本发明设计一种用于低功耗电子元件供能的气流冲击式升频压电发电装置，属于低功耗电子设备供能技术领域。
背景技术：
随着微电子技术发展，微电子器件工作需要的能源更少，低功耗电子元件在气动系统领域中得到广泛应用，因此使用气动技术俘获外界能量为低功耗电子元件供能成为可能。目前，对低功耗电子元件进行稳定，可靠的供电是保证其正常工作的前提，气动系统领域的低功耗电子元件自供能方式主要三种类型：电磁式，静电式及压电式。压电能量俘获技术因具有更大的输出功率、结构简单、成本较低、便于系统模块化和集成化，而更加广泛地应用于在气动系统环境中俘获能量。
气体动能是气动系统中大量存在的能量形式，具备安全清洁可再生等优势，传统的压电发电装置普遍利用工业环境中的高压气体直接冲击压电发电装置来俘获电能，存在着俘能效率低，输出功率小，使用寿命短的问题，而利用磁力辅助式升频压电发电结构将俘获的高压气体动能转化为电能的能源收集技术，由于具有能量转换效率高、成本低且使用寿命长等优势，成为微能源转化与供给技术的研究热点。因此，合理利用气动系统环境中的气体能量，结合磁力辅助式升频压电发电结构将气体能量转化为电能为低功耗电子元件供能，可有效解决传统的压电发电装置带来的俘能效率低，输出功率小，使用寿命短等问题，促进了工业制造装备技术的智能化水平，为气动系统中低功耗电子元件提供稳定有效的供能成为可能。
技术实现要素：
为解决当前已有的压电发电装置在高压气体直接冲击时存在的俘能效率低，输出功率小，使用寿命短等技术问题，本发明公开一种用于低功耗电子元件供能的气流冲击式升频压电发电装置，为低功耗电子元件提供一种效率高，功率稳定的供电装置。
本发明所采用的技术方案是：
所述一种用于低功耗电子元件供能的气流冲击式升频压电发电装置由气管连接装置、气流冲击式升频压电组件及紧定螺钉组成，其中气管连接装置与气流冲击式升频压电组件通过紧定螺钉紧固连接。
所述气管连接装置设置有通孔ⅰ，所述通孔ⅰ位于气管下管壁上且沿外轮廓均匀分布，其与气流冲击式升频压电组件的螺纹孔ⅰ配合，通过紧定螺钉安装固定，实现气管连接装置与气流冲击式升频压电组件的紧固连接。
所述气流冲击式升频压电组件包括外壳、固定杆ⅰ、紧定销ⅰ、拨动杆、传动块、固定销、固定杆ⅱ、紧定销ⅱ、双钩弹簧、磁力传动元件、扇形磁铁、压电发电组件、单钩弹簧、端盖和固定螺钉。所述外壳与气管连接装置在紧定螺钉的作用下固定连接；所述固定杆ⅰ通过紧定销ⅰ固定在外壳内部；所述拨动杆与固定杆ⅰ间隙配合，使其可在固定杆ⅰ上自由转动；所述传动块与固定杆ⅱ间隙配合，使其可在固定杆ⅱ上自由转动；所述固定销固定在固定杆ⅱ中部以限制传动块轴向位移；所述固定杆ⅱ通过紧定销ⅱ固定在外壳内部；所述双钩弹簧分别连接传动块的下端及磁力传动元件的上端；所述扇形磁铁通过胶粘固定在磁力传动元件表面上且呈周向分布；所述压电发电组件固定在外壳的内壁；所述单钩弹簧与磁力传动元件的底端连接；所述端盖与外壳在固定螺钉作用下固定连接。
所述外壳包括螺纹孔ⅰ、半圆形卡槽ⅰ、半圆形卡槽ⅱ、固定卡槽和通孔ⅳ，所述螺纹孔ⅰ位于外壳的上部沿外轮廓均匀分布，其用于连接气管连接装置与气流冲击式升频压电组件。所述半圆形卡槽ⅰ位于螺纹孔ⅰ的下方，且关于外壳的中心轴呈对称分布，其中心设置有通孔ⅱ；所述半圆形卡槽ⅱ位于半圆形卡槽ⅰ的下方，且关于外壳的中心轴呈对称分布，其中心设置有通孔ⅲ；所述固定卡槽位于外壳的中部且呈周向分布，所述通孔ⅳ位于外壳底部且呈周向分布，其与端盖设置的螺纹孔ⅱ通过固定螺钉进行连接，用于固定外壳与端盖。