联动式电磁‑压电混合发电机的制作方法

本实用新型涉及一种联动式电磁-压电混合发电机，属于气动技术领域。

背景技术：

随着人们对生产技术的智能化水平要求不断提高，其与物联网技术的融合程度也越来越高，大量的物联网节点等低功耗器件在机械制造装备领域得到广泛应用。目前，对物联网节点等低功耗器件进行稳定、可靠的持续供电，是保证物联网节点等低功耗器件正常工作的前提。当前机械制造领域的物联网节点等低功耗器件供能方式主要有电路直接供电和化学电池供电两种方式。其中，电路直接供电方式导致系统布线复杂等问题，而化学电池供电方式则存在电池使用寿命有限、需定期更换以及环境污染等不足。因此，需研究一种用于物联网节点等低功耗器件供能的新型能源供给技术以解决传统供能技术所带来的诸多弊端。

利用压电材料的压电效应和导体的电磁感应现象俘获环境微能源转化为电能的环境能源收集技术，由于具有能量转换效率高、清洁无污染以及使用寿命长等优势，成为微能源转化与供给技术的研究热点。气体动能是工业生产中大量存在的能量形式，其同样具备安全清洁可再生等优势。因此，合理利用工业生产环境中的气体能量，结合压电效应和电磁感应现象将气体能量转化为电能为物联网节点等低功耗器件供能，可有效解决传统电源供电带来的布线复杂及化学电池供电带来的需定期更换、污染环境等问题，对提高工业制造装备技术的智能化水平具有促进作用。

技术实现要素：

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，本实用新型公开一种联动式电磁-压电混合发电机。

本实用新型所采用的技术方案是： 所述混合发电装置包括腔体端盖、腔体、后端盖组件、活塞、发电组件。

所述腔体端盖一侧端部设置有外螺纹一，其用于气缸旋合连接，实现气缸与混合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一，其用于实现气缸与混合发电装置之间气体的流通；所述腔体端盖另一侧端部设置有外螺纹二，其用于与腔体一侧端部所设内螺纹一旋合连接，以实现腔体端盖与腔体的紧固连接。

所述腔体由容纳腔体和线圈组成。

所述容纳腔体一侧设有内螺纹一，其用于与腔体端盖一侧端部外螺纹二旋合连接，以实现容纳腔体与腔体端盖的紧固连接；所述容纳腔体另一侧设有内螺纹二，其用于与后端盖组件端部外圆周上的外螺纹三或外螺纹四旋合连接，以实现容纳腔体与后端盖组件的紧固连接；所述容纳腔体的内部容腔侧壁设有通孔二，以实现发电组件导线的引出；所述容纳腔体内部设有内部容腔，以实现活塞与发电组件的安装布置；所述容纳腔体外侧端部设有环形凹槽，其用于线圈的安装布置；所述线圈与容纳腔体外侧端部所设的环形凹槽胶粘连接，实现线圈的固定安装。

所述后端盖组件为一种单孔后端盖组件，其包括单孔后端盖和紧定螺钉；所述单孔后端盖一侧端部外圆周是上设有外螺纹三，其用于与腔体一侧端部所设的内螺纹二旋合连接，以实现腔体与单孔后端盖的紧固连接；所述单孔后端盖另一端部设有凸台一，以实现腔体与单孔后端盖的紧固连接；所述单孔后端盖中心位置设有通孔三，其用于实现紧定螺钉的安装布置；所述紧定螺钉，其用于与中心柱一侧端部的内螺纹四旋合连接，以实现中心柱与单孔后端盖的紧固连接。

所述活塞为一种多孔活塞，其由多孔活塞板、固定螺钉和永磁体组成。

所述多孔活塞板设有多孔活塞环形凹槽，其用于多孔活塞密封环的安装布置，以实现活塞与内部容腔的密封连接；所述多孔活塞板一侧端部均匀设有内螺纹三，其用于多孔活塞板与压板通过固定螺钉而实现紧固连接；所述p个永磁体均布于多孔活塞板上，P为大于等于1的正整数，所述永磁体与多孔活塞板胶粘连接。

