[發明專利]面向物聯網節點供能的微環流孔射流激勵壓電發電裝置

有效

• 申請號: 201610821729.4
• 申請日: 2016-09-14
• 公開（公告）號: CN106357158B
• 公開（公告）日: 2018-03-27
• 發明（設計）人: 程廷海;李恒禹;趙宏偉;包鋼;孫浩;宋兆陽;秦峰
• 申請（專利權）人: 長春工業大學
• 主分類號: H02N2/18
• 分類號: H02N2/18
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及一種面向物聯網節點供能的微環流孔射流激勵壓電發電裝置，屬于低功耗電子設備供能技術領域。

背景技術

隨著裝備制造技術智能化水平的不斷提高，并伴隨著其與物聯網技術的深度融合，大量的物聯網節點在機械制造裝備領域得到了廣泛應用。同時，這也對物聯網節點的工作指標提出了較高的技術需求，對物聯網節點進行穩定可靠的持續供電是保證物聯網節點正常工作的前提。當前機械制造領域的物聯網節點供能方式主要包括電源直接供能和化學電池供能兩種方式。然而，電源直接供能方式存在電磁干擾嚴重、系統布線復雜等問題；化學電池供能方式則存在電池使用壽命有限、需定期更換以及環境污染等不足。因此，需研究一種用于物聯網節點供能的新型能源俘獲技術以解決傳統供能技術所帶來的諸多缺陷。

利用壓電發電元件的正壓電效應俘獲環境微能源轉化為電能的環境微能源收集與轉化技術，由于具有能量轉換效率高、清潔無污染、不受電磁干擾以及使用壽命長等優勢，成為微能源轉化與供給技術的研究熱點。氣體的壓縮能量是工業生產中大量存在能量形式，其具備安全清潔可再生等優勢。因此，合理利用工業生產環境中的氣體壓縮能量，結合壓電發電元件的正壓電效應將氣體壓縮能量轉化為電能為無線物聯網節點供能，可有效解決傳統電源供能帶來的布線復雜及化學電池供能帶來的需定期更換、污染環境等問題。這對提高工業制造裝備技術的智能化水平具有促進作用。然而，當前工業環境中壓電發電裝置大多不能將氣體壓力能直接轉化為電能，或能量轉化效率較低制約了此類裝置在物聯網節點、低功耗傳感器和低功耗器件等低功耗電子設備供能技術領域的應用。

發明內容

為解決當前工業環境中用于俘獲氣體壓力能發電的微能源發電裝置存在的發電效率低等技術問題，本發明公開一種面向物聯網節點供能的微環流孔射流激勵壓電發電裝置，為物聯網節點供能提供一種可持續并且高效的壓電發電裝置。

本發明所采用的技術方案是：

所述一種面向物聯網節點供能的微環流孔射流激勵壓電發電裝置包括微孔隙流量放大裝置、柔性菱形發電裝置和緊定螺釘，微孔隙流量放大裝置通過緊定螺釘與柔性菱形發電裝置螺紋連接；所述微孔隙流量放大裝置包括進氣端、進氣端螺釘、進氣端密封圈、連接套筒、排氣端密封圈、排氣端和排氣端螺釘；所述進氣端通過進氣端螺釘與連接套筒螺紋連接，進氣端通過進氣端密封圈與連接套筒氣體密封；連接套筒通過排氣端螺釘與排氣端螺紋連接，連接套筒通過排氣端密封圈與排氣端氣體密封；所述的柔性菱形發電裝置包括圓形擋流板、發電端安裝支座和菱形壓電發電組件；所述圓形擋流板與發電端安裝支座滑動配合，圓形擋流板與菱形壓電發電組件固定，菱形壓電發電組件與發電端安裝支座固定。

所述進氣端設置有引流孔、進氣端螺紋孔，進氣端螺紋孔與進氣端螺釘螺紋連接；進氣端設置有進氣端密封圈凹槽，進氣端密封圈凹槽與進氣端密封圈固定；進氣端設置有進氣端連通孔。所述連接套筒設置有進氣端套筒螺紋孔，進氣端套筒螺紋孔與進氣端螺釘螺紋連接；連接套筒設置有進氣孔；連接套筒設置有排氣端套筒螺紋孔，排氣端套筒螺紋孔與排氣端螺釘螺紋連接。所述排氣端設置有噴氣端連通孔、排氣端密封圈凹槽、噴氣口螺紋孔、增流裝置螺紋連接孔和錐形噴氣口；排氣端密封圈凹槽與排氣端密封圈固定，噴氣口螺紋孔與排氣端螺釘螺紋連接，增流裝置螺紋連接孔與緊定螺釘螺紋連接。

所述圓形擋流板設置有加壓端連接孔和導向圓柱；所述發電端安裝支座設置有螺紋連接孔、發電機排氣孔、受壓端連接孔和導向圓環，導向圓環與導向圓柱滑動接觸配合；所述菱形壓電發電組件包括固定基板和壓電發電元件。

所述進氣端連通孔的直徑為d₁，d₁的取值范圍為10~25 mm；進氣端與排氣端間的重合長度為b，b的取值范圍為10~20 mm；所述噴氣端連通孔的直徑為d₂，d₁與d₂的比值為Z=d₁/d₂，Z的取值范圍為0.5~0.8；錐形噴氣口的錐角為β，β的取值范圍為0~25°。

所述圓形擋流板的直徑為d₃，圓形擋流板與噴氣端連通孔的直徑比為W=d₃/d₂，W的取值范圍為0.5~0.9；所述導向圓環的長度為L，導向圓柱的長度M，導向圓環與導向圓柱的長度比為P=L/M，P的取值范圍為0.3~0.8。