钹型结构双激励气动压电俘能器的制造方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种钹型结构双激励气动压电俘能器，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、只能由单激励源激励等问题。本实用新型包括腔体端盖、腔体、螺纹环、活塞和发电组件，所述发电组件由钹型压电元件在水平和竖直两个方向阵列而成，气动压电俘能器通过气动接头和气管与激励源连通。压电元件在压缩空气的冲击、气体压力以及压力波动的作用下产生机械形变，并在低压时进行复位，基于压电效应产生电能。本实用新型具有结构简单、适用于双激励源、能量利用率高、噪声小以及成本低等技术优势，此外，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。本实用新型在气动技术领域具有广阔的应用前景。
【专利说明】
钹型结构双激励气动压电俘能器
技术领域
[0001]本实用新型涉及一种钹型结构双激励气动压电俘能器，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。而气动执行器作为气动系统实现功能的执行元件，在气动系统中有着不可替代的重要地位，在工业生产中，为了实现特定的功能通常将多个气动执行器组合使用。随着气动技术的发展，气动执行器作为气动系统中重要组成部分，人们对其输出精度及响应速度等参数提出了更高的要求，物联网技术在气动系统中的应用则可以满足人们的需求，因此气动技术与物联网结合成为气动技术智能化发展趋势之一。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，结合气动系统自身特点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CN201898457 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》，申请公告号为CN102594202 A，申请公告日为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；并只能由单个激励源激励。
【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、只能由单个激励源激励等问题，本实用新型公开一种适用于工业气动系统环境、并可提高气动系统能量利用率、适用于双激励源(所述激励源可为气动执行器)，产生的电能可为物联网网络节点供能的钹型结构双激励气动压电俘能器。
[0005]本实用新型所采用的技术方案是:所述气动压电俘能器为对称结构，其结构包括腔体端盖、腔体、螺纹环、活塞和发电组件;所述腔体端盖中心位置设有圆形通孔，其用于实现气动压电俘能器与激励源(所述激励源可为气动执行器)之间的气体流通;所述腔体端盖一端设有外螺纹一，其用于实现气动压电俘能器与激励源的连接;所述腔体端盖另一端设有外螺纹二;所述腔体为对称结构，其两端设有内螺纹一，其用于与腔体端盖设有的外螺纹二旋合连接，以实现腔体端盖与腔体的固定连接;所述腔体两端内侧设有内螺纹二 ;所述腔体中间腔壁设有导线孔，以实现发电组件导线的引出；所述腔体中间设有圆孔，其用于实现活塞和发电组件的安装;所述螺纹环外圆周设有外螺纹三，用于与腔体两端内侧设有内螺纹二旋合连接，以实现对活塞的限位;所述活塞由密封环和活塞板组成;所述密封环其用于实现腔体与活塞板的密封连接;所述活塞板设有环形槽，以实现密封环的安装;所述发电组件由钹型压电元件在水平和竖直两个方向阵列而成，水平方向可阵列m个，竖直可阵列η层，m、n为大于等于I的正整数;每个由钹型压电元件组成的竖直阵列之间以及竖直阵列与腔壁间留有空隙，避免钹型压电元件变形后发生干涉;所述钹型压电元件由金属帽和压电片组成;所述压电片两面分别与金属帽胶粘连接。所述发电组件两端分别与活塞一端平面胶粘连接。
