CN205336156U - 双侧激励转动式气动压电发电装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了双侧激励转动式气动压电发电装置，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。本实用新型中所述气动压电俘能器由腔体端盖、前部腔体组件、旋转组件和后部腔体组件组成。在压缩空气的冲击、气体压力及压力波动的作用下由旋转风扇带动旋转轴旋转，进而拨动金属基板使压电元件产生机械形变，并在金属基板弹性回复力的作用下带动压电元件进行复位，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。

Description

双侧激励转动式气动压电发电装置

技术领域

本实用新型涉及双侧激励转动式气动压电发电装置，属于气动技术领域。

背景技术

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。

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CN201898457U，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CN102594202A，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

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或者气动系统中其它适宜的气动元件），产生的电能可为物联网网络节点供能的双侧激励转动式气动压电发电装置。

本实用新型所采用的技术方案是：所述气动压电发电装置由腔体端盖、前部腔体组件、旋转组件和后部腔体组件组成；所述腔体端盖中心位置设有圆形通孔一，其用于实现气动压电发电装置与激励源的连通（所述激励源可为气动执行器或者气动系统中其它适宜的气动元件）；所述腔体端盖一端设有外螺纹一，用于与激励源连通；所述腔体端盖另一端设有外螺纹二；所述前部腔体组件包括前部腔体和紧定螺栓；所述前部腔体组件中前部腔体端部内侧设有内螺纹，其用于与腔体端盖一侧端部设有外螺纹二旋合连接，实现前部腔体组件中前部腔体与腔体端盖的紧固连接；所述前部腔体组件中前部腔体内部设有容腔一，其用于容纳旋转组件中的旋转风扇；所述前部腔体组件中前部腔体内部设有固定腔，其用于固定旋转组件中旋转轴，实现前部腔体组件的密封以及前部腔体组件与旋转组件中旋转轴的紧密配合；所述前部腔体组件外侧端部设有内螺纹盲孔，其用于与后部腔体组件中的圆形通孔三相配合以及用于与前部腔体组件中的紧定螺栓旋合连接，实现前部腔体组件与后部腔体组件的紧固连接；所述前部腔体组件中的紧定螺栓，其用于与后部腔体组件中的圆形通孔三配合和前部腔体组件外侧端部的内螺纹盲孔旋合连接，实现前部腔体组件与后部腔体组件的紧固连接；所述旋转组件为对称结构，其由旋转风扇、旋转轴以及密封圈组成；所述旋转组件中的旋转风扇内侧设有圆形通孔二，其用于与旋转组件中旋转轴两侧端部粘接，实现旋转风扇与旋转轴的紧固连接；所述旋转组件中旋转轴两端外侧设有环形凹槽，其用于与密封圈配合，实现前部腔体组件的密封；所述旋转组件中旋转轴中部设有凸台，其用于拨动后部腔体组件中发电组件中的金属弹性基板，实现金属弹性基板的机械形变；所述后部腔体组件包括后部腔体结构和发电组件；所述后部腔体组件中的后部腔体结构为对称结构，其两侧端部设有圆形通孔三，其用于与前部腔体组件中的内螺纹盲孔和紧定螺栓配合，实现后部腔体组件与前部腔体组件的紧固连接；所述后部腔体组件中后部腔体结构内部设有容腔二，其用于容纳旋转轴和发电组件；所述后部腔体组件中后部腔体结构中部侧壁设有圆形通孔四，其用于后部腔体组件中发电组件导线的引出，实现发电组件电能输出；所述后部腔体组件中后部腔体结构侧壁设有n个矩形槽，n为大于等于1的正整数，其用于粘接固定后部腔体组件中发电组件中的固定板，实现后部腔体组件中后部腔体结构与发电组件的紧固连接；所述后部腔体组件中发电组件中设有n个固定板，n为大于等于1的正整数，其用于与后部腔体组件中后部腔体结构侧壁的矩形槽粘接，实现发电组件与后部腔体组件中后部腔体结构的紧固连接，以及用于与金属弹性基板粘接，以实现固定板与金属弹性基板的紧固连接；所述后部腔体组件中发电组件设有m个金属弹性基板，m为大于等于1的正整数，其用于粘接后部腔体组件中发电组件的压电元件，实现金属弹性基板与压电元件的紧固连接，以及与固定板粘接，实现金属弹性基板与固定板的紧固连接。

