CN205356189U - 双激励拨动式气动压电俘能器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了双激励拨动式气动压电俘能器，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、腔体结构、固定环、多孔活塞板固定组件、发电组件、拨动轴组件以及单孔活塞板固定组件组成。在压缩空气的冲击、气体压力及压力波动的作用下由活塞板带动拨动轴拨动金属基板从而使压电元件产生机械形变，并在低压时进行复位，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

双激励拨动式气动压电俘能器

技术领域

本实用新型涉及双激励拨动式气动压电俘能器，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激励拨动式气动压电俘能器。

本实用新型所采用的技术方案是：所述气动压电俘能器由腔体端盖、腔体结构、固定环、多孔活塞板固定组件、发电组件、拨动轴组件以及单孔活塞板固定组件组成;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俘能器与激励源的连通；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。所述腔体结构为对称结构，其两侧内壁设有内螺纹一，其用于与腔体端盖一端的外螺纹二旋合连接，实现腔体端盖与腔体结构的紧固连接；腔体结构的两侧内壁还设有内螺纹二，其用于与固定环旋合连接，实现腔体结构与固定环的紧固连接；所述腔体结构的内壁还设有圆形通孔二，其用于发电组件的导线引出；所述腔体结构设有内部容腔，其用于发电组件以及拨动轴组件的安装布置。所述固定环，其用于多孔活塞板固定组件以及单孔活塞板固定组件的安装固定；所述固定环外圆周端部设有外螺纹三，其用于与腔体结构的内螺纹旋合连接，实现固定环与腔体结构的紧固连接。所述多孔活塞板固定组件由多孔活塞板、紧定螺钉以及密封圈一组成。所述多孔活塞板外圆周端部设有多孔活塞凹槽，其用于与密封圈一配合，实现多孔活塞板固定组件与内部容腔的密封连接；所述多孔活塞板一侧端面均匀设有n个内螺纹盲孔，其用于与紧定螺钉配合，实现发电组件与多孔活塞板固定组件的紧固连接；所述多孔活塞板与内螺纹盲孔同侧的中心位置设有圆形凹槽一，其用于与拨动轴组件中复位弹簧配合，实现拨动轴的复位。所述紧定螺钉，其通过压板前端的圆形通孔三与多孔活塞板一侧端面的内螺纹盲孔旋合连接，实现多孔活塞板与发电组件的紧固连接。所述发电组件由压板、金属基板和压电元件组成。所述压板为L形，其前端设有圆形通孔三，其用于与紧定螺钉配合实现压板与多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压板上所设方形通孔配合，并用环氧树脂胶粘接固定；所述金属基板上下两面分别与压电元件贴合，并用环氧树脂胶粘接固定；所述压电元件为方形压电元件，其与金属基板上下两面分别贴合，并用环氧树脂胶粘接固定，其连接导线由腔体结构上所设圆形通孔二引出。所述拨动轴组件由复位弹簧以及拨动轴组成。所述复位弹簧的一端与多孔活塞板上的圆形凹槽一配合，另一端与拨动轴一侧端部的圆形凹槽二配合，实现复位弹簧的固定；所述拨动轴一侧端部设有圆形凹槽二，其用于与复位弹簧配合，实现复位弹簧的固定；所述拨动轴的外圆周设有拨动凸缘，其用于拨动发电组件中的金属基板，实现压电元件的电能输出；所述拨动轴的另一侧端部设有内螺纹盲孔二，其用于与固定螺钉配合，实现单孔活塞板与拨动轴的紧固连接。所述单孔活塞板固定组件由单孔活塞板、固定螺钉以及密封圈二组成；。所述单孔活塞板外圆周端部设有单孔活塞凹槽，其用于与密封圈二配合，实现单孔活塞板固定组件与内部容腔的密封连接；所述单孔活塞板的中心位置设有圆形通孔四，其用于与固定螺钉配合，实现单孔活塞板与拨动轴的紧固连接；所述固定螺钉，其通过单孔活塞板中心位置的圆形通孔四与拨动轴另一侧端部的内螺纹盲孔二旋合连接，实现单孔活塞板与拨动轴的紧固连接。