[0006]本实用新型的有益效果是:本实用新型可俘获气流冲击的动能和压缩气体的压力能，而且气动压电俘能器可由两个激励源同时激励，即气动压电俘能器有两个发电腔，可将两个进气口分别与两个激励源连通(两个进气口也可以接在同一激励源)，与两个发电腔相连的激励源分别对发电组件产生激励作用，从而产生电能;两发电腔发电过程相同，其发电过程分为三个阶段:冲击过程发电、保压过程发电和复位发电。冲击过程发电即当激励源气压大于气动压电俘能器内部气压时，气体会进入气动压电俘能器形成气流，通过气流冲击气动压电俘能器中的活塞，活塞压迫发电组件使其产生形变从而产生电能;保压过程发电即当发电腔气压的作用力大于发电组件弹性回复力时，气体作用于活塞压迫发电组件变形，当激励源气压与气动压电俘能器内部气压相等后，由于保压气体具有压力波动特性，压力波动压动活塞从而使发电组件产生往复的形变输出电能;复位发电即气动压电俘能器内压力减小，由于发电组件弹性回复力使压电元件复位，复位过程中压电元件产生负向电压，当负向电压降至为零时即完成一个周期的发电过程。本实用新型具有结构简单、可由双激励源激励、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。本实用新型在气动技术领域具有广阔的应用前景。
【附图说明】
[0007]图1所示为本实用新型提出的气动压电俘能器结构示意图；
[0008]图2所示为本实用新型提出的气动压电俘能器中腔体端盖的剖视图；
[0009]图3所示为本实用新型提出的气动压电俘能器中腔体的剖视图；
[0010]图4所示为本实用新型提出的气动压电俘能器中螺纹环的剖视图；
[0011]图5所示为本实用新型提出的气动压电俘能器中活塞的剖视图；
[0012]图6所示为本实用新型提出的气动压电俘能器中发电组件的示意图；
[0013]图7所示为本实用新型提出的气动压电俘能器中钹型压电元件的剖视图；
[0014]图8所示为一种以气缸为激励源的气动压电俘能器的装配示意图。
【具体实施方式】
[0015]【具体实施方式】一:结合图1?图8说明本实施方式。
[0016]本实施方式提供一种气动系统气动压电俘能器的具体实施方案。本方案中所述激励源为气缸I，气动压电俘能器2与两个气缸I连通;所述气缸I后端盖中心位置设有螺纹孔，其用于与气动接头一 3旋合连接，所述气动接头一 3通过气管5与气动接头二 4连接，所述气动接头二 4与腔体端盖2-1—端所设的外螺纹一 2-1-2旋合连接，以实现气动压电俘能器2与两个气缸I的连通。所述气动压电俘能器2为对称结构，其结构包括腔体端盖2-1、腔体2-2、螺纹环2-3、活塞2-4和发电组件2-5;所述腔体端盖2-1中心位置设有圆形通孔2-1-1，其用于实现气动压电俘能器2与气缸之间的气体流通;所述腔体端盖2-1—端设有外螺纹一 2-1-2，其用于与气动接头二4，以实现气动压电俘能器2与气缸的连通;所述腔体端盖2-1另一端设有外螺纹二 2-1-3;所述腔体2-2为对称结构，其两端设有内螺纹一 2-2-1，其用于与腔体端盖2-1设有的外螺纹二 2-1-3旋合连接，以实现腔体端盖2-1与腔体2-2的固定连接;所述腔体2-2两端内侧设有内螺纹二2-2-2;所述腔体2-2中间腔壁设有导线孔2-2-3，以实现发电组件2-5导线的引出；所述腔体2-2中间设有圆孔2-2-4，其用于实现活塞2-4和发电组件2-5的安装;所述螺纹环2-3外圆周设有外螺纹三2-3-1，用于与腔体2-2两端内侧设有内螺纹二2-2-2旋合连接，以实现对活塞2-4的限位;所述活塞2-4由密封环2-4-1和活塞板2-4-2组成;所述密封环2-4-1其用于实现腔体2-2与活塞板2-4-2的密封连接;所述活塞板2-4-2设有环形槽2-4-2-1，以实现密封环2-4-1的安装;所述发电组件2-5由钹型压电元件2-5-1在水平和竖直两个方向阵列而成，水平方向可阵列m个，竖直可阵列η层，m、n为大于等于I的正整数;每个由钹型压电元件2-5-1组成的竖直阵列之间以及竖直阵列与腔壁间留有空隙，避免钹型压电元件2-5-1变形后发生干涉;所述钹型压电元件2-5-1由金属帽2-5-1-1和压电片2-5-1-2组成;所述压电片2-5-1-2两面分别与金属帽2-5-1-1胶粘连接。所述发电组件2-5两端分别与活塞2-4—端平面胶粘连接。
