一种采用压电悬臂梁结构的发电气缸的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种采用压电悬臂梁结构的发电气缸，属于气动技术领域。
【背景技术】
[0002]气动技术是以空气压缩机为动力源，以压缩空气为工作介质，进行能量和信号传递的工程技术，是实现自动化生产与工业控制的重要手段之一，以其成本低、污染小、易调控等优点在加工、制造、汽车生产等领域中应用广泛。随着气动技术的不断发展，人们对气动系统智能化的要求也越来越高，物联网技术在气动系统中的应用则是实现气动技术智能化的主要方式之一。目前，气动系统中物联网节点通常由传感器和无线通信模块组成，其供电方式一般采用外接电路和电池供电，外接电路供电会使气动系统供电线路复杂，增加系统维护的成本和困难程度；而电池供电则存在电池体积大、使用寿命短，需频繁更换等问题，难以满足传感器和无线通信模块持续工作的要求；同时，电池含有重金属，废旧电池处理不当会造严重的环境污染。
[0003]由于气动系统本身能量大，俘获气动系统能量为物联网节点供能具有良好的发展前景。现有中国实用新型专利《气动发电装置》，授权公告号为CN 201898457 U，授权公告日为2011.07.13，公开一种气动发电装置，包括充气装置、密封容器、控制装置及压电晶体，充气装置与密封容器连通并向密封容器充气，控制装置与密封容器连接，控制装置靠近压电晶体安装，控制装置将密封容器中的压缩空气形成气流，并将气流的作用力传递到压电晶体，使压电晶体将机械能转换成电能，供与压电晶体电连接的用电器使用。中国发明专利《一种基于射流微振荡器激励的压电发电装置》，申请公布号为CN 102594202 A，申请公布日为2012.07.18，公开一种基于射流微振荡器激励的压电发电装置，该装置包括壳体、双稳射流元件、第一振荡腔、第二振荡腔和输出电路；第一振荡腔和第二振荡腔对称布置在双稳射流元件的左右两侧；在第一振荡腔和第二振荡腔上分别设有膜片，在膜片上设有压电片，双稳射流元件进气口与气动设备的排气口连通。由于双稳射流元件的附壁效应，气体反复循环在两侧振荡腔中形成振荡气体，振荡腔中振荡气流带动腔室上的膜片振动，膜片的振动驱动其上的压电片振动变形产生电荷。上述已有技术存在发电装置结构复杂、占用空间大以及难以实现集成化与微型化等问题；同时由于上述技术方案中所公开的发电装置是采用开放环境下进行气流冲击俘能，存在能量利用率低、噪声大等问题。
【发明内容】
[0004]为了解决上述气动压电发电装置结构复杂、能量利用率低、噪声大等问题，本发明公开一种采用压电悬臂梁结构的发电气缸。
[0005]本发明所采用的技术方案是:所述一种采用压电悬臂梁结构的发电气缸由气缸和压电发电装置组成；所述气缸为普通气缸，所述一种采用压电悬臂梁结构的发电气缸由气缸和压电发电装置组成，所述气缸后端盖中心位置设有内螺纹一，所述压电发电装置包括腔体端盖、发电腔体、边缘固定式发电组件或中间固定式发电组件，所述腔体端盖一侧端部设置有外螺纹一，其用于与气缸后端盖中心位置的内螺纹一旋合连接，以实现气缸与压电发电装置的紧固连接，所述腔体端盖的外螺纹一中心位置设有通孔，其用于实现气缸与压电发电装置之间的气体流通，所述腔体端盖另一侧端部设有外螺纹二，其用于与发电腔体的内螺纹二旋合连接，以实现腔体端盖与发电腔体紧固连接；所述发电腔体开口端设有内螺纹二，其用于与腔体端盖的外螺纹二旋合连接，所述发电腔体内部中心位置设有内部容腔，发电腔体的内部容腔侧壁设有内螺纹三，发电腔体内部底端设有导线孔。
[0006]所述边缘固定式发电组件由螺纹环、金属基板和压电片组成，所述螺纹环外圆周设有外螺纹三，用于与发电腔体的内部容腔侧壁设有的内螺纹三旋合连接，所述螺纹环内圆周侧壁设有环形凹槽，以实现金属基板的安装固定，所述金属基板一端与螺纹环内圆周侧壁设有环形凹槽胶粘连接，所述金属基板上下两个平面分别与压电片胶粘连接，所述压电片粘接在金属基板上下两个平面上，所述边缘固定式发电组件可为m个，m为大于等于1的正整数，用于与发电腔体配合，以实现发电过程。
