鈸型結(jié)構(gòu)雙激勵氣動壓電俘能器的制造方法
【專利摘要】本實(shí)用新型公開了一種鈸型結(jié)構(gòu)雙激勵氣動壓電俘能器，以解決當(dāng)前氣動壓電發(fā)電裝置結(jié)構(gòu)復(fù)雜、能量利用率低、噪聲大、只能由單激勵源激勵等問題。本實(shí)用新型包括腔體端蓋、腔體、螺紋環(huán)、活塞和發(fā)電組件，所述發(fā)電組件由鈸型壓電元件在水平和豎直兩個方向陣列而成，氣動壓電俘能器通過氣動接頭和氣管與激勵源連通。壓電元件在壓縮空氣的沖擊、氣體壓力以及壓力波動的作用下產(chǎn)生機(jī)械形變，并在低壓時進(jìn)行復(fù)位，基于壓電效應(yīng)產(chǎn)生電能。本實(shí)用新型具有結(jié)構(gòu)簡單、適用于雙激勵源、能量利用率高、噪聲小以及成本低等技術(shù)優(yōu)勢，此外，通過整流儲能電路可將產(chǎn)生的電能進(jìn)行收集整理，為物聯(lián)網(wǎng)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行供能。本實(shí)用新型在氣動技術(shù)領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。
【專利說明】
鈸型結(jié)構(gòu)雙激勵氣動壓電俘能器
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本實(shí)用新型涉及一種鈸型結(jié)構(gòu)雙激勵氣動壓電俘能器，屬于氣動技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]氣動技術(shù)是以空氣壓縮機(jī)為動力源，以壓縮空氣為工作介質(zhì)，進(jìn)行能量和信號傳遞的工程技術(shù)，是實(shí)現(xiàn)自動化生產(chǎn)與工業(yè)控制的重要手段之一，以其成本低、污染小、易調(diào)控等優(yōu)點(diǎn)在加工、制造、汽車生產(chǎn)等領(lǐng)域中應(yīng)用廣泛。而氣動執(zhí)行器作為氣動系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)功能的執(zhí)行元件，在氣動系統(tǒng)中有著不可替代的重要地位，在工業(yè)生產(chǎn)中，為了實(shí)現(xiàn)特定的功能通常將多個氣動執(zhí)行器組合使用。隨著氣動技術(shù)的發(fā)展，氣動執(zhí)行器作為氣動系統(tǒng)中重要組成部分，人們對其輸出精度及響應(yīng)速度等參數(shù)提出了更高的要求，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在氣動系統(tǒng)中的應(yīng)用則可以滿足人們的需求，因此氣動技術(shù)與物聯(lián)網(wǎng)結(jié)合成為氣動技術(shù)智能化發(fā)展趨勢之一。目前，氣動系統(tǒng)中物聯(lián)網(wǎng)節(jié)點(diǎn)通常由傳感器和無線通信模塊組成，其供電方式一般采用外接電路和電池供電，外接電路供電會使氣動系統(tǒng)供電線路復(fù)雜，增加系統(tǒng)維護(hù)的成本和困難程度;而電池供電則存在電池體積大、使用壽命短，需頻繁更換等問題，難以滿足傳感器和無線通信模塊持續(xù)工作的要求;同時，電池含有重金屬，廢舊電池處理不當(dāng)會造嚴(yán)重的環(huán)境污染。