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，而且双侧激励转动式气动压电发电装置可由两个激励源同时激励，即发电装置有两个发电腔，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两个发电腔中的旋转风扇作用，进而带动旋转轴转动，从而使旋转轴上的凸台拨动金属基板带动压电元件产生形变，基于压电效应产生电能；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，即通过气流冲击气动压电发电装置中的旋转风扇使其旋转，进而带动旋转轴拨动金属弹性基板以及压电元件使其形变，基于正压电效应产生电能；保压过程发电，即当激励源气压比双侧激励转动式气动压电发电装置内部气压大，高压气体作用于旋转风扇使其旋转，进而拨动金属弹性基板使压电元件形变，基于压电效应产生电能，当激励源气压与双侧激励转动式气动压电发电装置内部气压相等后，由于保压气体具有压力波动特性，压力波动不断的作用于旋转风扇使其旋转，进而拨动金属弹性基板以及压电元件，使其产生往复的形变从而输出电能；复位发电，即在旋转轴拨动金属弹性基板与压电元件后，金属弹性基板由于其自身的弹性回复力带动压电元件进行复位，此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

图1所示为本实用新型提出的双侧激励转动式气动压电发电装置结构示意图；

图2所示为本实用新型提出的双侧激励转动式气动压电发电装置中腔体端盖的剖视图；

图3所示为本实用新型提出的双侧激励转动式气动压电发电装置中前部腔体组件的剖视图；

图4所示为本实用新型提出的双侧激励转动式气动压电发电装置中旋转组件的剖视图；

图5所示为本实用新型提出的双侧激励转动式气动压电发电装置中旋转组件中旋转轴的截面图；

图6所示为本实用新型提出的双侧激励转动式气动压电发电装置中后部腔体组件的剖视图；

图7所示为本实用新型提出的双侧激励转动式气动压电发电装置中后部腔体组件的侧视图；

图8所示为本实用新型提出的双侧激励转动式气动压电发电装置中发电组件的主视图；

图9所示为本实用新型提出的双侧激励转动式气动压电发电装置中发电组件的侧视图；

图10所示为一种以气缸为激励源的双侧激励转动式气动压电发电装置的装配示意图。

具体实施方式

具体实施方式一：结合图1~图10说明本实施方式。

本实施方式提供双侧激励转动式气动压电发电装置的具体实施方案。本方案中所述激励源为气缸1，气动压电发电装置2与两个气缸1连通；所述气缸1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2-1一端所设的外螺纹一2-1-2旋合连接，以实现气动压电发电装置2与两个气缸1的连通。

所述气动压电发电装置2由腔体端盖2-1、前部腔体组件2-2、旋转组件2-3和后部腔体组件2-4组成；所述腔体端盖2-1中心位置设有圆形通孔一2-1-1，其用于实现气动压电发电装置2与气缸的气体流通；所述腔体端盖2-1一端设有外螺纹一2-1-2，其用于与气动接头二4旋合连接；所述腔体端盖2-1另一端设有外螺纹二2-1-3；所述前部腔体组件2-2包括前部腔体2-2-1和紧定螺栓2-2-2；所述前部腔体组件2-2中前部腔体2-2-1端部内侧设有内螺纹2-2-1-1，其用于与腔体端盖2-1一侧端部设有外螺纹二2-1-3旋合连接，实现前部腔体组件2-2中前