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，而且双激励拨动式气动压电俘能器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活塞板作用，进而带动发电组件以及拨动轴运动，从而使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。冲击过程发电即当激励源气压大于双激励拨动式气动压电俘能器装置内部气压时，气体会进入双激励拨动式气动压电俘能器装置形成气流，通过气流冲击双激励拨动式气动压电俘能器装置中的活塞板进而带动发电组件以及拨动轴运动，使压电元件产生形变进而产生电能；保压过程发电即当发电腔气压的作用力大于复位弹簧弹性回复力时，气体压迫活塞板从而使压电元件变形，当激励源气压与双激励拨动式气动压电俘能器装置内部复位弹簧回复力相等后，由于保压气体具有压力波动特性，压力波动通过活塞板带动压电元件，使其产生往复的形变从而输出电能；复位发电即双激励拨动式气动压电俘能器装置内压力减小，由于复位弹簧回复力作用使拨动轴再次拨动发电组件中的金属基板，进而使压电元件产生形变，基于压电效应产生电能，当复位弹簧恢复原长后，在金属基板回复力的作用下带动压电元件做振幅减小的往复运动，直至停止运动，此过程中压电元件产生电能，当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激励拨动式气动压电俘能器结构示意图；

图2所示为本实用新型提出的双激励拨动式气动压电俘能器中腔体端盖的剖视图；

图3所示为本实用新型提出的双激励拨动式气动压电俘能器中腔体结构的剖视图；

图4所示为本实用新型提出的双激励拨动式气动压电俘能器中固定环的剖视图；

图5所示为本实用新型提出的双激励拨动式气动压电俘能器中多孔活塞板固定组件的剖视图；

图6所示为本实用新型提出的双激励拨动式气动压电俘能器中发电组件的剖视图；

图7所示为本实用新型提出的双激励拨动式气动压电俘能器中拨动轴组件的剖视图；

图8所示为本实用新型提出的双激励拨动式气动压电俘能器中单孔活塞板固定组件的剖视图；

图9所示为一种以气缸为激励源的双激励拨动式气动压电俘能器的装配示意图。

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。

本实施方式提供双激励拨动式气动压电俘能器的具体实施方案。本方案中所述激励源为气缸1，气动压电俘能器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，以实现气动压电俘能器2与两个气缸1的连通。