[0003]由于氣動系統(tǒng)本身能量大，結(jié)合氣動系統(tǒng)自身特點(diǎn)俘獲氣動系統(tǒng)能量為物聯(lián)網(wǎng)節(jié)點(diǎn)供能具有良好的發(fā)展前景?，F(xiàn)有中國實(shí)用新型專利《氣動發(fā)電裝置》，授權(quán)公告號為CN201898457 U，授權(quán)公告日為2011.07.13，公開一種氣動發(fā)電裝置，包括充氣裝置、密封容器、控制裝置及壓電晶體，充氣裝置與密封容器連通并向密封容器充氣，控制裝置與密封容器連接，控制裝置靠近壓電晶體安裝，控制裝置將密封容器中的壓縮空氣形成氣流，并將氣流的作用力傳遞到壓電晶體，使壓電晶體將機(jī)械能轉(zhuǎn)換成電能，供與壓電晶體電連接的用電器使用。中國發(fā)明專利《一種基于射流微振蕩器激勵的壓電發(fā)電裝置》，申請公告號為CN102594202 A，申請公告日為2012.07.18，公開一種基于射流微振蕩器激勵的壓電發(fā)電裝置，該裝置包括殼體、雙穩(wěn)射流元件、第一振蕩腔、第二振蕩腔和輸出電路;第一振蕩腔和第二振蕩腔對稱布置在雙穩(wěn)射流元件的左右兩側(cè);在第一振蕩腔和第二振蕩腔上分別設(shè)有膜片，在膜片上設(shè)有壓電片，雙穩(wěn)射流元件進(jìn)氣口與氣動設(shè)備的排氣口連通。由于雙穩(wěn)射流元件的附壁效應(yīng)，氣體反復(fù)循環(huán)在兩側(cè)振蕩腔中形成振蕩氣體，振蕩腔中振蕩氣流帶動腔室上的膜片振動，膜片的振動驅(qū)動其上的壓電片振動變形產(chǎn)生電荷。上述已有技術(shù)存在發(fā)電裝置結(jié)構(gòu)復(fù)雜、占用空間大以及難以實(shí)現(xiàn)集成化與微型化等問題；同時上述技術(shù)方案中所公開的發(fā)電裝置是采用開放環(huán)境下進(jìn)行氣流沖擊俘能，存在能量利用率低、噪聲大等問題；并只能由單個激勵源激勵。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]為了解決上述氣動壓電發(fā)電裝置結(jié)構(gòu)復(fù)雜、能量利用率低、噪聲大、只能由單個激勵源激勵等問題，本實(shí)用新型公開一種適用于工業(yè)氣動系統(tǒng)環(huán)境、并可提高氣動系統(tǒng)能量利用率、適用于雙激勵源(所述激勵源可為氣動執(zhí)行器)，產(chǎn)生的電能可為物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)供能的鈸型結(jié)構(gòu)雙激勵氣動壓電俘能器。
[0005]本實(shí)用新型所采用的技術(shù)方案是:所述氣動壓電俘能器為對稱結(jié)構(gòu)，其結(jié)構(gòu)包括腔體端蓋、腔體、螺紋環(huán)、活塞和發(fā)電組件;所述腔體端蓋中心位置設(shè)有圓形通孔，其用于實(shí)現(xiàn)氣動壓電俘能器與激勵源(所述激勵源可為氣動執(zhí)行器)之間的氣體流通;所述腔體端蓋一端設(shè)有外螺紋一，其用于實(shí)現(xiàn)氣動壓電俘能器與激勵源的連接;所述腔體端蓋另一端設(shè)有外螺紋二;所述腔體為對稱結(jié)構(gòu)，其兩端設(shè)有內(nèi)螺紋一，其用于與腔體端蓋設(shè)有的外螺紋二旋合連接，以實(shí)現(xiàn)腔體端蓋與腔體的固定連接;所述腔體兩端內(nèi)側(cè)設(shè)有內(nèi)螺紋二 ;所述腔體中間腔壁設(shè)有導(dǎo)線孔，以實(shí)現(xiàn)發(fā)電組件導(dǎo)線的引出；所述腔體中間設(shè)有圓孔，其用于實(shí)現(xiàn)活塞和發(fā)電組件的安裝;所述螺紋環(huán)外圓周設(shè)有外螺紋三，用于與腔體兩端內(nèi)側(cè)設(shè)有內(nèi)螺紋二旋合連接，以實(shí)現(xiàn)對活塞的限位;所述活塞由密封環(huán)和活塞板組成;所述密封環(huán)其用于實(shí)現(xiàn)腔體與活塞板的密封連接;所述活塞板設(shè)有環(huán)形槽，以實(shí)現(xiàn)密封環(huán)的安裝;所述發(fā)電組件由鈸型壓電元件在水平和豎直兩個方向陣列而成，水平方向可陣列m個，豎直可陣列η層，m、n為大于等于I的正整數(shù);每個由鈸型壓電元件組成的豎直陣列之間以及豎直陣列與腔壁間留有空隙，避免鈸型壓電元件變形后發(fā)生干涉;所述鈸型壓電元件由金屬帽和壓電片組成;所述壓電片兩面分別與金屬帽膠粘連接。所述發(fā)電組件兩端分別與活塞一端平面膠粘連接。
