[發明專利]一種用于高壓管道的活塞式磁力升頻壓電俘能器

有效

• 申請號: 201711042275.1
• 申請日: 2017-10-31
• 公開（公告）號: CN107592032B
• 公開（公告）日: 2019-09-10
• 發明（設計）人: 程廷海;王錚;劉文博;包鋼;王英廷;喬永祿;陳鵬飛
• 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

本發明涉及一種用于高壓管道的活塞式磁力升頻壓電俘能器，屬于氣動技術領域。

背景技術

氣動技術是以空氣壓縮機為動力源，以壓縮空氣為工作介質，進行能量和信號傳遞的工程技術，是實現自動化生產與工業控制的重要手段之一，以其成本低、污染小、易調控等優點在加工、制造、汽車生產等領域中應用廣泛。隨著氣動技術的不斷發展，人們對氣動系統智能化的要求也越來越高，物聯網技術在氣動系統中的應用則是實現氣動技術智能化的主要方式之一。目前，氣動系統中物聯網節點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供電線路復雜，增加系統維護的成本和困難程度；而化學電池供電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，難以滿足傳感器和無線通信模塊持續工作的要求；同時，電池含有重金屬，廢舊電池處理不當會造嚴重的環境污染。因此，需研究一種用于氣動系統中物聯網節點供能的新型能源供給技術以解決傳統供能技術所帶來的諸多弊端。

利用壓電材料的正壓電效應俘獲環境微能源轉化為電能的環境能源收集技術，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。在氣動系統中，管道內的壓縮氣體存在巨大的能量，其也具備安全清潔可再生等優勢。因此，合理利用氣動系統的氣體能量，結合壓電材料的正壓電效應將氣體能量轉化為電能為氣動系統中物聯網節點供能，可有效解決外接電路供電帶來的布線復雜及電池供電帶來的需定期更換、污染環境等問題，對提高氣動系統的智能化水平具有促進作用。然而氣動系統中的振動大都是低頻振動，但目前大多數壓電俘能器簡諧振動頻率較高，導致其機電轉化效率低、功率小，限制了壓俘能器機在氣動技術領域的發展與應用。

發明內容

為解決當前氣動系統中物聯網節點供能的壓電俘能器機電轉化效率低、功率小等問題，本發明公開一種用于高壓管道的活塞式磁力升頻壓電俘能器，為氣動系統中物聯網節點提供一種功率大、轉化效率高的供電裝置。

本發明所采用的技術方案是：所述一種用于高壓管道的活塞式磁力升頻壓電俘能器由高壓氣體激勵驅動組件、環形壓電發電組件和緊固螺釘組成，其中高壓氣體激勵驅動組件和環形壓電發電組件通過緊固螺釘緊固連接。

所述高壓氣體激勵驅動組件包括高壓氣體腔、氣管快速接頭、活塞、彈簧、圓柱磁鐵和墊圈；所述氣管快速接頭安裝在高壓氣體腔兩端，氣管快速接頭用于與外界氣動元件配合，便于高壓氣體激勵驅動組件的安裝固定，所述活塞置于高壓氣體腔的環形凹面內，初始狀態，活塞頂端與墊圈完全接觸，活塞采用氣密性較好的橡膠材料制成，所述活塞設置有環形凹槽和活塞底面，環形凹槽置于活塞的底端，其用于圓柱磁鐵的粘接固定，所述彈簧一端作用在活塞底面，另一端置于腔體的端面，彈簧的彈力可促使活塞復位，所述墊圈外環中部設置有環形缺口，環形缺口用于與墊圈限位板配合，實現墊圈的固定，所述墊圈對活塞的運動起到緩沖作用。

所述高壓氣體腔的末端設置有通孔Ⅰ，所述通孔Ⅰ與環形壓電發電組件中腔體上方的螺紋孔Ⅰ通過緊定螺釘的作用，實現高壓氣體激勵驅動組件與環形壓電發電組件的固定，所述高壓氣體腔末端附近設有環形凹面，環形凹面內側涂抹潤滑油，使活塞在高壓氣體腔內正常運動，所述高壓氣體腔設置有墊圈限位板，其用于墊圈的安裝。

所述環形壓電發電組件由腔體、發電組件Ⅰ、發電組件Ⅱ、矩形磁鐵、后端蓋和緊定螺釘組成，其中發電組件Ⅰ和發電組件Ⅱ膠粘固定在腔體內，矩形磁鐵分別膠粘在發電組件Ⅰ的固定梁Ⅰ和發電組件II的固定梁II上，，后端蓋和腔體通過緊定螺釘緊固連接。

所述腔體設置有螺紋孔Ⅰ、端面、擋板、固定架Ⅰ、固定架Ⅱ和螺紋孔Ⅱ；所述螺紋孔Ⅰ周向均布在腔體上方，其用于腔體的固定，所述端面位于腔體的端部，所述擋板置于端面內側，擋板可限制彈簧的徑向運動，所述固定架Ⅰ設置有壓電組件粘接面Ⅰ，其用于與發電組件Ⅰ的貼合面Ⅰ貼合，所述固定架Ⅱ設置有壓電組件粘接面Ⅱ，其用于與發電組件Ⅱ的貼合面Ⅱ貼合，所述螺紋孔Ⅱ置于腔體的底端，其用于實現端蓋的固定。