所述发电组件由压板、金属基板、压电片和中心柱组成。

所述压板为L形，其前端设有圆形通孔，其用于实现压板与多孔活塞板或单孔活塞板的安装固定；所述压板长板端设有m个方形通孔，m为大于等于1的正整数，其用于实现金属基板的安装布置；所述金属基板一端与中心柱上所设方形沉孔配合，并用胶粘接固定，另一端与压板上所设方形通孔配合；所述金属基板前后两面分别与压电片贴合，并用胶粘接固定，所述压电片为方形压电片，其与金属基板前后两面分别贴合，并粘接固定，其连接导线由腔体上所设通孔二引出 ；所述中心柱一侧端部中心设有内螺纹四，其用于与紧定螺钉旋合连接，以实现中心柱与单孔后端盖或单孔活塞板的紧固连接；所述中心柱截面为正n边形，n为大于等于3的正整数，所述中心柱每一侧面均匀设有m个方形沉孔，m为大于等于1的正整数，其用于金属基板一端配合，并用胶粘接固定。

所述后端盖组件为一种多孔后端盖组件，其包括多孔后端盖和固定螺钉；所述多孔后端盖一侧端部外圆周是上设有外螺纹四结构，其用于与腔体一侧端部所设的内螺纹二旋合连接，以实现腔体与多孔后端盖的紧固连接；所述多孔后端盖另一端部设有凸台二，以实现腔体与多孔后端盖的紧固连接；所述多孔后端盖一侧端面均匀设有内螺纹五，其用于多孔后端盖与压板通过固定螺钉而实现紧固连接。

所述活塞为一种单孔活塞，其由单孔活塞板、紧定螺钉和永磁体组成；所述单孔活塞板设有单孔活塞环形凹槽，其用于单孔活塞密封环的安装布置，以实现活塞与内部容腔的密封连接；所述单孔活塞板中心位置设有通孔四，其用于实现紧定螺钉的安装布置；所述紧定螺钉，其用于与中心柱一侧端部的内螺纹四旋合连接，以实现中心柱与单孔活塞板的紧固连接；所述p个永磁体均布于单孔活塞板上，P为大于等于1的正整数，所述永磁体与单孔活塞板胶粘连接。

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，发电过程分为四个阶段：冲击过程发电、保压过程发电、复位发电以及电磁发电。冲击过程发电即通过气流冲击混合发电装置中的活塞使其挤压金属基板，金属基板带动压电片产生形变从而产生电能；保压过程发电即当压缩气体使气缸正常运动时，运动过程中产生的压力波动使活塞挤压金属基板产生形变，从而带动压电片形变 ，当气缸内气压达到稳态时，气体压力使压电片形变达到最大从而产生最大电量；复位发电即在排气阶段腔内压力迅速减小使发电组件复位，复位过程中压电片产生负向电压；电磁发电过程是在上述过程中高压气体作用于活塞，使活塞带动永磁体做往复直线运动，使缠绕在容纳腔体外侧端部环形凹槽上的线圈切割磁感线，实现电能输出。此过程有效的增加了波形带宽从而增大了发电组件的发电量。本实用新型具有结构简单、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

图1 所示为本实用新型提出的联动式电磁-压电混合发电机结构示意图；

图2 所示为本实用新型提出的联动式电磁-压电混合发电机中气缸的结构示意图；

图3 所示为本实用新型提出的联动式电磁-压电混合发电机中混合发电装置的剖视图；

图4 所示为本实用新型提出的联动式电磁-压电混合发电机中腔体端盖的剖视图；

图5 所示为本实用新型提出的联动式电磁-压电混合发电机中腔体的剖视图；

图6 所示为本实用新型提出的联动式电磁-压电混合发电机中单孔后端盖组件的剖视图；

图7 所示为本实用新型提出的联动式电磁-压电混合发电机中多孔活塞的剖视图；

图8 所示为本实用新型提出的联动式电磁-压电混合发电机中发电组件的剖视图；

图9 所示为本实用新型提出的联动式电磁-压电混合发电机中发电组件的侧视图；

图10 所示为本实用新型提出的联动式电磁-压电混合发电机中多孔后端盖组件的剖视图；

图11 所示为本实用新型提出的联动式电磁-压电混合发电机中单孔活塞的剖视图。

具体实施方式

具体实施方式一：结合图1~图9说明本实施方式。

本实施方式提供一种联动式电磁-压电混合发电机的具体实施方案。本方案中所述联动式电磁-压电混合发电机由激励源和混合发电装置2组成，所述激励源可为气缸1，本具体实施方式中所述激励源以气缸1为例进行说明。