[0006]本實(shí)用新型的有益效果是:本實(shí)用新型可俘獲氣流沖擊的動能和壓縮氣體的壓力能，而且氣動壓電俘能器可由兩個激勵源同時激勵，即氣動壓電俘能器有兩個發(fā)電腔，可將兩個進(jìn)氣口分別與兩個激勵源連通(兩個進(jìn)氣口也可以接在同一激勵源)，與兩個發(fā)電腔相連的激勵源分別對發(fā)電組件產(chǎn)生激勵作用，從而產(chǎn)生電能;兩發(fā)電腔發(fā)電過程相同，其發(fā)電過程分為三個階段:沖擊過程發(fā)電、保壓過程發(fā)電和復(fù)位發(fā)電。沖擊過程發(fā)電即當(dāng)激勵源氣壓大于氣動壓電俘能器內(nèi)部氣壓時，氣體會進(jìn)入氣動壓電俘能器形成氣流，通過氣流沖擊氣動壓電俘能器中的活塞，活塞壓迫發(fā)電組件使其產(chǎn)生形變從而產(chǎn)生電能;保壓過程發(fā)電即當(dāng)發(fā)電腔氣壓的作用力大于發(fā)電組件彈性回復(fù)力時，氣體作用于活塞壓迫發(fā)電組件變形，當(dāng)激勵源氣壓與氣動壓電俘能器內(nèi)部氣壓相等后，由于保壓氣體具有壓力波動特性，壓力波動壓動活塞從而使發(fā)電組件產(chǎn)生往復(fù)的形變輸出電能;復(fù)位發(fā)電即氣動壓電俘能器內(nèi)壓力減小，由于發(fā)電組件彈性回復(fù)力使壓電元件復(fù)位，復(fù)位過程中壓電元件產(chǎn)生負(fù)向電壓，當(dāng)負(fù)向電壓降至為零時即完成一個周期的發(fā)電過程。本實(shí)用新型具有結(jié)構(gòu)簡單、可由雙激勵源激勵、能量利用率高、噪聲小以及成本低等技術(shù)優(yōu)勢，同時通過整流儲能電路可將產(chǎn)生的電能進(jìn)行收集整理，為物聯(lián)網(wǎng)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行供能。本實(shí)用新型在氣動技術(shù)領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。
【附圖說明】
[0007]圖1所示為本實(shí)用新型提出的氣動壓電俘能器結(jié)構(gòu)示意圖；
[0008]圖2所示為本實(shí)用新型提出的氣動壓電俘能器中腔體端蓋的剖視圖；
[0009]圖3所示為本實(shí)用新型提出的氣動壓電俘能器中腔體的剖視圖；
[0010]圖4所示為本實(shí)用新型提出的氣動壓電俘能器中螺紋環(huán)的剖視圖；
[0011]圖5所示為本實(shí)用新型提出的氣動壓電俘能器中活塞的剖視圖；
[0012]圖6所示為本實(shí)用新型提出的氣動壓電俘能器中發(fā)電組件的示意圖；
[0013]圖7所示為本實(shí)用新型提出的氣動壓電俘能器中鈸型壓電元件的剖視圖；
[0014]圖8所示為一種以氣缸為激勵源的氣動壓電俘能器的裝配示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0015]【具體實(shí)施方式】一:結(jié)合圖1?圖8說明本實(shí)施方式。
