内部的底部端面(2-4-4)胶粘连接，以实现发电组件(2-3)与腔体(2-4)的紧固连接，发电组件(2-3)与腔体(2-4)内壁留有空隙，避免发电组件(2-3)变形后与腔体(2-4)内壁干涉。3.根据权利要求1所述的钹型压电元件外置式发电气缸，其特征在于:所述发电组件(2-3)为一种多层发电组件，由ρ个钹型压电元件在竖直方向上阵列组成，ρ为大于1的正整数，其中心全部在一条直线上，所述发电组件(2-3) —侧与活塞(2-2) —侧胶粘连接，以实现发电组件(2-3)与活塞(2-2)的紧固连接，发电组件(2-3)另一侧与腔体(2-4)内部的底部端面(2-4-4)胶粘连接，以实现发电组件(2-3)与腔体(2-4)的紧固连接，所述发电组件(2-3)中每个钹型压电元件之间胶粘连接，所述发电组件(2-3)与腔体(2-4)内壁留有空隙，避免发电组件(2-3 )变形后与腔体(2-4 )的内壁干涉。4.根据权利要求1所述的钹型压电元件外置式发电气缸，其特征在于:所述发电组件(2-3)为一种单层阵列发电组件，由η个钹型压电元件在同一平面阵列组成，η为大于1的正整数，所述发电组件(2-3) —侧与活塞(2-2) —侧胶粘连接，以实现发电组件(2-3)与活塞(2-2)的紧固连接，发电组件(2-3)另一侧与腔体(2-4)内部的底部端面(2-4-4)胶粘连接，以实现发电组件(2-3)与腔体(2-4)的紧固连接，所述发电组件(2-3)中钹型压电元件均匀分布在同一平面上，彼此之间留有空隙，避免发电组件(2-3)变形后彼此干涉，所述发电组件(2-3)中钹型压电元件与腔体(2-4)内壁留有空隙，避免发电组件(2-3)变形后与腔体(2-4)内壁干涉。5.根据权利要求1所述的钹型压电元件外置式发电气缸，其特征在于:所述发电组件(2-3)为一种多层阵列发电组件，由m个单层阵列发电组件在竖直方向上阵列组成，m为大于1的正整数，所述发电组件(2-3)—侧与活塞(2-2)—侧胶粘连接，以实现发电组件(2-3)与活塞(2-2)的紧固连接，发电组件(2-3)另一侧与腔体(2-4)内部的底部端面(2-4-4)胶粘连接，以实现发电组件(2-3)与腔体(2-4)的紧固连接，所述发电组件(2-3)中钹型压电元件竖直阵列均匀分布在腔体(2-4)同一平面上，彼此之间留有空隙，避免发电组件(2-3)变形后彼此干涉，所述发电组件(2-3)中钹型压电元件竖直阵列与腔体(2-4)的内壁留有空隙，避免发电组件(2-3 )变形后与腔体(2-4 )的内壁干涉。
【专利摘要】本发明公开了钹型压电元件外置式发电气缸，以解决当前气动压电发电装置结构复杂、能量利用率低、噪声大等问题。本发明包括气缸本体和压电发电装置两部分，所述发电装置通过螺纹副与气缸后端连接。所述压电发电装置由腔体端盖、活塞、发电组件及腔体组成。发电组件在压缩空气的气体冲击力以及气体压力的作用下受到活塞挤压，使钹型压电元件产生机械形变，并在低压时进行复位，基于压电效应产生电能。本发明具有结构简单、能量利用率高、噪声小以及成本低等技术优势，可通过整流储能电路将产生的电能进行收集整理，为物联网节点进行供能。本发明在气动技术领域具有广阔的应用前景。
【IPC分类】F15B15/20, H02N2/18
【公开号】CN105275919
【申请号】CN201510843026
【发明人】程廷海, 何猛, 包钢, 王英廷, 陈栋, 李义康, 宋兆阳
【申请人】长春工业大学
【公开日】2016年1月27日
【申请日】2015年11月30日