CN208479492U - 一种用于气动系统传感器供能的磁力辅助压电发电装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种用于气动系统传感器供能的磁力辅助压电发电装置，为解决当前现有的压电供能装置存在能量收集率低，能量收集带宽窄，产生的电能小等问题。本实用新型包括气管连通装置、发电装置组件、旋转驱动装置和紧定螺钉Ⅰ四部分，所述气管连通装置和发电装置组件通过紧定螺钉Ⅰ紧固连接，所述旋转驱动装置通过和滚珠轴承过盈配合安装在发电装置组件上。本实用新型利用磁力间的相互作用和压电材料的正压电效应对气体能量进行充分收集，增大了压电元件的振幅，拓宽了能量收集带宽，显著提高俘能装置的能量收集效率和电能产生效率，在气动系统中传感器供能方面具有广泛的应用前景。

Description

一种用于气动系统传感器供能的磁力辅助压电发电装置

技术领域

本实用新型涉及一种用于气动系统传感器供能的磁力辅助压电发电装置，属于新能源和气动技术领域。

背景技术

在工业生产过程中，常利用气动技术来实现自动化生产与工业控制。气动技术与其他的传动和控制方式相比，其装置价格相对低廉、安装维护简单，使用安全、无污染、高速高效。而且气动控制具有防火、防爆、防潮等功能。因此，气动技术应用广泛在加工、制造等领域中。在气动系统管道内，存在着巨大的能量，尚未有效利用。而气动系统管道内布置有众多传感器，用于监测管道流体的流量、压力等数据。目前传感器较多使用化学电池供电或是外接线路直接供电的方式，化学电池寿命有限，需要定期更换，导致成本增加和环境污染，而直接供电需要布置线路，存在维修相对不便等问题。

利用压电材料的正压电效应俘获环境微能源转化为电能的环境能源收集技术，具有能量转换效率高、清洁无污染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。气动系统中的压缩气体也具有安全清洁可再生等优势。因此，合理利用气动系统中的气体能量，结合压电材料的正压电效应将气体能量转化为电能为气动系统传感器供能，可有效解决外接电路供电带来的布线复杂及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。目前已经有压电俘能装置应用气动系统管道环境为传感器供能，但其发电供能装置存在能量收集率低，能量收集带宽窄，产生的电能小等问题。因此，需研究一种用于气动系统中传感器的新型能源供给技术以解决目前所存在的问题。

发明内容

为解决当前已有压电俘能装置在低频高压气体激励时存在的俘能频带窄、能量收集效率低、功率小等技术问题，本实用新型公开了一种用于气动系统传感器供能的磁力辅助压电发电装置，为低功耗电子设备提供一种俘能频带宽、能量收集效率高、功率大的供能装置。

本实用新型采用的技术方案是：

所述一种用于气动系统传感器供能的磁力辅助压电发电装置包括气管连通装置、发电装置组件、旋转驱动装置、紧定螺钉Ⅰ四部分。所述气管连通装置和发电装置组件通过紧定螺钉Ⅰ紧固连接，所述旋转驱动装置通过和滚珠轴承过盈配合安装在发电装置组件上。

所述气管连通装置中间开口位置均匀对称布置有沉头孔，紧定螺钉Ⅰ通过沉头孔与螺纹孔Ⅱ紧固连接，缺口管壁对称布置在气管连通装置的开口左右两侧。

所述发电装置组件设置有底座、端盖、紧定螺钉Ⅱ、滚珠轴承和压电发电组件；其中端盖对称布置在底座顶部的左右两侧，通过紧定螺钉Ⅱ螺纹连接固定，滚珠轴承对称放置在底座左右内壁的轴承安装孔中，安装固定在底座上，压电发电组件均匀对称分布在底座的前后内壁上。

所述底座顶部靠近边缘的位置设置有螺纹孔Ⅰ，通过紧定螺钉Ⅱ固定到底座上，所述螺纹孔Ⅱ布置在底座半圆缺口底部，其与紧定螺钉Ⅰ紧固连接，所述轴承安装孔对称设置在左右内壁中部位置，用于安装滚珠轴承；所述端盖顶部均匀设置有通孔Ⅰ，紧定螺钉Ⅱ通过通孔Ⅰ与螺纹孔Ⅰ进行紧固连接，弧形凹槽布置在端盖侧面，其与缺口管壁配合安装，实现管道密闭不漏气；所述压电发电组件设置有压电元件和方形磁铁，所述压电元件粘接到底座的内壁上，所述方形磁铁通过胶粘连接到压电元件的外表面上。