[0016]本實(shí)施方式提供一種氣動系統(tǒng)氣動壓電俘能器的具體實(shí)施方案。本方案中所述激勵源為氣缸I，氣動壓電俘能器2與兩個氣缸I連通;所述氣缸I后端蓋中心位置設(shè)有螺紋孔，其用于與氣動接頭一 3旋合連接，所述氣動接頭一 3通過氣管5與氣動接頭二 4連接，所述氣動接頭二 4與腔體端蓋2-1—端所設(shè)的外螺紋一 2-1-2旋合連接，以實(shí)現(xiàn)氣動壓電俘能器2與兩個氣缸I的連通。所述氣動壓電俘能器2為對稱結(jié)構(gòu)，其結(jié)構(gòu)包括腔體端蓋2-1、腔體2-2、螺紋環(huán)2-3、活塞2-4和發(fā)電組件2-5;所述腔體端蓋2-1中心位置設(shè)有圓形通孔2-1-1，其用于實(shí)現(xiàn)氣動壓電俘能器2與氣缸之間的氣體流通;所述腔體端蓋2-1—端設(shè)有外螺紋一 2-1-2，其用于與氣動接頭二4，以實(shí)現(xiàn)氣動壓電俘能器2與氣缸的連通;所述腔體端蓋2-1另一端設(shè)有外螺紋二 2-1-3;所述腔體2-2為對稱結(jié)構(gòu)，其兩端設(shè)有內(nèi)螺紋一 2-2-1，其用于與腔體端蓋2-1設(shè)有的外螺紋二 2-1-3旋合連接，以實(shí)現(xiàn)腔體端蓋2-1與腔體2-2的固定連接;所述腔體2-2兩端內(nèi)側(cè)設(shè)有內(nèi)螺紋二2-2-2;所述腔體2-2中間腔壁設(shè)有導(dǎo)線孔2-2-3，以實(shí)現(xiàn)發(fā)電組件2-5導(dǎo)線的引出；所述腔體2-2中間設(shè)有圓孔2-2-4，其用于實(shí)現(xiàn)活塞2-4和發(fā)電組件2-5的安裝;所述螺紋環(huán)2-3外圓周設(shè)有外螺紋三2-3-1，用于與腔體2-2兩端內(nèi)側(cè)設(shè)有內(nèi)螺紋二2-2-2旋合連接，以實(shí)現(xiàn)對活塞2-4的限位;所述活塞2-4由密封環(huán)2-4-1和活塞板2-4-2組成;所述密封環(huán)2-4-1其用于實(shí)現(xiàn)腔體2-2與活塞板2-4-2的密封連接;所述活塞板2-4-2設(shè)有環(huán)形槽2-4-2-1，以實(shí)現(xiàn)密封環(huán)2-4-1的安裝;所述發(fā)電組件2-5由鈸型壓電元件2-5-1在水平和豎直兩個方向陣列而成，水平方向可陣列m個，豎直可陣列η層，m、n為大于等于I的正整數(shù);每個由鈸型壓電元件2-5-1組成的豎直陣列之間以及豎直陣列與腔壁間留有空隙，避免鈸型壓電元件2-5-1變形后發(fā)生干涉;所述鈸型壓電元件2-5-1由金屬帽2-5-1-1和壓電片2-5-1-2組成;所述壓電片2-5-1-2兩面分別與金屬帽2-5-1-1膠粘連接。所述發(fā)電組件2-5兩端分別與活塞2-4—端平面膠粘連接。
[0017]本實(shí)施方式的具體發(fā)電過程:兩發(fā)電腔發(fā)電過程相同，其發(fā)電過程可分為三個階段:沖擊過程發(fā)電、保壓過程發(fā)電和復(fù)位過程發(fā)電。具體發(fā)電過程如下:沖擊發(fā)電階段，氣缸I由后端蓋氣孔流入的氣體，一部分通過氣管5進(jìn)入氣動壓電俘能器2，另一部分留在氣缸I，進(jìn)入氣動壓電俘能器2中的氣流直接沖擊活塞2-4使其壓迫發(fā)電組件2-5產(chǎn)生形變，從而產(chǎn)生電能;保壓發(fā)電階段，隨著進(jìn)入氣動壓電俘能器2氣體的增加，氣動壓電俘能器2內(nèi)氣壓升高，壓迫活塞從而使發(fā)電組件2-5變形輸出電能，隨著進(jìn)入氣缸I氣體量的增加，壓縮空氣推動活塞使氣缸I正常運(yùn)動，活塞運(yùn)動時氣缸I和氣動壓電俘能器2內(nèi)會產(chǎn)生不穩(wěn)定的氣體波動，不斷地對活塞2-4施加交變的作用力，活塞2-4使發(fā)電組件2-5產(chǎn)生反復(fù)的形變，從而輸出電能;復(fù)位發(fā)電階段，是在氣缸I處于后端蓋氣孔排氣時，氣體通過腔體端蓋2-1的圓形通孔2-1-1排出，壓電發(fā)電裝置2內(nèi)部氣壓減小，發(fā)電組件2-5進(jìn)行復(fù)位，從而有負(fù)電輸出，當(dāng)負(fù)向電壓減小為零時，本實(shí)用新型完成了一個周期的發(fā)電過程。