所述固定杆ⅰ位于外壳上端，其两端设置有通孔ⅴ用于与通孔ⅱ配合，并通过紧定销ⅰ紧密连接，实现固定杆ⅰ与外壳的固定，所述固定杆ⅰ中部设有卡槽；所述拨动杆的中部设置有夹持环，所述夹持环与卡槽间隙配合，使拨动杆可在卡槽上自由转动且不发生轴向位移，其底部设有质量块用于拨动拨片以传递机械振动；所述传动块位于外壳中部，其上端设置有拨片，所述传动块的中部设置有通孔ⅵ与固定杆ⅱ间隙配合使传动块可绕固定杆ⅱ自由转动，所述传动块的底端设置有盲孔ⅰ用于固定双钩弹簧限制其水平位移，所述传动块的底端中心设置有固定扣ⅰ；所述固定销与固定杆ⅱ的圆销孔固定连接以限制传动块的轴向位移；所述固定杆ⅱ位于外壳内部，其一端设置有固定轴用于限制传动块的轴向位移，所述固定杆ⅱ的中部设置有圆销孔，所述固定杆ⅱ的两端均设置有通孔ⅶ，所述通孔ⅶ与通孔ⅲ配合并通过紧定销ⅱ紧密连接，实现固定杆ⅱ与外壳的固定；所述双钩弹簧的上端中心设置有固定钩ⅰ与传动块的固定扣ⅰ连接，其下端中心设置有固定钩ⅱ与磁力传动元件的固定扣ⅱ连接；所述磁力传动元件的上端中心设置有固定扣ⅱ，所述磁力传动元件的外表面均匀分布着扇形卡槽，与扇形磁铁通过胶粘连接，所述磁力传动元件的下端中心设置有固定扣ⅲ；所述压电发电组件设置有固定块、压电元件和磁块，所述固定块位于压电发电组件后端，其与外壳的固定卡槽间进行胶粘连接，所述压电元件位于压电发电组件前端，其与压电发电组件之间使用环氧树脂胶进行胶粘连接，所述磁块位于压电元件前端，其与压电元件之间胶粘连接；所述单钩弹簧上端的中心设有固定钩ⅲ，所述固定钩ⅲ与固定扣ⅲ连接；所述端盖的上部中心设有盲孔ⅱ，所述盲孔ⅱ可固定单钩弹簧并限制其水平位移，所述端盖的侧面设有螺纹孔ⅱ且沿外轮廓均匀分布，与外壳设置的通孔ⅳ通过固定螺钉固定连接，用于固定端盖与外壳。
本发明的有益效果是：在不影响气动系统正常工作的前提下，利用气动系统中的高压气体冲击，以激励气流冲击式升频发电组件，使压电发电组件受压，利用正压电效应实现电能转化，从而达到利用低频高压气体进行高频能量的收集转化的效果，可显著提高压电发电机功率，提升俘能效率。在低功耗电子设备技术领域具有广泛的应用前景。
附图说明
图1所示为本发明提出的一种用于低功耗电子元件供能气流冲击式升频压电发电装置结构示意图;
图2所示为本发明提出的气管连接装置的结构示意图;
图3所示为本发明提出的气流冲击式升频压电组件结构示意图；
图4所示为本发明提出的外壳结构示意图；
图5所示为本发明提出的固定杆ⅰ结构示意图；
图6所示为本发明提出的拨动杆结构示意图；
图7所示为本发明提出的传动块结构剖示图；
图8所示为本发明提出的固定杆ⅱ结构示意图；
图9所示为本发明提出的双钩弹簧结构示意图；
图10所示为本发明提出的磁力传动元件结构示意图；
图11所示为本发明提出的压电发电组件结构示意图；
图12所示为本发明提出的单钩弹簧结构示意图；
图13所示为本发明提出的端盖结构示意图。
具体实施方式
具体实施方式：结合图1~图13说明本实施方式。本实施方式提供了一种用于低功耗电子元件供能的气流冲击式升频压电发电装置的具体实施方案。所述一种用于低功耗电子元件供能的气流冲击式升频压电发电装置由气管连接装置1、气流冲击式升频压电组件2及紧定螺钉3组成，其中气管连接装置1与气流冲击式升频压电组件2通过紧定螺钉3紧固连接。