[0017]本实施方式的具体发电过程:两发电腔发电过程相同，其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I由后端盖气孔流入的气体，一部分通过气管5进入气动压电俘能器2，另一部分留在气缸I，进入气动压电俘能器2中的气流直接冲击活塞2-4使其压迫发电组件2-5产生形变，从而产生电能;保压发电阶段，随着进入气动压电俘能器2气体的增加，气动压电俘能器2内气压升高，压迫活塞从而使发电组件2-5变形输出电能，随着进入气缸I气体量的增加，压缩空气推动活塞使气缸I正常运动，活塞运动时气缸I和气动压电俘能器2内会产生不稳定的气体波动，不断地对活塞2-4施加交变的作用力，活塞2-4使发电组件2-5产生反复的形变，从而输出电能;复位发电阶段，是在气缸I处于后端盖气孔排气时，气体通过腔体端盖2-1的圆形通孔2-1-1排出，压电发电装置2内部气压减小，发电组件2-5进行复位，从而有负电输出，当负向电压减小为零时，本实用新型完成了一个周期的发电过程。重复上述工作过程，可实现本实用新型的连续发电。
【主权项】
1.钹型结构双激励气动压电俘能器，其特征在于:所述气动压电俘能器2为对称结构，其结构包括腔体端盖(2-1)、腔体(2-2)、螺纹环(2-3)、活塞(2-4)和发电组件(2-5);所述腔体端盖(2-1)中心位置设有圆形通孔(2-1-1)，其用于实现气动压电俘能器(2)与激励源之间的气体流通;所述腔体端盖(2-1)—端设有外螺纹一 (2-1-2)，其用于实现气动压电俘能器(2)与激励源的连接;所述腔体端盖(2-1)另一端设有外螺纹二 (2-1-3);所述腔体(2-2)为对称结构，其两端设有内螺纹一(2-2-1)，其用于与腔体端盖(2-1)设有的外螺纹二(2-1-3)旋合连接，以实现腔体端盖(2-1)与腔体(2-2)的固定连接;所述腔体(2-2)两端内侧设有内螺纹二(2-2-2);所述腔体(2-2)中间腔壁设有导线孔(2-2-3)，以实现发电组件(2-5)导线的引出；所述腔体(2-2)中间设有圆孔(2-2-4)，其用于实现活塞(2-4)和发电组件(2-5)的安装;所述螺纹环(2-3)外圆周设有外螺纹三(2-3-1)，用于与腔体(2-2)两端内侧设有内螺纹二(2-2-2)旋合连接，以实现对活塞(2-4)的限位;所述活塞(2-4)由密封环(2-4-1)和活塞板(2-4-2)组成;所述密封环(2-4-1)其用于实现腔体(2-2)与活塞板(2-4-2)的密封连接;所述活塞板(2-4-2)设有环形槽(2-4-2-1)，以实现密封环(2-4-1)的安装;所述发电组件(2-5)由钹型压电元件(2-5-1)在水平和竖直两个方向阵列而成，每个由钹型压电元件(2-5-1)组成的竖直阵列之间以及竖直阵列与腔壁间留有空隙，避免钹型压电元件(2-5-1)变形后发生干涉;所述钹型压电元件(2-5-1)由金属帽(2-5-1-1)和压电片(2-5-1-2)组成；所述压电片(2-5-1-2)两面分别与金属帽(2-5-1-1)胶粘连接;所述发电组件(2-5)两端分别与活塞(2-4)—端平面胶粘连接。2.根据权利要求1所述的钹型结构双激励气动压电俘能器，其特征在于:所述气动压电俘能器(2)两端可与两个激励源连通，亦可与同一激励源连通。3.根据权利要求1所述的钹型结构双激励气动压电俘能器，其特征在于:所述激励源为气缸。4.根据权利要求1所述的钹型结构双激励气动压电俘能器，其特征在于:所述发电组件(2-5)由钹型压电元件(2-5-1)在水平和竖直两个方向阵列而成，水平方向可阵列m个，竖直可阵列η层，m、n为大于等于I的正整数。
【文档编号】H02N2/18GK205490237SQ201620030522
【公开日】2016年8月17日
【申请日】2016年1月14日
【发明人】程廷海, 宋兆阳, 秦峰, 高琪, 田丽雅, 李义康
【申请人】长春工业大学