所述旋转驱动装置设置有驱动轮和驱动组件，所述驱动组件对称分布在驱动轮两侧，通过螺纹连接实现安装固定；所述驱动轮设置有叶轮和外螺纹，所述叶轮布置在驱动轮的中间位置，实现气体动能转化为机械能，为驱动组件提供动力来源，所述外螺纹对称布置在叶轮的两侧端部，其与内螺纹螺纹连接固定；所述驱动组件设置有旋转轴、转轮、转轴和屈曲结构，所述旋转轴一侧端部设有内螺纹，另一侧靠近端部的位置设有轴肩，用以限制旋转轴的轴向位移，所述转轮固定在旋转轴上，所述盲孔位于转轮的侧面，呈对称分布，用以安装固定转轴，所述转轴位于转轮的两侧，所述转轴设置有连接曲面、固定凹槽和固定磁块，所述连接曲面位于转轴的端部，其与盲孔过盈配合连接，所述固定凹槽在转轴外轮廓上对称设置有两排，其用于固定磁块的胶粘固定；所述屈曲结构设置有曲面和凸起结构，所述曲面通过胶粘粘接在底座的前后内壁上，所述凸起结构与齿轮挤压接触，使曲面上的PVDF膜发生弯曲形变，产生电能。

本实用新型的有益效果是：本实用新型利用磁铁间的相互作用使发电组件产生弯曲形变，利用正压电效应实现能量转化，将气体冲击动能转化成电能。本实用新型对气体冲击所产生的能量进行充分的俘获，扩大了压电元件的振幅，拓宽了能量收集带宽，进而提高能量的收集效率，提升俘能器的电能产生效率和功率，在气动系统中传感器供能方面具有广泛的应用前景。

附图说明

图1所示为本实用新型提出的一种用于气动系统传感器供能的磁力辅助压电发电装置的结构示意图；

图2 所示为本实用新型提出的一种用于气动系统传感器供能的磁力辅助压电发电装置中气管连通装置的结构示意图；

图3所示为本实用新型提出的一种用于气动系统传感器供能的磁力辅助压电发电装置中发电装置组件的结构示意图；

图4所示为本实用新型提出的一种用于气动系统传感器供能的磁力辅助压电发电装置中底座的结构示意图；

图5所示为本实用新型提出的一种用于气动系统传感器供能的磁力辅助压电发电装置中端盖的结构示意图；

图6所示为本实用新型提出的一种用于气动系统传感器供能的磁力辅助压电发电装置中压电发电组件的结构示意图；

图7所示为本实用新型提出的一种用于气动系统传感器供能的磁力辅助压电发电装置中旋转驱动装置的结构示意图；

图8所示为本实用新型提出的一种用于气动系统传感器供能的磁力辅助压电发电装置中驱动轮的结构示意图；

图9所示为本实用新型提出的一种用于气动系统传感器供能的磁力辅助压电发电装置中旋转轴的结构示意图；

图10所示为本实用新型提出的一种用于气动系统传感器供能的磁力辅助压电发电装置中转轴的结构示意图；

图11所示为本实用新型提出的一种用于气动系统传感器供能的磁力辅助压电发电装置中固定磁块的结构示意图；

图12所示为本实用新型提出的一种用于气动系统传感器供能的磁力辅助压电发电装置中屈曲结构的结构示意图。

具体实施方式

具体实施方式：结合图1~图12说明本实施方式。

本实施方式提供了一种用于气动系统传感器供能的磁力辅助压电发电装置的具体实施方案。所述一种用于气动系统传感器供能的磁力辅助压电发电装置包括气管连通装置1、发电装置组件2、旋转驱动装置3、紧定螺钉Ⅰ4四部分。所述气管连通装置1和发电装置组件2通过紧定螺钉Ⅰ4紧固连接，所述旋转驱动装置3通过和滚珠轴承2-4过盈配合安装在发电装置组件2上。

所述气管连通装置1中间开口位置均匀对称布置有沉头孔1-1，紧定螺钉Ⅰ4通过沉头孔1-1与螺纹孔Ⅱ2-1-2紧固连接，缺口管壁1-2对称布置在气管连通装置1的开口左右两侧。

所述发电装置组件2设置有底座2-1、端盖2-2、紧定螺钉Ⅱ2-3、滚珠轴承2-4和压电发电组件2-5；其中端盖2-2对称布置在底座2-1顶部的左右两侧，通过紧定螺钉Ⅱ2-3螺纹连接固定，滚珠轴承2-4对称放置在底座2-1左右内壁的轴承安装孔2-1-3中，安装固定在底座2-1上，压电发电组件2-5均匀对称分布在底座2-1的前后内壁上。