所述气管连接装置1设置有通孔ⅰ1-1；所述通孔ⅰ1-1位于气管连接装置1的下管壁上且呈周向分布，其与气流冲击式升频压电组件2的螺纹孔ⅰ2-1-1配合，通过紧定螺钉3安装固定，实现气管连接装置1与气流冲击式升频压电组件2的紧固连接。
所述气流冲击式升频压电组件2包括外壳2-1、固定杆ⅰ2-2、紧定销ⅰ2-3、拨动杆2-4、传动块2-5、固定销2-6、固定杆ⅱ2-7、紧定销ⅱ2-8、双钩弹簧2-9、磁力传动元件2-10、扇形磁铁2-11、压电发电组件2-12、单钩弹簧2-13、端盖2-14和固定螺钉2-15；所述外壳2-1与气管连接装置1在紧定螺钉3的作用下固定连接；所述固定杆ⅰ2-2通过紧定销ⅰ2-3固定在外壳2-1上端；所述拨动杆2-4与固定杆ⅰ2-2间隙配合使其可绕固定杆ⅰ2-2自由转动；所述传动块2-5与固定杆ⅱ2-7间隙配合使其可绕固定杆ⅱ2-7自由转动；所述固定销2-6固定在固定杆ⅱ2-7中部；所述固定杆ⅱ2-7在紧定销ⅱ2-8的作用下固定在外壳2-1中部；所述双钩弹簧2-9分别连接传动块2-5的下端及磁力传动元件2-10的上端；所述扇形磁铁2-11通过胶粘固定在磁力传动元件2-10表面上且呈周向分布；所述压电发电组件2-12固定在外壳2-1的中部；所述单钩弹簧2-13连接磁力传动元件2-10的底端；所述端盖2-14与外壳2-1在固定螺钉2-15作用下固定连接。
所述外壳2-1包括螺纹孔ⅰ2-1-1、半圆形卡槽ⅰ2-1-2、半圆形卡槽ⅱ2-1-3、固定卡槽2-1-4和通孔ⅳ2-1-5，所述螺纹孔ⅰ2-1-1位于外壳2-1的上部呈周向分布，所述半圆形卡槽ⅰ2-1-2位于螺纹孔ⅰ2-1-1的下方且关于外壳2-1的中心轴呈对称分布，其中心设置有通孔ⅱ2-1-2-1，所述半圆形卡槽ⅱ2-1-3位于半圆形卡槽ⅰ2-1-2的下方且关于外壳2-1的中心轴呈对称分布，所述半圆形卡槽ⅱ2-1-3中心设置有通孔ⅲ2-1-3-1，所述固定卡槽2-1-4位于外壳2-1的中部且沿内壁周向分布，所述通孔ⅳ2-1-5位于外壳2-1底部且呈周向分布，其与端盖2-14设置的螺纹孔ⅱ2-14-2通过固定螺钉2-15进行连接，用于固定外壳2-1与端盖2-14；所述固定杆ⅰ2-2位于外壳2-1内部，其两端设置有通孔ⅴ2-2-1，用于与通孔ⅱ2-1-2-1配合并通过紧定销ⅰ2-3安装固定在外壳2-1上，所述固定杆ⅰ2-2中部设有卡槽2-2-2；所述拨动杆2-4的中部设置有夹持环2-4-1，所述夹持环2-4-1与卡槽2-2-2间隙配合使拨动杆2-4可在卡槽2-2-2上自由转动且不发生轴向位移，所述固定杆ⅰ2-2的底部设有质量块2-4-2用于拨动拨片2-5-1以传递机械振动；所述传动块2-5位于外壳2-1中部，其上端设置有拨片2-5-1，所述传动块2-5的中部设置有通孔ⅵ2-5-2与固定杆ⅱ2-7间隙配合，使传动块2-5可绕固定杆ⅱ2-7自由转动，所述传动块2-5的底端设置有盲孔ⅰ2-5-3，可用于固定双钩弹簧2-7并限制其水平位移，所述传动块2-5的底端中心设置有固定扣ⅰ2-5-4；所述固定销2-6与固定杆ⅱ2-7的圆销孔2-7-2固定连接；所述固定杆ⅱ2-7位于外壳2-1中部，其一端设置有固定轴2-7-1可用于与固定销2-6共同限制传动块2-5的轴向位移，所述固定杆ⅱ2-7的中部设置有圆销孔2-7-2，所述固定杆ⅱ2-7的两端均设置有通孔ⅶ2-7-3，所述通孔ⅶ2-7-3与通孔ⅲ2-1-3-1配合，并通过紧定销ⅱ2-8安装固定在外壳2-1上；所述双钩弹簧2-9的上端中心设置有固定钩ⅰ2-9-1与传动块2-5的固定扣ⅰ2-5-4