拨动轴2-3-1和复位弹簧2-3-2组成；所述拨动轴2_3_1前端设有环形凹槽2-3-1-1，用于密封环2-3-1-2的安装，以实现拨动轴组件2-3与前腔体组件2-2的密封连接；所述拨动轴2-3-1后端外圆周设有凸起2-3-1-3，用于拨动后腔体组件2-4中发电组件2-4-2上金属基板2-4-2-2 ;所述拨动轴2_3_1中部设有圆柱面2-3_1_4，用于与前腔体2-2-1设有的通孔二 2-2-1-4配合安装；所述复位弹簧2-3-2 —端安装与前腔体2-2-1后端部设有的环形槽2-2-1-3，另一端与拨动轴2-3-1接触。
[0014]所述后腔体组件2-4由后腔体2-4-1和发电组件2_4_2组成；所述后腔体2_4_1前端设有圆形通孔2-4-1-1，用于实现前腔体组件2-2与后腔体组件2-4之间的固定；所述后腔体2-4-1设有内腔2-4-1-2，用于实现发电组件2-4-2和拨动轴2_3_1的安装；所述后腔体2-4-1后端设有导线孔2-4-1-3，用于压电片2-4-2-3导线的引出；所述后腔体2_4_1四周均匀设有η个方形槽2-4-1-4，η为大于等于1的正整数，用于发电组件2_4_2的安装固定；所述发电组件2-4-2由固定板2-4-2-1、金属基板2-4-2-2、压电片2_4_2_3组成；所述固定板2-4-2-1安装于后腔体2-4-1设有的方形槽2-4-1-4中，并胶粘固定；所述固定板2-4-2-1在后腔体2-4-1内部的一端与m个金属基板2_4_2_2胶粘连接，m为大于等于1的正整数；所述金属基板2-4-2-2—端与固定板2-4-2-1胶粘连接；所述压电片2_4_2_3分别与金属基板2-4-2-2上下两个平面贴合并胶粘连接。
[0015]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拨动轴2-3-1上表面，拨动轴2-3-1挤压金属基板2-4-2-2，使其带动压电片2_4_2_3产生弯曲形变，从而激发压电片2-4-2-3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拨动轴2-3-1施加交变的作用力，使其挤压金属基板2-4-2-2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2-4-2-3的发电量。本发明提出的外置活塞拨动式压电发电气缸的发电过程可分为三个阶段:冲击过程发电、增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1由后端盖气孔流入的气体，一部分通过腔体结构2-1 —侧端部的通孔2-1-1进入压电发电装置2，进入发电装置2中的气流直接冲击拨动轴2-3-1，使其挤压金属基板2-4-2-2，金属基板2-4-2-2带动压电片2-4-2-3产生形变，从而产生电能；增压发电阶段，随着进入气缸气体量的增加，活塞运动时气缸1和压电发电装置2内气压会不断波动并持续上升直至稳态，在此过程中压缩空气对拨动轴2-3-1不断施加作用力，使拨动轴2-3-1向后移动，拨动轴2-3-1不断拨动金属基板2-4-2-2，从而带动以及压电片2-4-2-3产生形变，由于压电片2-4-2-3的正压电效应产生电能输出；复位发电，是在拨动轴2-3-1拨动金属基板2-4-2-2后，金属基板2-4_2_2由于自身回复力带动压电片2-4_2_3进行复位，此过程中压电片2-4-2-3可输出电能。当气缸1处于后端盖气孔排气时，气体通过腔体结构2-1 —侧端部的通孔2-1-1排出，压电发电装置2内部气压减小，拨动轴2-3-1在复位弹簧2-3-2作用下进行复位，会再次拨动金属基板2-4-2-2，金属基板2-4-2-2会再次产生变形并复位，在两个过程中仍有电能输出，重复上述工作过程，可实现本发明的连续发电。
【主权项】