部腔体2-2-1与腔体端盖2-1的紧固连接；所述前部腔体组件2-2中前部腔体2-2-1内部设有容腔一2-2-1-2，其用于容纳旋转组件2-3中的旋转风扇2-3-1；所述前部腔体组件2-2中前部腔体2-2-1内部设有固定腔2-2-1-3，其用于固定旋转组件2-3中旋转轴2-3-2，实现前部腔体组件2-2的密封以及前部腔体组件2-2与旋转组件2-3中旋转轴2-3-2的紧密配合；所述前部腔体组件2-2外侧端部设有内螺纹盲孔2-2-1-4，其用于与后部腔体组件2-4中的圆形通孔三2-4-1-1相配合以及用于与前部腔体组件2-2中的紧定螺栓2-2-2旋合连接，实现前部腔体组件2-2与后部腔体组件2-4的紧固连接；所述前部腔体组件2-2中的紧定螺栓2-2-2，其用于与后部腔体组件2-4中的圆形通孔三2-4-1-1配合和前部腔体组件2-2外侧端部的内螺纹盲孔2-2-1-4旋合连接，实现前部腔体组件2-2与后部腔体组件2-4的紧固连接；所述旋转组件2-3为对称结构，其由旋转风扇2-3-1、旋转轴2-3-2以及密封圈2-3-3组成；所述旋转组件2-3中的旋转风扇2-3-1内侧设有圆形通孔二2-3-1-1，其用于与旋转组件2-3中旋转轴2-3-2两侧端部粘接，实现旋转风扇2-3-1与旋转轴2-3-2的紧固连接；所述旋转组件2-3中旋转轴2-3-2两端外侧设有环形凹槽2-3-2-1，其用于与密封圈2-3-3配合，实现前部腔体组件2-2的密封；所述旋转组件2-3中旋转轴2-3-2中部设有凸台2-3-2-2，其用于拨动后部腔体组件2-4中发电组件2-4-2中的金属弹性基板2-4-2-2，实现金属弹性基板2-4-2-2的机械形变；所述后部腔体组件2-4包括后部腔体结构2-4-1和发电组件2-4-2；所述后部腔体组件2-4中的后部腔体结构2-4-1为对称结构，其两侧端部设有圆形通孔三2-4-1-1，其用于与前部腔体组件2-2中的内螺纹盲孔2-2-1-4和紧定螺栓2-2-2配合，实现后部腔体组件2-4与前部腔体组件2-2的紧固连接；所述后部腔体组件2-4中后部腔体结构2-4-1内部设有容腔二2-4-1-2，其用于容纳旋转轴2-3-2和发电组件2-4-2；所述后部腔体组件2-4中后部腔体结构2-4-1中部侧壁设有圆形通孔四2-4-1-3，其用于后部腔体组件2-4中发电组件2-4-2导线的引出，实现发电组件2-4-2电能输出；所述后部腔体组件2-4中后部腔体结构2-4-1侧壁设有n个矩形槽2-4-1-4，n为大于等于1的正整数，其用于粘接固定后部腔体组件2-4中发电组件2-4-2中的固定板2-4-2-1，实现后部腔体组件2-4中后部腔体结构2-4-1与发电组件2-4-2的紧固连接；所述后部腔体组件2-4中发电组件2-4-2中设有n个固定板2-4-2-1，n为大于等于1的正整数，其用于与后部腔体组件2-4中后部腔体结构2-4-1侧壁的矩形槽2-4-1-4粘接，实现发电组件2-4-2与后部腔体组件2-4中后部腔体结构2-4-1的紧固连接，以及用于与金属弹性基板2-4-2-2粘接，以实现固定板2-4-2-1与金属弹性基板2-4-2-2的紧固连接；所述后部腔体组件2-4中发电组件2-4-2设有m个金属弹性基板2-4-2-2，m为大于等于1的正整数，其用于粘接后部腔体组件2-4中发电组件2-4-2的压电元件2-4-2-3，实现金属弹性基板2-4-2-2与压电元件2-4-2-3的紧固连接，以及与固定板2-4-2-1粘接，实现金属弹性基板2-4-2-2与固定板2-4-2-1的紧固连接。