连接，所述双钩弹簧2-9的下端中心设置有固定钩ⅱ2-9-2与磁力传动元件2-10的固定扣ⅱ2-10-1连接；所述磁力传动元件2-10的上端中心设置有固定扣ⅱ2-10-1，所述磁力传动元件2-10的外表面均匀分布着扇形卡槽2-10-2；所述磁力传动元件2-10的下端中心设置有固定扣ⅲ2-10-3；所述扇形磁铁2-11通过胶粘连接固定在扇形卡槽2-10-2上；所述压电发电组件2-12设置有固定块2-12-1、压电元件2-12-2和磁块2-12-3，所述固定块2-12-1位于压电发电组件2-12后端，其与外壳2-1的固定卡槽2-1-4进行胶粘连接，所述压电元件2-12-2位于压电发电组件2-12前端，其与压电发电组件2-12之间使用环氧树脂胶进行胶粘连接，所述磁块2-12-3位于压电元件2-12-2前端，其与压电元件2-12-2进行胶粘连接。所述单钩弹簧2-13上端的中心设有固定钩ⅲ2-13-1，所述固定钩ⅲ2-13-1与固定扣ⅲ2-10-3连接；所述端盖2-14的上部中心设有盲孔ⅱ2-14-1，用于固定单钩弹簧2-13并限制其水平位移，所述端盖2-14的侧面设有螺纹孔ⅱ2-14-2且沿外轮廓均匀分布，与外壳2-1设置的通孔ⅳ2-1-5通过固定螺钉2-15固定连接，用于固定端盖2-14与外壳2-1。
所述的气流冲击式升频压电组件2中的外壳2-1的固定卡槽2-1-4设有q列，每列沿内壁周向布置p个，q和p均为大于等于1的整数，本具体实施方式中q的取值为2，p的取值为4。所述传动块2-5设有拨片2-5-1，所述拨片2-5-1具有长度值h，所述拨片2-5-1具有宽度值b，b与h的比值为k=b/h，k的取值满足的范围为0.7~0.8，本具体实施方式中k的取值为0.8。所述磁力传动元件2-10的长度值为a1，a1的取值范围为39~45mm，本具体实施方式中a1的取值为42mm。所述的磁力传动元件2-10的扇形卡槽2-10-2沿外轮廓周向分布为n排,n为大于等于1的整数。所述压电发电组件2-12上的压电元件2-12-2长度为a2，a2的取值范围为12~16mm，本具体实施方式中a2的取值为12mm，所述压电发电组件2-12上的压电元件2-12-2宽度为a3，a3的取值范围为8~12mm，本具体实施方式中a3的取值为8mm。
工作原理：利用压电元件2-12-2的正压电效应可将气体的压力能转化为电能，本发明所设计的气流冲击式升频压电组件2可将气动系统中低频的高压气体冲击转化为高频率的机械振动，当高压气体吹动传动杆2-4时，传动杆末端的质量块2-4-2拨动传动块2-5促使其振动，传动块2-5带动双钩弹簧2-9将机械振动频率放大传递到磁力传动元件2-10上，使其产生高频率的振动并与周围的压电发电组件2-12相互激励，使压电发电组件2-12受压，压电发电组件2-12上的压电元件2-12-2受压产生形变并通过正压电效应进而产生电能，以此达到在低频环境下的高频振动输出。气流冲击式升频压电组件2的优势在于其采用弹性放大结构，利用磁力将低频气流冲击转化为高频的机械振动并进行高效率持续性的发电，俘获电能的功率更大，效率更高。
综合以上所述内容，本发明设计的一种用于低功耗电子元件供能的气流冲击式升频压电发电装置，可将低频的气流冲击转化为高频的机械振动，并对高频机械振动的压电发电组件进行压电能量收集，可显著增大压电发电装置的输出功率，显著提高俘能效率。可持续有效地为低功耗电子设备供能，对提高工业制造装备技术的智能化水平具有促进作用。