所述气缸1后端盖中心位置设有螺纹通孔1-1，其用于与混合发电装置2中腔体端盖2-1一侧端部的外螺纹一2-1-1旋合连接，实现气缸1与混合发电装置2的紧固连接。

所述混合发电装置2包括腔体端盖2-1、腔体2-2、后端盖组件2-3、活塞2-4、发电组件2-5。

所述腔体端盖2-1一侧端部设置有外螺纹一2-1-1，其用于与气缸1后端盖中心位置的螺纹通孔1-1旋合连接，实现气缸1与混合发电装置2的紧固连接；所述腔体端盖2-1的外螺纹一2-1-1中心位置设有通孔一2-1-2，其用于实现气缸1与混合发电装置2之间气体的流通；所述腔体端盖2-1另一侧端部设置有外螺纹二2-1-3，其用于与腔体2-2一侧端部所设内螺纹一2-2-1-1旋合连接，以实现腔体端盖2-1与腔体2-2的紧固连接。

所述腔体2-2由容纳腔体2-2-1和线圈2-2-2组成。

所述容纳腔体2-2-1一侧设有内螺纹一2-2-1-1，其用于与腔体端盖2-1一侧端部外螺纹二2-1-3旋合连接，以实现容纳腔体2-2-1与腔体端盖2-1的紧固连接；所述容纳腔体2-2-1另一侧设有内螺纹二2-2-1-2，其用于与后端盖组件2-3端部外圆周上的外螺纹三2-3-1-1或外螺纹四2-3-3-1旋合连接，以实现容纳腔体2-2-1与后端盖组件2-3的紧固连接；所述容纳腔体2-2-1的内部容腔2-2-1-4侧壁设有通孔二2-2-1-3，以实现发电组件2-5导线的引出；所述容纳腔体2-2-1内部设有内部容腔2-2-1-4，以实现活塞2-4与发电组件2-5的安装布置；所述容纳腔体2-2-1外侧端部设有环形凹槽2-2-1-5，其用于线圈2-2-2的安装布置；所述线圈2-2-2与容纳腔体2-2-1外侧端部所设的环形凹槽2-2-1-5胶粘连接，实现线圈2-2-2的固定安装。

所述后端盖组件2-3为一种单孔后端盖组件，其包括单孔后端盖2-3-1和紧定螺钉2-3-2。

所述单孔后端盖2-3-1一侧端部外圆周是上设有外螺纹三2-3-1-1，其用于与腔体2-2一侧端部所设的内螺纹二2-2-1-2旋合连接，以实现腔体2-2与单孔后端盖2-3-1的紧固连接；所述单孔后端盖2-3-1另一端部设有凸台一2-3-1-2，以实现腔体2-2与单孔后端盖2-3-1的紧固连接；所述单孔后端盖2-3-1中心位置设有通孔三2-3-1-3，其用于实现紧定螺钉2-3-2的安装布置；所述紧定螺钉2-3-2，其用于与中心柱2-5-4一侧端部的内螺纹四2-5-4-1旋合连接，以实现中心柱2-5-4与单孔后端盖2-3-1的紧固连接。

所述活塞2-4为一种多孔活塞，其由多孔活塞板2-4-1、固定螺钉2-4-2和永磁体2-4-3组成。

所述多孔活塞板2-4-1设有多孔活塞环形凹槽2-4-1-2，其用于多孔活塞密封环2-4-1-1的安装布置，以实现活塞2-4与内部容腔2-2-1-4的密封连接；所述多孔活塞板2-4-1一侧端部均匀设有内螺纹三2-4-1-3，其用于多孔活塞板2-4-1与压板2-5-1通过固定螺钉2-4-2而实现紧固连接；所述p个永磁体2-4-3均布于多孔活塞板2-4-1上，P为大于等于1的正整数，所述永磁体2-4-3与多孔活塞板2-4-1胶粘连接。