所述底座2-1设置有螺纹孔Ⅰ2-1-1、螺纹孔Ⅱ2-1-2和轴承安装孔2-1-3，所述螺纹孔Ⅰ2-1-1布置在底座2-1顶部靠近边缘的位置，通过紧定螺钉Ⅱ2-3固定到底座2-1上，所述螺纹孔Ⅱ2-1-2布置在底座2-1半圆缺口底部，其与紧定螺钉Ⅰ4紧固连接，所述轴承安装孔2-1-3对称设置在左右内壁中部位置，用于安装滚珠轴承2-4；所述端盖2-2顶部均匀设置有通孔Ⅰ2-2-1，紧定螺钉Ⅱ2-3通过通孔Ⅰ2-2-1与螺纹孔Ⅰ2-1-1进行紧固连接，弧形凹槽2-2-2布置在端盖2-2侧面，其与缺口管壁1-2配合安装，实现管道密闭不漏气；所述压电发电组件2-5设置有压电元件2-5-1和方形磁铁2-5-2，所述压电元件2-5-1粘接到底座2-1的内壁上，所述方形磁铁2-5-2通过胶粘连接到压电元件2-5-1的外表面上。

所述旋转驱动装置3设置有驱动轮3-1和驱动组件3-2，所述驱动组件3-2对称分布在驱动轮3-1两侧，通过螺纹连接实现安装固定；所述驱动轮3-1设置有叶轮3-1-1和外螺纹3-1-2，所述叶轮3-1-1布置在驱动轮3-1的中间位置，实现气体动能转化为机械能，为驱动组件3-2提供动力来源，所述外螺纹3-1-2对称布置在叶轮3-1-1的两侧端部，其与内螺纹3-2-1-1螺纹连接固定；所述驱动组件3-2设置有旋转轴3-2-1、转轮3-2-2、转轴3-2-3和屈曲结构3-2-4，所述旋转轴3-2-1一侧端部设有内螺纹3-2-1-1，另一侧靠近端部的位置设有轴肩3-2-1-2，用以限制旋转轴3-2-1的轴向位移，所述转轮3-2-2固定在旋转轴3-2-1上，所述转轮3-2-2设置有盲孔3-2-2-1和齿轮3-2-2-2，所述盲孔3-2-2-1位于转轮3-2-2的侧面，呈对称分布，用以安装固定转轴3-2-3，所述转轴3-2-3位于转轮3-2-2的两侧，所述转轴3-2-3设置有连接曲面3-2-3-1、固定凹槽3-2-3-2和固定磁块3-2-3-3，所述连接曲面3-2-3-1位于转轴3-2-3的端部，其与盲孔3-2-2-1过盈配合连接，所述固定凹槽3-2-3-2在转轴3-2-3外轮廓上对称设置有两排，其用于固定磁块3-2-3-3的胶粘固定；所述屈曲结构3-2-4设置有曲面3-2-4-1和凸起结构3-2-4-2，所述曲面3-2-4-1通过胶粘粘接在底座2-1的前后内壁上，所述凸起结构3-2-4-2与齿轮3-2-2-2挤压接触，使曲面3-2-4-1上的PVDF膜发生弯曲形变，产生电能。

工作原理：本实用新型所设计的一种用于气动系统传感器供能的磁力辅助压电发电装置将气体冲击动能转化成电能。利用驱动轮3-1将气体动能转化成转动机械能，带动齿轮3-2-2-2和转轴3-2-3上的固定磁块3-2-3-3旋转，齿轮3-2-2-2挤压屈曲结构3-2-4，使其上面的PVDF膜发生弯曲形变，产生电能，固定磁块3-2-3-3与方形磁铁2-5-2磁力相斥，从而使压电元件2-5-1发生弯曲变形，基于压电元件的正压电效应，将机械能转化为电能，实现能量的收集利用。本实用新型的技术优势在于通过多层压电发电组件同时工作，对气体冲击所产生的能量进行充分的俘获，拓宽了能量收集带宽，提高了能量的收集效率，提升了俘能装置的功率。

综合以上所述内容，本实用新型设计的一种用于气动系统传感器供能的磁力辅助压电发电装置，将气体动能转化成电能。本实用新型利用磁力间的相互作用和压电元件的正压电效应对气体能量进行充分收集，拓宽了能量收集带宽，提高俘能装置的能量收集效率。在气动系统中传感器供能方面具有广泛的应用前景。

Claims (4)