所述气动压电俘能器2由腔体端盖2-1、腔体结构2-2、固定环2-3、多孔活塞板固定组件2-4、发电组件2-5、拨动轴组件2-6以及单孔活塞板固定组件2-7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俘能器2与气缸的连通；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。所述腔体结构2-2为对称结构，其两侧内壁设有内螺纹一2-2-1，其用于与腔体端盖2-1一端的外螺纹二2-1-3旋合连接，实现腔体端盖2-1与腔体结构2-2的紧固连接；腔体结构2-2的两侧内壁还设有内螺纹二2-2-2，其用于与固定环2-3旋合连接，实现腔体结构2-2与固定环2-3的紧固连接；所述腔体结构2-2的内壁还设有圆形通孔二2-2-3，其用于发电组件2-5的导线引出；所述腔体结构2-2设有内部容腔2-2-4，其用于发电组件2-5以及拨动轴组件2-6的安装布置。所述固定环2-3，其用于多孔活塞板固定组件2-4以及单孔活塞板固定组件2-7的安装固定；所述固定环2-3外圆周端部设有外螺纹三2-3-1，其用于与腔体结构2-2的内螺纹2-2-2旋合连接，实现固定环2-3与腔体结构2-2的紧固连接。所述多孔活塞板固定组件2-4由多孔活塞板2-4-1、紧定螺钉2-4-2以及密封圈一2-4-3组成。所述多孔活塞板2-4-1外圆周端部设有多孔活塞凹槽2-4-1-1，其用于与密封圈一2-4-3配合，实现多孔活塞板固定组件2-4与内部容腔2-2-4的密封连接；所述多孔活塞板2-4-1一侧端面均匀设有n个内螺纹盲孔2-4-1-2，其用于与紧定螺钉2-4-2配合，实现发电组件2-5与多孔活塞板固定组件2-4的紧固连接；所述多孔活塞板2-4-1与内螺纹盲孔2-4-1-2同侧的中心位置设有圆形凹槽一2-4-1-3，其用于与拨动轴组件2-6中复位弹簧2-6-1配合，实现拨动轴2-6-2的复位。所述紧定螺钉2-4-2，其通过压板2-5-1前端的圆形通孔三2-5-1-1与多孔活塞板2-4-1一侧端面的内螺纹盲孔2-4-1-2旋合连接，实现多孔活塞板2-4-1与发电组件2-5的紧固连接。所述发电组件2-5由压板2-5-1、金属基板2-5-2和压电元件2-5-3组成。所述压板2-5-1为L形，其前端设有圆形通孔三2-5-1-1，其用于与紧定螺钉2-4-2配合实现压板2-5-1与多孔活塞板2-4-1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2-5-2一端与压板2-5-1上所设方形通孔2-5-1-2配合，并用环氧树脂胶粘接固定；所述金属基板2-5-2上下两面分别与压电元件2-5-3贴合，并用环氧树脂胶粘接固定；所述压电元件2-5-3为方形压电元件，其与金属基板2-5-2上下两面分别贴合，并用环氧树脂胶粘接固定，其连接导线由腔体结构2-2上所设圆形通孔二2-2-3引出。所述拨动轴组件2-6由复位弹簧2-6-1以及拨动轴2-6-2组成。所述复位弹簧2-6-1的一端与多孔活塞板2-4-1上的圆形凹槽一2-4-1-3配合，另一端与拨动轴2-6一侧端部的圆形凹槽二2-6-2-1配合，实现复位弹簧2-6-1的固定；所述拨动轴2-6-2一侧端部设有圆形凹槽二2-6-2-1，其用于与复位弹簧2-6-1配合，实现复位弹簧2-6-1的固定；所述拨动轴2-6-2的外圆周设有拨动凸缘2-6-2-2，其用于拨动发电组件2-5中的金属基板2-5-2，实现压电元件2-5-3的电能输出；所述拨动轴2-6-2的另一侧端部设有内螺纹盲孔二2-6-2-3，其用于与固定螺钉2-7-2配合，实现单孔活塞板2-7-1与拨动轴2-6-2的紧固连接。所述单孔活塞板固定组件2-7由单孔活塞板2-7-1、固定螺钉2-7-2以及密封圈二2-7-3组成。所述单孔活塞板2-7-1外圆周端部设有单孔活塞凹槽2-7-1-1，其用于与密封圈二2-7-3配合，实现单孔活塞板固定组件2-7与内部容腔2-2-4的密封连接；所述单孔活塞板2-7-1的中心位置设有圆形通孔四2-7-1-2，其用于与固定螺钉2-7-2配合，实现单孔活塞板2-7-1与拨动轴2-6-2的紧固连接；所述固定螺钉2-7-2，其通过单孔活塞板2-7-1中心位置的圆形通孔四2-7-1-2与拨动轴2-6-2另一侧端部的内螺纹盲孔二2-6-2-3旋合连接，实现单孔活塞板2-7-1与拨动轴2-6-2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进入气动压电俘能器2，另一部分留在气缸1，进入气动压电俘能器2中的气流直接冲击单孔活塞板2-7-1进而带动拨动轴2-6-2拨动金属基板2-5-2使其产生形变，进而压电元件2-5-3产生形变基于压电效应产生电能；保压发电阶段，随着进入气动压电俘能器2气体的增加，气动压电俘能器2内气压升高，压迫单孔活塞板2-7-1或多孔活塞板2-4-1进而带动拨动轴2-6-2以及发电组件2-5使压电元件2-5-3形变输出电能，随着进入气缸1气体量的增加，压缩空气推动活塞使气缸1正常运动，活塞运动时气缸1和气动压电俘能器2内会产生不稳定的气体波动，不断地对单孔活塞板2-7-1或多孔活塞板2-4-1施加交变的作用力，使压电元件2-5-3产生反复的形变，从而输出电能；复位发电阶段，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的圆形通孔2-1-1排出，气动压电俘能器2内部气压减小，在复位弹簧回复力作用下，拨动轴2-6-2再次拨动金属基板2-5-2进而带动压电元件2-5-3产生形变，基于压电效应产生电能，当复位弹簧恢复原长，在金属基板2-5-2回复力的作用下带动压电元件2-5-3做振幅减小的往复运动，直至停止运动，从而有电能输出，当电压减小为零时，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.