所述发电组件2-5由压板2-5-1、金属基板2-5-2、压电片2-5-3和中心柱2-5-4组成。

所述压板2-5-1为L形，其前端设有圆形通孔2-5-1-1，其用于实现压板2-5-1与多孔活塞板2-4-1或单孔活塞板2-4-4的安装固定；所述压板2-5-1长板端设有m个方形通孔2-5-1-2，m为大于等于1的正整数，其用于实现金属基板2-5-2的安装布置；所述金属基板2-5-2一端与中心柱2-5-4上所设方形沉孔2-5-4-2配合，并用胶粘接固定，另一端与压板2-5-1上所设方形通孔2-5-1-2配合；所述金属基板2-5-2前后两面分别与压电片2-5-3贴合，并用胶粘接固定；所述压电片2-5-3为方形压电片，其与金属基板2-5-2前后两面分别贴合，并粘接固定，其连接导线由腔体2-2上所设通孔二2-2-1-3引出 ；所述中心柱2-5-4一侧端部中心设有内螺纹四2-5-4-1，其用于与紧定螺钉2-3-2旋合连接，以实现中心柱2-5-4与单孔后端盖2-3-1或单孔活塞板2-4-4的紧固连接；所述中心柱2-5-4截面为正n边形，n为大于等于3的正整数；所述中心柱2-5-4每一侧面均匀设有m个方形沉孔2-5-4-2，m为大于等于1的正整数，其用于金属基板2-5-2一端配合，并用胶粘接固定。

本实施方式的具体发电原理：利用气动压缩空气产生的轴向载荷作用于活塞2-4上表面，从而使金属基板2-5-2产生弯曲形变，从而激发压电片2-5-3产生电能。压缩空气使气缸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活塞2-4施加交变的作用力，使其挤压金属基板2-5-2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压电片2-5-3的发电量。联动式电磁-压电混合发电机的发电过程可分为四个阶段：冲击过程发电、保压过程发电、复位过程发电和电磁发电过程。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2-1一侧端部的通孔2-1-2进入混合发电装置2，进入发电装置2中的气流直接冲击活塞2-4使其挤压金属基板2-5-2，金属基板2-5-2带动压电片2-5-3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，压缩空气使气缸1正常运动，气缸1中活塞运动时气缸1和混合发电装置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，使其通过金属基板2-5-2带动压电片2-5-3产生反复的形变，当气缸1内气压达到稳态时，压电片2-5-3产生形变达到最大，压电片2-5-3产生最大的正向电压；复位发电是在气缸1处于后端盖气孔排气时，气体通过腔体端盖2-1一侧端部的通孔2-1-2排出，混合发电装置2内部气压减小，发电组件2-5进行复位，从而有负电输出；电磁发电过程是在上述过程中高压气体作用于活塞2-4，使活塞带动永磁体2-4-3做往复直线运动，使缠绕在容纳腔体2-2-1外侧端部环形凹槽2-2-1-5上的线圈2-2-2切割磁感线，实现电能输出，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。

具体实施方式二：结合图10和图11说明本实施方式。

本实施方式提供另一种联动式电磁-压电混合发电机的具体实施方案。其结构组成和连接方式与具体实施方式一相同，不同之处在于活塞2-4和后端盖组件2-3的结构组成；所述后端盖组件2-3为一种多孔后端盖组件，其包括多孔后端盖2-3-3和固定螺钉2-4-2；所述多孔后端盖2-3-3一侧端部外圆周是上设有外螺纹四2-3-3-1结构，其用于与腔体2-2一侧端部所设的内螺纹二2-2-1-2旋合连接，以实现腔体2-2与多孔后端盖2-3-3的紧固连接；所述多孔后端盖2-3-3另一端部设有凸台二2-3-3-2，以实现腔体2-2与多孔后端盖2-3-3的紧固连接；所述多孔后端盖2-3-3一侧端面均匀设有内螺纹五2-3-3-3，其用于多孔后端盖2-3-3与压板2-5-1通过固定螺钉2-4-2而实现紧固连接。

所述活塞2-4为一种单孔活塞，其由单孔活塞板2-4-4、紧定螺钉2-3-2和永磁体2-4-3组成；所述单孔活塞板2-4-4设有单孔活塞环形凹槽2-4-4-2，其用于单孔活塞密封环2-4-4-1的安装布置，以实现活塞2-4与内部容腔2-2-1-4的密封连接；所述单孔活塞板2-4-4中心位置设有通孔四2-4-4-3，其用于实现紧定螺钉2-3-2的安装布置；所述紧定螺钉2-3-2，其用于与中心柱2-5-4一侧端部的内螺纹四2-5-4-1旋合连接，以实现中心柱2-5-4与单孔活塞板2-4-4的紧固连接；所述p个永磁体2-4-3均布于单孔活塞板2-4-4上，P为大于等于1的正整数，所述永磁体2-4-3与单孔活塞板2-4-4胶粘连接。

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。