1.一种用于气动系统传感器供能的磁力辅助压电发电装置，其特征在于：所述一种用于气动系统传感器供能的磁力辅助压电发电装置包括气管连通装置（1）、发电装置组件（2）、旋转驱动装置（3）、紧定螺钉Ⅰ（4）四部分，所述气管连通装置（1）和发电装置组件（2）通过紧定螺钉Ⅰ（4）紧固连接，所述旋转驱动装置（3）通过和滚珠轴承（2-4）过盈配合安装在发电装置组件（2）上，所述气管连通装置（1）中间开口位置均匀对称布置有沉头孔（1-1），紧定螺钉Ⅰ（4）通过沉头孔（1-1）与螺纹孔Ⅱ（2-1-2）紧固连接，缺口管壁（1-2）对称布置在气管连通装置（1）的开口左右两侧；所述发电装置组件（2）设置有底座（2-1）、端盖（2-2）、紧定螺钉Ⅱ（2-3）、滚珠轴承（2-4）和压电发电组件（2-5），其中端盖（2-2）对称布置在底座（2-1）顶部的左右两侧，通过紧定螺钉Ⅱ（2-3）螺纹连接固定，滚珠轴承（2-4）对称放置在底座（2-1）左右内壁的轴承安装孔（2-1-3）中，安装固定在底座（2-1）上，压电发电组件（2-5）均匀对称分布在底座（2-1）的前后内壁上；所述旋转驱动装置（3）设置有驱动轮（3-1）和驱动组件（3-2），所述驱动组件（3-2）对称分布在驱动轮（3-1）两侧，通过螺纹连接实现安装固定连接。

2.根据权利要求1所述的一种用于气动系统传感器供能的磁力辅助压电发电装置，其特征在于：所述底座（2-1）设置有螺纹孔Ⅰ（2-1-1）、螺纹孔Ⅱ（2-1-2）和轴承安装孔（2-1-3），所述螺纹孔Ⅰ（2-1-1）布置在底座（2-1）顶部靠近边缘的位置，通过紧定螺钉Ⅱ（2-3）固定到底座（2-1）上，所述螺纹孔Ⅱ（2-1-2）布置在底座（2-1）半圆缺口底部，所述螺纹孔Ⅱ（2-1-2）与紧定螺钉Ⅰ（4）紧固连接，所述轴承安装孔（2-1-3）对称设置在左右内壁中部位置，安装滚珠轴承（2-4）；所述端盖（2-2）顶部均匀设置有通孔Ⅰ（2-2-1），紧定螺钉Ⅱ（2-3）通过通孔Ⅰ（2-2-1）与螺纹孔Ⅰ（2-1-1）进行紧固连接，弧形凹槽（2-2-2）布置在端盖（2-2）侧面，所述弧形凹槽（2-2-2）与缺口管壁（1-2）配合安装，所述压电发电组件（2-5）设置有压电元件（2-5-1）和方形磁铁（2-5-2），所述压电元件（2-5-1）粘接到底座（2-1）的内壁上，所述方形磁铁（2-5-2）通过胶粘连接到压电元件（2-5-1）的外表面上。

3.根据权利要求1所述的一种用于气动系统传感器供能的磁力辅助压电发电装置，其特征在于：所述驱动轮（3-1）设置有叶轮（3-1-1）和外螺纹（3-1-2），所述叶轮（3-1-1）布置在驱动轮（3-1）的中间位置，所述外螺纹（3-1-2）对称布置在叶轮（3-1-1）的两侧端部，所述外螺纹（3-1-2）与内螺纹（3-2-1-1）螺纹连接固定；所述驱动组件（3-2）设置有旋转轴（3-2-1）、转轮（3-2-2）、转轴（3-2-3）和屈曲结构（3-2-4），所述旋转轴（3-2-1）一侧端部设有内螺纹（3-2-1-1），另一侧靠近端部的位置设有轴肩（3-2-1-2），所述轴肩（3-2-1-2）与滚珠轴承（2-4）配合连接，所述转轮（3-2-2）固定在旋转轴（3-2-1）上，所述转轮（3-2-2）设置有盲孔（3-2-2-1）和齿轮（3-2-2-2），所述盲孔（3-2-2-1）位于转轮（3-2-2）的侧面，呈对称分布，所述转轴（3-2-3）位于转轮（3-2-2）的两侧，所述转轴（3-2-3）设置有连接曲面（3-2-3-1）、固定凹槽（3-2-3-2）和固定磁块（3-2-3-3），所述连接曲面（3-2-3-1）位于转轴（3-2-3）的端部，所述连接曲面（3-2-3-1）与盲孔（3-2-2-1）过盈配合连接，所述固定凹槽（3-2-3-2）在转轴（3-2-3）外轮廓上对称设置有两排，所述屈曲结构（3-2-4）设置有曲面（3-2-4-1）和凸起结构（3-2-4-2），所述曲面（3-2-4-1）通过胶粘粘接在底座（2-1）的前后内壁上，所述凸起结构（3-2-4-2）与齿轮（3-2-2-2）挤压接触。

4.根据权利要求2所述的一种用于气动系统传感器供能的磁力辅助压电发电装置，其特征在于所述压电元件（2-5-1）选用压电陶瓷片PZT或柔性强韧性大的PVDF。