重復(fù)上述工作過程，可實(shí)現(xiàn)本實(shí)用新型的連續(xù)發(fā)電。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.鈸型結(jié)構(gòu)雙激勵氣動壓電俘能器，其特征在于:所述氣動壓電俘能器2為對稱結(jié)構(gòu)，其結(jié)構(gòu)包括腔體端蓋(2-1)、腔體(2-2)、螺紋環(huán)(2-3)、活塞(2-4)和發(fā)電組件(2-5);所述腔體端蓋(2-1)中心位置設(shè)有圓形通孔(2-1-1)，其用于實(shí)現(xiàn)氣動壓電俘能器(2)與激勵源之間的氣體流通;所述腔體端蓋(2-1)—端設(shè)有外螺紋一 (2-1-2)，其用于實(shí)現(xiàn)氣動壓電俘能器(2)與激勵源的連接;所述腔體端蓋(2-1)另一端設(shè)有外螺紋二 (2-1-3);所述腔體(2-2)為對稱結(jié)構(gòu)，其兩端設(shè)有內(nèi)螺紋一(2-2-1)，其用于與腔體端蓋(2-1)設(shè)有的外螺紋二(2-1-3)旋合連接，以實(shí)現(xiàn)腔體端蓋(2-1)與腔體(2-2)的固定連接;所述腔體(2-2)兩端內(nèi)側(cè)設(shè)有內(nèi)螺紋二(2-2-2);所述腔體(2-2)中間腔壁設(shè)有導(dǎo)線孔(2-2-3)，以實(shí)現(xiàn)發(fā)電組件(2-5)導(dǎo)線的引出；所述腔體(2-2)中間設(shè)有圓孔(2-2-4)，其用于實(shí)現(xiàn)活塞(2-4)和發(fā)電組件(2-5)的安裝;所述螺紋環(huán)(2-3)外圓周設(shè)有外螺紋三(2-3-1)，用于與腔體(2-2)兩端內(nèi)側(cè)設(shè)有內(nèi)螺紋二(2-2-2)旋合連接，以實(shí)現(xiàn)對活塞(2-4)的限位;所述活塞(2-4)由密封環(huán)(2-4-1)和活塞板(2-4-2)組成;所述密封環(huán)(2-4-1)其用于實(shí)現(xiàn)腔體(2-2)與活塞板(2-4-2)的密封連接;所述活塞板(2-4-2)設(shè)有環(huán)形槽(2-4-2-1)，以實(shí)現(xiàn)密封環(huán)(2-4-1)的安裝;所述發(fā)電組件(2-5)由鈸型壓電元件(2-5-1)在水平和豎直兩個方向陣列而成，每個由鈸型壓電元件(2-5-1)組成的豎直陣列之間以及豎直陣列與腔壁間留有空隙，避免鈸型壓電元件(2-5-1)變形后發(fā)生干涉;所述鈸型壓電元件(2-5-1)由金屬帽(2-5-1-1)和壓電片(2-5-1-2)組成；所述壓電片(2-5-1-2)兩面分別與金屬帽(2-5-1-1)膠粘連接;所述發(fā)電組件(2-5)兩端分別與活塞(2-4)—端平面膠粘連接。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鈸型結(jié)構(gòu)雙激勵氣動壓電俘能器，其特征在于:所述氣動壓電俘能器(2)兩端可與兩個激勵源連通，亦可與同一激勵源連通。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鈸型結(jié)構(gòu)雙激勵氣動壓電俘能器，其特征在于:所述激勵源為氣缸。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鈸型結(jié)構(gòu)雙激勵氣動壓電俘能器，其特征在于:所述發(fā)電組件(2-5)由鈸型壓電元件(2-5-1)在水平和豎直兩個方向陣列而成，水平方向可陣列m個，豎直可陣列η層，m、n為大于等于I的正整數(shù)。
【文檔編號】H02N2/18GK205490237SQ201620030522
【公開日】2016年8月17日
【申請日】2016年1月14日
【發(fā)明人】程廷海, 宋兆陽, 秦峰, 高琪, 田麗雅, 李義康
【申請人】長春工業(yè)大學(xué)