一种涡街激励下的升频压电-电磁复合发电装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种涡街激励下的升频压电‑电磁复合发电装置，为解决当前线性气动压电发电机的俘能频带窄，仅能在共振频率下高效俘获能量且能量密度低的局限。本发明专利技术包括矩形容气腔、涡街激励装置、限位轴和矩形线圈，涡街激励装置和限位轴安装在矩形容器腔内，矩形线圈粘接在矩形容器腔内的后端。涡街激励装置在低频高压气体激励下进行高频振动，其末端的磁铁切割矩形线圈实现电磁发电；同时涡街激励装置在运动过程中与限位轴发生碰撞，使得其悬臂梁产生形变，实现压电发电。本发明专利技术利用圆柱扰流效应提高了压电元件和磁铁的振动频率，将压电发电与电磁发电相结合，拓宽了发电装置的俘能带宽，提高了能量密度，在气动技术领域具有广阔的应用前景。

A rising frequency vortex excited by piezoelectric composite electromagnetic generator

The invention discloses a rising frequency vortex excited by piezoelectric composite electromagnetic generating device, in order to solve the linear pneumatic piezoelectric generator can capture narrow band, only at the resonance frequency, capture energy and low energy density limitations. The invention comprises a rectangular gas cavity, a vortex excitation device, a limiting shaft and a rectangular coil. The vortex excitation device and the limiting shaft are installed in the rectangular container cavity, and the rectangular coil is bonded to the rear end of the rectangular container cavity. The vortex excitation device performs high-frequency vibration under the excitation of low frequency and high pressure gas. The magnet at the end cuts the rectangular coil to realize electromagnetic power generation. Meanwhile, when the vortex excitation device collides with the limiting shaft in the process of motion, the cantilever beam is deformed to realize the piezoelectric power generation. The invention improves the vibration frequency of piezoelectric elements and magnets by using the cylinder disturbing effect, combines the piezoelectric power generation with the electromagnetic power generation, expands the capture bandwidth of the power generation device, and improves the energy density, and has wide application prospects in the field of pneumatic technology.