1.外置活塞拨动式压电发电气缸，其特征在于:所述外置活塞拨动式压电发电气缸由气缸(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通孔(1-1);所述压电发电装置(2 )包括腔体端盖(2-1)、前腔体组件(2-2 )、拨动轴组件(2-3 )和后腔体组件(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通孔(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)中心位置设有通孔一(2-1-1)，其用于实现气缸(1)与压电发电装置(2)之间的气体的流通，所述腔体端盖(2-1)另一侧端部设有外螺纹二(2-1-3)，其用于与前腔体组件(2-2)中前腔体(2-2-1)上内螺纹一(2_2_1_1)旋合连接，以实现腔体端盖(2-1)与前腔体组件(2-2)紧固连接，所述前腔体组件(2-2)由前腔体(2-2-1)和螺钉(2-2-2)组成，所述前腔体(2-2-1)开口端设有内螺纹一(2_2_1_1)，其用于与腔体端盖(2-1)的外螺纹二(2-1-3)旋合连接，所述前腔体(2-2-1)内部中心位置设有内部容腔(2-2-1-2)，用于拨动轴组件(2-3)的安装布置，所述前腔体(2-2-1)后端部设有环形槽(2-2-1-3)，用于拨动轴组件(2-3)中复位弹簧(2-3-2)的安装，所述前腔体(2_2_1)后端部中心位置设有通孔二(2-2-1-4)，用于拨动轴组件(2-3)中拨动轴(2-3-1)的安装，所述前腔体(2-2-1)后端部圆周上设有螺纹孔(2-2-1-5)，用于与螺钉(2-2-2)旋合连接，以实现前腔体组件(2-2)与后腔体组件(2-4)的固定连接，所述拨动轴组件(2-3)由拨动轴(2-3-1)和复位弹簧(2-3-2)组成，所述拨动轴(2-3-1)前端设有环形凹槽(2-3-1-1)，用于密封环(2-3-1-2)的安装，以实现拨动轴组件(2-3)与前腔体组件(2-2)的密封连接，所述拨动轴(2-3-1)后端外圆周设有凸起(2-3-1-3)，用于拨动后腔体组件(2-4)中发电组件(2-4-2)上的金属基板(2-4-2-2)，所述拨动轴(2_3_1)中部设有圆柱面(2_3_1_4)，用于与前腔体(2-2-1)设有的通孔二(2-2-1-4)配合安装，所述复位弹簧(2-3-2) —端安装与前腔体(2-2-1)后端部设有的环形槽(2-2-1-3)，另一端与拨动轴(2-3-1)接触，所述后腔体组件(2-4)由后腔体(2-4-1)和发电组件(2-4-2)组成，所述后腔体(2_4_1)前端设有圆形通孔(2-4-1-1)，用于实现前腔体组件(2-2)与后腔体组件(2-4)之间的固定，所述后腔体(2-4-1)设有内腔(2-4-1-2)，用于实现发电组件(2-4-2)和拨动轴(2_3_1)的安装，所述后腔体(2-4-1)后端设有导线孔(2-4-1-3)，用于压电片(2-4-2-3)导线的引出，所述后腔体(2-4-1)四周均匀设有η个方形槽(2-4-1-4)，η为大于等于1的正整数，用于发电组件(2-4-2)的安装固定，所述发电组件(2-4-2)由固定板(2-4-2-1)、金属基板(2-4-2-2 )、压电片(2-4-2-3 )组成，所述固定板(2_4_2_1)安装于后腔体(2-4-1)设有的方形槽(2-4-1-4 )中并胶粘固定，所述固定板(2-4-2-1)在后腔体(2-4-1)内部的一端与m个金属基板(2-4-2-2)胶粘连接，m为大于等于1的正整数，所述金属基板(2_4_2_2) —端与固定板(2-4-2-1)胶粘连接，所述压电片(2-4-2-3 )分别与金属基板(2-4-2-2 )上下两个平面贴合并胶粘连接。
【专利摘要】本发明公开了一种外置活塞拨动式压电发电气缸，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。所述压电发电装置包括腔体端盖、前腔体组件、拨动轴组件和后腔体组件；拨动轴在压缩空气的冲击、气体压力、压力波动以及复位弹簧的作用下使金属基板以及压电片产生形变，由于金属基板自身回复力带动压电片进行复位，基于压电效应产生电能。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，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】CN105281602
【申请号】CN201510843027
【发明人】程廷海, 付贤鹏, 包钢, 秦峰, 宋兆阳, 李勇衡, 李慧
【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