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1由后端盖气孔流入的气体，一部分通过气管5进入气动压电发电装置2，另一部分留在气缸1，进入气动压电发电装置2中的气流直接冲击旋转风扇2-3-1使其带动旋转轴2-3-2旋转，并拨动金属弹性基板2-4-2-2与压电元件2-4-2-3使其产生形变，基于正压电效应产生电能；保压发电阶段，随着进入气动压电发电装置2气体的增加，压缩空气推动活塞使气缸1正常运动，活塞运动时气缸1和气动压电发电装置2内会产生不稳定的气体波动，不断地对旋转风扇2-3-1施加交变的作用力，使旋转风扇2-3-1带动旋转轴2-3-2旋转，进而使金属弹性基板2-4-2-2与压电元件2-4-2-3产生弯曲形变，基于正压电效应产生电能；复位发电阶段，在旋转轴2-3-2拨动金属弹性基板2-4-2-2与压电元件2-4-2-3的同时，金属弹性基板2-4-2-2由于其自身的弹性回复力带动压电元件2-4-2-3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。

Claims (3)

1.双侧激励转动式气动压电发电装置，其特征在于:所述气动压电发电装置（2）由腔体端盖（2-1）、前部腔体组件（2-2）、旋转组件（2-3）和后部腔体组件（2-4）组成；所述腔体端盖（2-1）中心位置设有圆形通孔一（2-1-1），其用于实现气动压电发电装置（2）与激励源的连通；所述腔体端盖（2-1）一端设有外螺纹一（2-1-2），其用于与激励源连接（所述激励源可为气动执行器或者气动系统中其它适宜的气动元件）；所述腔体端盖（2-1）另一端设有外螺纹二（2-1-3）；所述前部腔体组件（2-2）包括前部腔体（2-2-1）和紧定螺栓（2-2-2）；所述前部腔体组件（2-2）中前部腔体（2-2-1）端部内侧设有内螺纹（2-2-1-1），其用于与腔体端盖（2-1）一侧端部设有外螺纹二（2-1-3）旋合连接，实现前部腔体组件（2-2）中前部腔体（2-2-1）与腔体端盖（2-1）的紧固连接；所述前部腔体组件（2-2）中前部腔体（2-2-1）内部设有容腔一（2-2-1-2），其用于容纳旋转组件（2-3）中的旋转风扇（2-3-1）；所述前部腔体组件（2-2）中前部腔体（2-2-1）内部设有固定腔（2-2-1-3），其用于固定旋转组件（2-3）中旋转轴（2-3-2），实现前部腔体组件（2-2）的密封以及前部腔体组件（2-2）与旋转组件（2-3）中旋转轴（2-3-2）的紧密配合；所述前部腔体组件（2-2）外侧端部设有内螺纹盲孔（2-2-1-4），其用于与后部腔体组件（2-4）中的圆形通孔三（2-4-1-1）相配合以及用于与前部腔体组件（2-2）中的紧定螺栓（2-2-2）旋合连接，实现前部腔体组件（2-2）与后部腔体组件（2-4）的紧固连接；所述前部腔体组件（2-2）中的紧定螺栓（2-2-2），其用于与后部腔体组件（2-4）中的圆形通孔三（2-4-1-1）配合和前部腔体组件（2-2）外侧端部的内螺纹盲孔（2-2-1-4）旋合连接，实现前部腔体组件（2-2）与后部腔体组件（2-4）的紧固连接；所述旋转组件（2-3）为对称结构，其由旋转风扇（2-3-1）、旋转轴（2-3-2）以及密封圈（2-3-3）组成；所述旋转组件（2-3）中的旋转风扇（2-3-1）内侧设有圆形通孔二（2-3-1-1），其用于与旋转组件（2-3）中旋转轴（2-3-2）两侧端部粘接，实现旋转风扇（2-3-1）与旋转轴（2-3-2）的紧固连接；所述旋转组件（2-3）中旋转轴（2-3-2）两端外侧设有环形凹槽（2-3-2-1），其用于与密封圈（2-3-3）配合，实现前部腔体组件（2-2）的密封；所述旋转组件（2-3）中旋转轴（2-3-2）中部设有凸台（2-3-2-2），其用于拨动后部腔体组件（2-4）中发电组件（2-4-2）中的金属弹性基板（2-4-2-2），实现金属弹性基板（2-4-2-2）的机械形变；所述后部腔体组件（2-4）包括后部腔体结构（2-4-1）和发电组件（2-4-2）；所述后部腔体组件（2-4）中的后部腔体结构（2-4-1）为对称结构，其两侧端部设有圆形通孔三（2-4-1-1），其用于与前部腔体组件（2-2）中的内螺纹盲孔（2-2-1-4）和紧定螺栓（2-2-2）配合，实现后部腔体组件（2-4）与前部腔体组件（2-2）的紧固连接；所述后部腔体组件（2-4）中后部腔体结构（2-4-1）内部设有容腔二（2-4-1-2），其用于容纳旋转轴（2-3-2）和发电组件（2-4-2）；所述后部腔体组件（2-4）中后部腔体结构（2-4-1）中部侧壁设有圆形通孔四（2-4-1-3），其用于后部腔体组件（2-4）中发电组件（2-4-2）导线的引出，实现发电组件（2-4-2）电能输出；所述后部腔体组件（2-4）中后部腔体结构（2-4-1）侧壁设有n个矩形槽（2-4-1-4），n为大于等于1的正整数，其用于粘接固定后部腔体组件（2-4）中发电组件（2-4-2）中的固定板（2-4-2-1），实现后部腔体组件（2-4）中后部腔体结构（2-4-1）与发电组件（2-4-2）的紧固连接；所述后部腔体组件（2-4）中发电组件（2-4-2）中设有n个固定板（2-4-2-1），n为大于等于1的正整数，其用于与后部腔体组件（2-4）中后部腔体结构（2-4-1）侧壁的矩形槽（2-4-1-4）粘接，实现发电组件（2-4-2）与后部腔体组件（2-4）中后部腔体结构（2-4-1）的紧固连接，以及用于与金属弹性基板（2-4-2-2）粘接，以实现固定板（2-4-2-1）与金属弹性基板（2-4-2-2）的紧固连接；所述后部腔体组件(2-4)中发电组件（2-4-2）设有m个金属弹性基板（2-4-2-2），m为大于等于1的正整数，其用于粘接后部腔体组件（2-4）中发电组件（2-4-2）的压电元件（2-4-2-3），实现金属弹性基板（2-4-2-2）与压电元件（2-4-2-3）的紧固连接，以及与固定板（2-4-2-1）粘接，实现金属弹性基板（2-4-2-2）与固定板（2-4-2-1）的紧固连接。

2.根据权利要求1所述的双侧激励转动式气动压电发电装置，其特征在于：所述气动压电发电装置（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所述的双侧激励转动式气动压电发电装置，其特征在于：所述激励源可为气缸或其它适宜的气动元件。