环2-3-1内圆周侧壁设有环形凹槽2-3-1-2，以实现金属基板2-3-2的安装固定；所述金属基板2-3-2 —端安装于螺纹环2-3-1内圆周中心位置设有环形凹槽2-3-1-2，并用环氧树脂胶胶粘连接；所述金属基板2-3-2上下两个平面分别与压电片2-3-3通过环氧树脂胶胶粘连接；所述压电片2-3-3通过环氧树脂胶粘接在金属基板2-3-2上下两个平面上；所述边缘固定式发电组件2-3可为m个，m为大于等于1的正整数，用于与发电腔体2-2配合，以实现发电过程。
[0016]本实施方式的具体发电原理:利用气动压缩空气产生气流作用于发电组件2-3中金属基板2-3-2而使其产生弯曲形变，从而激发压电片2-3-3产生电能。压缩空气可推动活塞使气缸1正常工作，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发电组件2-3施加交变的作用力，使其产生反复的形变，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。金属基板2-3-2在其回复力的作用下进行复位，复位过程中金属基板2-3-2会产生一个振幅逐渐减弱的往复振动，此过程中压电片2-3-3可持续输出电能。本发明提出的一种采用压电悬臂梁结构的发电气缸的发电过程可分为三个阶段: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中的气流直接冲击金属基板2-3-2使压电片2-3-3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，不断地对发电组件2-3施加交变的作用力，使其产生反复的形变，使压电片2-3-3持续输出电能；复位发电阶段，金属基板2-3-2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2-3-2会产生一个振幅逐渐减弱的往复振动，压电片2-3-3随着金属基板2-3-2振动过程可持续输出电能，直至振动停止，本发明完成了一个周期的发电过程。重复上述工作过程，可实现本发明的连续发电。
[0017]【具体实施方式】二:结合图8和图9说明本实施方式。
[0018]本实施方式提供一种采用压电悬臂梁结构的发电气缸的另一种具体实施方案。其结构组成和连接方式与【具体实施方式】一相同，不同之处在于所述压电发电装置2包括腔体端盖2-1、发电腔体2-2、中间固定式发电组件2-4，所述中间固定式发电组件2-4由固定板2-4-1、螺钉2-4-2、方形基板2-4-3和压电元件2_4_4组成。所述固定板2_4_1外圆周设有外螺纹四2-4-1-1，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；所述固定板2-4-1设有η个方形槽2-4-1-2，η为大于等于1的正整数，其用于实现方形基板2-4-3的安装；所述固定板2-4-1中心位置设有η个螺纹孔2_4_1_3，η为大于等于1的正整数，其用于与螺钉2-4-2的旋合连接，以实现方形基板2-4-3的固定；所述固定板2-4-1设有凸台2-4-1-4，用于螺纹孔2-4-1-3的设置；所述固定板2_4_1设有导线圆孔2-4-1-5，其用于压电元件2-4-4导线的布置；所述螺钉2-4-2用于与固定板2_4_1中心位置设有的螺纹孔2-4-1-3旋合连接，以实现方形基板2-4-3的固定；所述方形基板2-4-3安装于固定板2-4-1设有的方形槽2-4-1-2，所述方形基板2_4_3 —端设有圆形通孔2-4-3-1，用于方形基板2-4-3的安装固定；所述压电元件2-4-4通过环氧树脂胶粘接在方形基板2-4-3上下两个平面上；所述中间固定式发电组件2-4可为ρ个，ρ为大于等于1的正整数，用于与发电腔体2-2配合，以实现发电过程。
[0019]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。
【主权项】
1.一种采用压电悬臂梁结构的发电气缸，其特征在于: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；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)或中间固定式发电组件(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 )，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，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 )，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 )，发电腔体(2-2 )内部底端设有导线孔(2-2-4)。2.根据权利要求1所述的一种采用压电悬臂梁结构的发电气缸，其特征在于: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，所述螺纹环(2-3-1)内圆周侧壁设有环形凹槽(2-3-1-2)，以实现金属基板(2-3-2)的安装固定，所述金属基板(2-3-2)—端与螺纹环(2-3-1)内圆周侧壁设有的环形凹槽(2-3-1-2)胶粘连接，所述金属基板(2-3-2)上下两个平面分别与压电片(2-3-3 )胶粘连接，所述压电片(2-3-3 )粘接在金属基板(2-3-2 )上下两个平面上，所述边缘固定式发电组件(2-3)可为m个，m为大于等于1的正整数，用于与发电腔体(2-2)配合，以实现发电过程。3.根据权利要求1所述的一种采用压电悬臂梁结构的发电气缸，其特征在于:所述中间固定式发电组件(2-4)由固定板(2-4-1)、螺钉(2-4-2)、方形基板(2-4-3)和压电元件(2-4-4)组成；所述固定板(2-4-1)外圆周设有外螺纹四(2-4-1-1)，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，所述固定板(2-4-1)设有η个方形槽(2-4-1-2)，η为大于等于1的正整数，其用于实现方形基板(2-4-3)的安装，所述固定板(2-4-1)中心位置设有η个螺纹孔(2-4-1-3)，η为大于等于1的正整数，其用于与螺钉(2-4-2)的旋合连接，以实现方形基板(2-4-3)的固定，所述固定板(2-4-1)设有凸台(2-4-1-4)，用于螺纹孔(2-4-1-3)的设置，所述固定板(2_4_1)设有导线圆孔(2_4_1_5)，其用于压电元件(2-4-4)导线的布置，所述螺钉(2-4-2)用于与固定板(2-4-1)中心位置设有的螺纹孔(2-4-1-3)旋合连接，以实现方形基板(2-4-3)的固定，所述方形基板(2-4-3)安装于固定板(2-4-1)设有的方形槽(2-4-1-2)，所述方形基板(2-4-3) —端设有圆形通孔(2-4-3-1)，用于方形基板(2-4-3)的安装固定，所述压电元件(2-4-4)粘接在方形基板(2-4-3)上下两个平面上，所述中间固定式发电组件(2-4)可为ρ个，ρ为大于等于1的正整数，用于与发电腔体(2-2)配合，以实现发电过程。
【专利摘要】本发明公开了一种采用压电悬臂梁结构的发电气缸，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、发电腔体、边缘固定式发电组件或中间固定式发电组件组成，发电组件在压缩空气的冲击以及不稳定的气体压力的作用下产生机械形变，基于压电效应产生电能，并在金属基板回复力作用下复位，基于压电效应再次产生电能。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】H02N2/18
【公开号】CN105281603
【申请号】CN201510843029
【发明人】程廷海, 宋兆阳, 包钢, 王拓, 王英廷, 秦峰, 张邦成
【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