双激励拨动式气动压电俘能器，其特征在于:所述气动压电俘能器（2）由腔体端盖（2-1）、腔体结构（2-2）、固定环（2-3）、多孔活塞板固定组件（2-4）、发电组件（2-5）、拨动轴组件（2-6）以及单孔活塞板固定组件（2-7）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俘能器（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），其用于激励源连接；所述腔体端盖（2-1）另一端设有外螺纹二（2-1-3）；所述腔体结构（2-2）为对称结构，其两侧内壁设有内螺纹一（2-2-1），其用于与腔体端盖（2-1）一端的外螺纹二（2-1-3）旋合连接，实现腔体端盖（2-1）与腔体结构（2-2）的紧固连接；腔体结构（2-2）的两侧内壁还设有内螺纹二（2-2-2），其用于与固定环（2-3）旋合连接，实现腔体结构(2-2)与固定环（2-3）的紧固连接；所述腔体结构（2-2）的内壁还设有圆形通孔二（2-2-3），其用于发电组件（2-5）的导线引出；所述腔体结构（2-2）设有内部容腔（2-2-4），其用于发电组件（2-5）以及拨动轴组件（2-6）的安装布置；所述固定环（2-3），其用于多孔活塞板固定组件（2-4）以及单孔活塞板固定组件（2-7）的安装固定；所述固定环（2-3）外圆周端部设有外螺纹三（2-3-1），其用于与腔体结构（2-2）的内螺纹（2-2-2）旋合连接，实现固定环（2-3）与腔体结构（2-2）的紧固连接；所述多孔活塞板固定组件（2-4）由多孔活塞板（2-4-1）、紧定螺钉（2-4-2）以及密封圈一（2-4-3）组成；所述多孔活塞板（2-4-1）外圆周端部设有多孔活塞凹槽（2-4-1-1），其用于与密封圈一（2-4-3）配合，实现多孔活塞板固定组件（2-4）与内部容腔（2-2-4）的密封连接；所述多孔活塞板（2-4-1）一侧端面均匀设有n个内螺纹盲孔（2-4-1-2），其用于与紧定螺钉（2-4-2）配合，实现发电组件（2-5）与多孔活塞板固定组件（2-4）的紧固连接；所述多孔活塞板（2-4-1）与内螺纹盲孔（2-4-1-2）同侧的中心位置设有圆形凹槽一（2-4-1-3），其用于与拨动轴组件（2-6）中复位弹簧（2-6-1）配合，实现拨动轴（2-6-2）的复位；所述紧定螺钉（2-4-2），其通过压板（2-5-1）前端的圆形通孔三（2-5-1-1）与多孔活塞板（2-4-1）一侧端面的内螺纹盲孔（2-4-1-2）旋合连接，实现多孔活塞板（2-4-1）与发电组件（2-5）的紧固连接；所述发电组件（2-5）由压板（2-5-1）、金属基板（2-5-2）和压电元件（2-5-3）组成；所述压板（2-5-1）为L形，其前端设有圆形通孔三（2-5-1-1），其用于与紧定螺钉（2-4-2）配合实现压板（2-5-1）与多孔活塞板（2-4-1）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）一端与压板（2-5-1）上所设方形通孔（2-5-1-2）配合，并用环氧树脂胶粘接固定；所述金属基板（2-5-2）上下两面分别与压电元件（2-5-3）贴合，并用环氧树脂胶粘接固定；所述压电元件（2-5-3）为方形压电元件，其与金属基板（2-5-2）上下两面分别贴合，并用环氧树脂胶粘接固定，其连接导线由腔体结构（2-2）上所设圆形通孔二（2-2-3）引出；所述拨动轴组件（2-6）由复位弹簧（2-6-1）以及拨动轴（2-6-2）组成；所述复位弹簧（2-6-1）的一端与多孔活塞板（2-4-1）上的圆形凹槽一（2-4-1-3）配合，另一端与拨动轴（2-6）一侧端部的圆形凹槽二（2-6-2-1）配合，实现复位弹簧（2-6-1）的固定；所述拨动轴（2-6-2）一侧端部设有圆形凹槽二（2-6-2-1），其用于与复位弹簧（2-6-1）配合，实现复位弹簧（2-6-1）的固定；所述拨动轴（2-6-2）的外圆周设有拨动凸缘（2-6-2-2），其用于拨动发电组件（2-5）中的金属基板（2-5-2），实现压电元件（2-5-3）的电能输出；所述拨动轴（2-6-2）的另一侧端部设有内螺纹盲孔二（2-6-2-3），其用于与固定螺钉（2-7-2）配合，实现单孔活塞板（2-7-1）与拨动轴（2-6-2）的紧固连接；所述单孔活塞板固定组件（2-7）由单孔活塞板（2-7-1）、固定螺钉（2-7-2）以及密封圈二（2-7-3）组成；所述单孔活塞板（2-7-1）外圆周端部设有单孔活塞凹槽（2-7-1-1），其用于与密封圈二（2-7-3）配合，实现单孔活塞板固定组件（2-7）与内部容腔（2-2-4）的密封连接；所述单孔活塞板（2-7-1）的中心位置设有圆形通孔四（2-7-1-2），其用于与固定螺钉（2-7-2）配合，实现单孔活塞板（2-7-1）与拨动轴（2-6-2）的紧固连接；所述固定螺钉（2-7-2），其通过单孔活塞板（2-7-1）中心位置的圆形通孔四（2-7-1-2）与拨动轴（2-6-2）另一侧端部的内螺纹盲孔二（2-6-2-3）旋合连接，实现单孔活塞板（2-7-1）与拨动轴（2-6-2）的紧固连接。

2.根据权利要求1所述的双激励拨动式气动压电俘能器，其特征在于所述气动压电俘能器（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所述的双激励拨动式气动压电俘能器，其特征在于所述激励源可为气缸或其它适宜的气动元件。