[發明專利]一種正背壓雙側激勵的氣壓能量轉換器

有效

• 申請號: 202010015650.9
• 申請日: 2020-01-07
• 公開（公告）號: CN111064389B
• 公開（公告）日: 2022-09-30
• 發明（設計）人: 包鋼;王英廷;向東;吳首岐;王星顯;江菡;宮郅良
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工業大學
• 主分類號: H02N2/18
• 分類號: H02N2/18;H02J7/32
• 代理公司: 哈爾濱龍科專利代理有限公司 23206
• 代理人: 高媛

一種正背壓雙側激勵的氣壓能量轉換器，屬于微能源收集技術領域。壓電基座的環形壓電片密封槽及環形端蓋密封槽內均放置有密封圈，壓電基座的階梯型孔的臺階端面上設置有壓電片，密封蓋設置在壓電基座的階梯型孔內，密封蓋與壓電基座可拆卸固定連接，上端蓋設置在壓電基座上且二者可拆卸固定連接，上端蓋與壓電基座之間形成背壓腔室，連接基座中的連接基座內螺紋與壓電基座外螺紋旋合連接，密封蓋的導氣孔與壓電基座的氣體流道相通設置，氣體流道內旋合有絲堵，絲堵中心設有節流孔。本發明具有簡單的結構，并可將機械能轉化為電能的技術優勢，在氣動系統智能化及微能源收集與轉化技術中具有廣闊的實際應用前景。

技術領域

本發明涉及一種正背壓雙側激勵的氣壓能量轉換器，屬于微能源收集技術領域。

背景技術

當前利用光伏、靜電、壓電等手段收集自然能源轉化為電能并存儲的研究已滲透到許多領域，例如光伏電池車載充電裝置能夠通過將光能轉化為電能，并存儲于蓄電池中以延長電池的續航里程。

壓電材料具有能量轉換效率高、裝置結構簡單、不受電磁干擾以及使用壽命長等優勢，其具有的正壓電效應可有效轉化振動、沖擊等能量為電能，因此成為微能源收集領域所利用的主要材料之一。同時為了滿足氣動系統節能、環保、綠色、可持續發展的行業發展需求，氣動系統中許多無線傳感器功耗已經降低至毫瓦甚至微瓦級水平。因此，利用壓電材料對氣動系統自身能量進行電能轉化，并通過整流電路將電能存儲于蓄電池，可成為一種延長蓄電池使用壽命的新方法。

現有無線傳感器采用蓄電池供電，而現有技術下蓄電池的能量密度有限，不能夠長時間供電，這就帶來了無線傳感器需要頻繁更換的問題。實際情況中，往往需要大量的無線傳感器，一方面廢棄的電池會污染環境；另一方面為眾多傳感器更換電池費時費力，造成不必要的人力資源浪費。因此需要一種能量轉換裝置，可以直接將環境能量轉化為電能，為無線傳感器供電。本發明將基于此設計一種能量氣體能量直接轉化為電能的裝置。

發明內容

本發明的目的在于設計一種可以將氣體能量直接轉化為電能的裝置，該部分電能可為傳感器直接提供能量，使其正常工作，通過正背壓的激勵提高能量轉化效率，設計了一種正背壓雙側激勵的氣壓能量轉換器。

本發明通過壓電材料收集氣動系統環境能量轉化為電能從而為蓄電池供電，以達到為傳感器持續穩定供能的目的。

本發明的技術特點是：傳統的壓電能量轉化方式是在一側施加壓力，壓電片會有電能產生。在實驗室發現如果在壓電片背壓側施加一定的載荷，可使電能輸出得到顯著的提升，例如直徑為25mm的壓電陶瓷，在30kPa的背壓預載荷下，施加200kPa的正向壓力，輸出電能是無背壓狀態下的300％。本發明為實現電能的提升，設計了一種正背壓雙側激勵的氣壓能量轉換器。該轉換器可以實現雙側激勵，并且通過調節節流孔開度可實現氣體壓力能的充分利用，選用不同開度的節流孔進行裝配，加工時可分別加工0.2,0.4,0.6,0.8,1.0mm的節流孔，根據需要進行裝配，以此調節上下層的壓力差。

實現上述目的，本發明采取的技術方案是：

一種正背壓雙側激勵的氣壓能量轉換器，包括上端蓋、連接基座、密封蓋、壓電基座、壓電片及絲堵；

所述上端蓋上設有上端蓋進氣螺紋孔和壓力測量連接孔；所述連接基座中部上下端貫通，連接基座內壁設有連接基座內螺紋；所述密封蓋側壁上端設有環形外沿一，所述環形外沿一上設有導氣孔和密封蓋引線槽，所述密封蓋引線槽兩端通至密封蓋的內外側壁；所述壓電基座外形由上至下由大直徑圓柱體、中直徑圓柱體及小直徑圓柱體組成，壓電基座上端面設有多個壓電基座螺紋連接孔，壓電基座設有階梯型孔，所述階梯型孔的臺階端面上設有環形壓電片密封槽，壓電基座上端面位于壓電基座螺紋連接孔外側設有環形端蓋密封槽，所述小直徑圓柱體外壁設有壓電基座外螺紋，壓電基座上設有貫通其上下端面的氣體流道，所述氣體流道下部為螺紋孔，所述中直徑圓柱體側壁上設有貫通其壁厚的背壓流道，壓電基座上端面設有壓電基座引線槽；