[0007]所述中间固定式发电组件由固定板、螺钉、方形基板和压电元件组成。所述固定板外圆周设有外螺纹四，用于与发电腔体的内部容腔侧壁设有的内螺纹三旋合连接，所述固定板设有η个方形槽，η为大于等于1的正整数，其用于实现方形基板的安装，所述固定板中心位置设有η个螺纹孔，η为大于等于1的正整数，其用于与螺钉的旋合连接，以实现方形基板的固定，所述固定板设有凸台，用于螺纹孔的设置，所述固定板设有导线圆孔，其用于压电元件导线的布置，所述螺钉用于与固定板中心位置设有的螺纹孔旋合连，以实现方形基板的固定，所述方形基板安装于固定板设有的方形槽，所述方形基板一端设有圆形通孔，用于方形基板的安装固定，所述压电元件粘接在方形基板上下两个平面上，所述中间固定式发电组件可为Ρ个，Ρ为大于等于1的正整数，用于与发电腔体配合，以实现发电过程。
[0008]本发明的有益效果是:本发明可俘获气流冲击的动能和压缩气体的压力能，发电过程分为三个阶段:冲击过程发电、气体压力波动过程发电和复位发电。冲击发电阶段，气缸由后端盖气孔流入的气体，一部分通过腔体端盖一侧端部的通孔进入压电发电装置，另一部分留在气缸，进入发电装置中的气流直接冲击金属基板使压电片产生形变，从而产生电能；气体压力波动发电阶段，随着进入气缸气体量的增加，压缩空气推动活塞使气缸正常运动，活塞运动时气缸和压电发电装置内会产生不稳定的气体波动，不断地对发电组件施加交变的作用力，使其产生反复的形变，使压电片持续输出电能；复位发电过程，金属基板在形变后由于其自身回复力的作用进行复位，复位过程中金属基板会产生一个振幅逐渐减弱的往复振动，压电片随着金属基板振动过程持续输出电能，直至振动停止，本发明完成了一个周期的发电过程。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，同时通过整流储能电路可将产生的电能进行收集整理，为物联网节点进行供能。该发明在气动技术领域具有广阔的应用前景。
【附图说明】
[0009]图1所示为本发明提出的一种采用压电悬臂梁结构的发电气缸结构示意图；
图2所示为本发明提出的一种采用压电悬臂梁结构的发电气缸中气缸的结构示意图；
图3所示为本发明提出的一种采用压电悬臂梁结构的发电气缸中压电发电装置的剖视图；
图4所示为本发明提出的一种采用压电悬臂梁结构的发电气缸中腔体端盖的剖视图；
图5所示为本发明提出的一种采用压电悬臂梁结构的发电气缸中发电腔体的剖视图；
图6所示为本发明提出的一种采用压电悬臂梁结构的发电气缸中边缘固定式发电组件的剖视图；
图7所示为本发明提出的一种采用压电悬臂梁结构的发电气缸中边缘固定式发电组件的侧视图；
图8所示为本发明提出的一种采用压电悬臂梁结构的发电气缸中中间固定式发电组件的剖视图；
图9所示为本发明提出的一种采用压电悬臂梁结构的发电气缸中中间固定式发电组件的侧视图。
【具体实施方式】
[0010]【具体实施方式】一:结合图1~图7说明本实施方式。
[0011 ] 本实施方式提供一种采用压电悬臂梁结构的发电气缸的具体实施方案。所述一种采用压电悬臂梁结构的发电气缸由气缸1和压电发电装置2组成。
[0012]所述气缸1可为双作用气缸(SMC公司MBB50-100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、发电腔体2-2、边缘固定式发电组件2-3。
[0013]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，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，其用于与发电腔体2-2的内螺纹二 2-2-1旋合连接，以实现腔体端盖2-1与发电腔体2-2紧固连接。
[0014]所述发电腔体2-2开口端设有内螺纹二 2-2-1，其用于与腔体端盖2_1的外螺纹二2-1-3旋合连接；所述发电腔体2-2内部中心位置设有内部容腔2-2-2，用于边缘固定式发电组件2-3的安装布置；发电腔体2-2的内部容腔2-2-2侧壁设有内螺纹三2_2_3，其用于与边缘固定式发电组件2-3上外螺纹三2-3-1-1旋合连接，实现边缘固定式发电组件2-3的固定；发电腔体2-2内部底端设有导线孔2-2-4，其用于实现边缘固定式发电组件2-3导线的引出。
[0015]所述边缘固定式发电组件2-3由螺纹环2-3-1、金属基板2_3_2和压电片2_3_3组成，所述螺纹环2-3-1外圆周设有外螺纹三2-3-1-1，用于与发电腔体2-2的内部容腔2-2-2侧壁设有内螺纹三2-2-3旋合连接；所述螺纹