【技术实现步骤摘要】
一种涡街激励下的升频压电-电磁复合发电装置
本专利技术涉及一种涡街激励下的升频压电-电磁复合发电装置，属于气动

技术介绍
随着智能制造装备智能化水平要求的不断提高，无线传感技术与气动技术进行了深入融合，将大量无线传感器应用于气动系统，以完成气动系统的自检测与自感知是实现气动系统智能化的重要手段。为气动系统中大量无线传感器持续可靠的供能是保证其正常工作的前提，气动系统中无线传感器的供能方式主要以蓄电池直接供电为主，蓄电池存在使用寿命有限、更换频繁以及污染环境等问题。如何解决采用电源集中供电与化学电池供电方式存在的电磁干扰严重、系统布线复杂、不易维护以及使用寿命短、污染环境等诸多问题，成为制约气动系统智能化发展的关键性技术。将微能源进行电能转化并存储于蓄电池当中可有效延长蓄电池的使用寿命。在众多的俘能原理中，压电及电磁转换机理由于其较高的机电耦合系数及不需要外接电压源等特点，受到了越来越广泛的关注。同时为了满足气动系统节能、环保、绿色、可持续发展的行业发展需求，气动系统中许多无线传感器功耗已经降低至毫瓦甚至微瓦级水平。因此，利用压电材料对气动系统自身能量进行电能转化，并通过整流电路将电能存储于蓄电池，有望成为一种延长蓄电池使用寿命的新型蓄能方法。目前俘能装置的发电能量、能量转换效率及输出功率依然十分有限。当前线性气动压电发电装置的俘能频带窄，仅能在谐振频率下具有高的机电转换效率而且能量密度低，然而其谐振频率较高，而气动系统压力变化的频率较低。电磁发电能转换效率相对较高。但对于应用于振动环境中的微型电磁发电，相比压电发电，其电压输出相对较低，并且随着结构体积的减小电压输出显著下降。当前线性气动压电发电装置不能够充分俘获气动系统的压力能，严重地阻碍了自供能技术在为气动系统无线传感器供能领域的应用。所以，针对目前传统供能方式及已研究出的压电发电装置和电磁发电装置所存在的问题，研究开发一种俘能频带宽且能量密度高的发电装置成为必要。
技术实现思路
为了解决为解决当前线性气动压电发电机的俘能频带窄，仅能在共振频率下高效俘获能量且能量密度低的问题，本专利技术公开一种涡街激励下的升频压电-电磁复合发电装置。本专利技术所采用的技术方案是：所述一种涡街激励下的升频压电-电磁复合发电装置包括矩形容气腔、涡街激励组件、限位轴和矩形线圈组成，其中涡街激励组件和限位轴固定在矩形容气腔的上下两端面上，矩形线圈通过环氧树脂对称地粘接在矩形容气腔前后两侧面的末端，用于收集变化的磁场能。所述矩形容气腔设置有腔体、端盖、端盖固定螺钉，所述端盖固定螺钉用于将端盖固定在腔体,以实现端盖与腔体的紧固连接。所述腔体设置有进气通孔，其设置于腔体左端面的中部，用于引导高压气体进入腔体内；所述腔体设置有下轴承安装孔，其设置于腔体底面中心前端，其用于与深沟球轴承配合以实现对涡街激励组件的安装固定；所述腔体设置有限位下安装孔，其对称布置腔体底面中部，通过与限位轴上安装孔配合以实现对限位轴的安装固定；所述腔体设置有腔体安装螺纹孔，其均匀分布在腔体上端面的四个角上，腔体安装螺纹孔通过与端盖固定螺钉的螺纹配合，实现端盖的安装固定；所述端盖的前端中部设置有上轴承安装孔其用于与深沟球轴承配合以实现对涡街激励组件的安装固定；所述端盖的均匀设置有端盖安装通孔，其用于腔体的腔体安装螺纹孔和端盖固定螺钉配合，实现腔体与端盖紧固连接；所述端盖设置有限位轴上安装孔，其对称布置于端盖中部，其通过与限位轴下安装孔配合以实现对限位轴的安装固定。所述涡街激励组件包括深沟球轴承、连接环固定螺钉、驱动轴、连接环、基板固定螺钉、基板、方形磁铁和矩形压电片，其中深沟球轴承与驱动轴过盈配合，驱动轴和连接环通过连接环固定螺钉进行连接，连接环和基板通过基板固定螺钉进行连接，方形磁铁通过环氧树脂粘接在基板末端，矩形压电片通过环氧树脂粘接在基板的后端。所述驱动轴设置有轴承固定端面，其对称布置于驱动轴两端，用于限制深沟球轴承的轴向运动；所述驱动轴设置有连接环固定端面，其对称布置于驱动轴两端，用于限制连接环的轴向运动；所述驱动轴设置有扰流面，其布置于驱动轴中部，高压气体从进气通孔进入腔体内，经过扰流面后产生涡街作用在基板上，进而激励方形磁铁振动；所述驱动轴设置有连接环固定螺纹孔，其对称布置于驱动轴两端，用于限制连接环的轴向运动；所述连接环设置有基板连接螺纹孔，其布置于连接环的后端，基板固定螺钉与板连接螺纹孔进行螺纹配合，以实现基板与连接环的连接；所述连接环设置有连接环通孔，其布置于连接环侧面中部，用于限制连接环的圆周方向运动；所述基板设置有基板安装通孔，其对称布置于基板前端，用于连接环的基板连接螺纹孔和基板固定螺钉配合，实现连接环与基板紧固连接；所述基板设置有受风板，其布置于基板的前端，高压气体通过驱动轴后产生的涡街作用在受风板上；所述基板的后端设置有N根悬臂梁，N为大于等于2的正整数，；所述方形磁铁通过环氧树脂胶粘接在悬臂梁的末端；所述矩形压电片环氧树脂胶粘接在悬臂梁的前端。所述限位轴的中部设置有撞击面，其用于限制基板在涡街激励下的振幅，所述限位轴的两端对称布置有限位轴安装端面，其用于固定安装限位轴。本专利技术的有益效果是：在不影响工业生产的工作情况下，利用所专利技术的涡街激励组件可在低频高压气体的作用下激励基板高频振动，高频振动的基板与限位轴发生周期性的碰撞，基板后端的悬臂梁在惯性力的作用下产生应变，粘接在悬臂梁上的矩形压电片将应变能转换为电能，粘接在悬臂梁末端的磁铁也随着悬臂梁一起振动，通过与对应的矩形线圈配合利用电磁感应原理，将机械能转换为电能，进而实现了压电-电磁复合发电。本专利技术设计的俘能器可在低频激励下实现压电元件及磁铁的高频振动，提高了能量转换效率，并且将压电发电与电磁发电相结合提高了俘能器的功率密度，在气动
具有广阔的应用前景。附图说明图1所示为本专利技术提出的一种涡街激励下的升频压电-电磁复合发电装置的结构示意图；图2所示为本专利技术提出的一种涡街激励下的升频压电-电磁复合发电装置的矩形容气腔结构示意图；图3所示为本专利技术提出的一种涡街激励下的升频压电-电磁复合发电装置的腔体主视图；图4所示为本专利技术提出的一种涡街激励下的升频压电-电磁复合发电装置的端盖主视图；图5所示为本专利技术提出的一种涡街激励下的升频压电-电磁复合发电装置的涡街激励组件结构示意图；图6所示为本专利技术提出的一种涡街激励下的升频压电-电磁复合发电装置的驱动轴剖视图；图7所示为本专利技术提出的一种涡街激励下的升频压电-电磁复合发电装置的连接环结构示意图；图8所示为本专利技术提出的一种涡街激励下的升频压电-电磁复合发电装置的基板主视图；图9所示为本专利技术提出的一种涡街激励下的升频压电-电磁复合发电装置的限位轴结构示意图。具体实施方式具体实施方式：结合图1~图9说明本实施方式。本实施方式提供了一种涡街激励下的升频压电-电磁复合发电装置的具体实施方案。所述一种涡街激励下的升频压电-电磁复合发电装置包括矩形容气腔1、涡街激励组件2、限位轴3和矩形线圈4组成，其中涡街激励组件2和限位轴3固定在矩形容气腔1的内部，矩形线圈4通过胶粘的方式对称地粘接在矩形容气腔1前后两侧面的末端，用于收集变化的磁场能。所述矩形容气腔1设置有腔体1-1、端盖1-2、端盖固定螺钉1本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种涡街激励下的升频压电‑电磁复合发电装置，其特征在于该涡街激励下的升频压电‑电磁复合发电装置由矩形容气腔（1）、涡街激励组件（2）、限位轴（3）和矩形线圈（4）组成，其中涡街激励组件（2）和限位轴（3）固定在矩形容气腔（1）的上下两端面上，矩形线圈（4）通过胶粘的方式对称地粘接在矩形容气腔（1）前后两侧面的末端；所述矩形容气腔（1）设置有腔体（1‑1）、端盖（1‑2）、端盖固定螺钉（1‑3），其中腔体（1‑1）和端盖（1‑2）通过端盖固定螺钉（1‑3）进行螺纹连接；所述涡街激励组件（2）包括深沟球轴承（2‑1）、连接环固定螺钉（2‑2）、驱动轴（2‑3）、连接环（2‑4）、基板固定螺钉（2‑5）、基板（2‑6）、方形磁铁（2‑7）和矩形压电片（2‑8），其中所述深沟球轴承（2‑1）分别通过与下轴承安装孔（1‑1‑2）和上轴承安装孔（1‑2‑1）过盈配合固定在矩形容气腔（1）前端中部，所述驱动轴（2‑3）与深沟球轴承（2‑1）通过过盈配合固定在矩形容气腔（1）前端中部，所述连接环（2‑4）和驱动轴（2‑3）通过连接环固定螺钉（2‑2）对称地固定在驱动轴（2‑3）两端，所述基板（2‑6）通过基板固定螺钉（2‑5）和连接环（2‑4）进行连接，方形磁铁（2‑7）通过胶粘的方式对称地粘接在悬臂梁（2‑6‑3）两侧面的末端，矩形压电片（2‑8）通过胶粘的方式对称地粘接悬臂梁（2‑6‑3）两侧面上；所述限位轴（3）设置有撞击面（3‑1）和限位轴安装端面（3‑2），其中撞击面（3‑1）布置于限位轴（3）的中部，限位轴安装端面（3‑2）对称布置于限位轴（3）的两端，其分别与限位轴下安装孔（1‑1‑3）和限位轴上安装孔（1‑2‑3）配合，实现将限位轴（3）固定在矩形容气腔（1）的后端。...

【技术特征摘要】
1.一种涡街激励下的升频压电-电磁复合发电装置，其特征在于该涡街激励下的升频压电-电磁复合发电装置由矩形容气腔（1）、涡街激励组件（2）、限位轴（3）和矩形线圈（4）组成，其中涡街激励组件（2）和限位轴（3）固定在矩形容气腔（1）的上下两端面上，矩形线圈（4）通过胶粘的方式对称地粘接在矩形容气腔（1）前后两侧面的末端；所述矩形容气腔（1）设置有腔体（1-1）、端盖（1-2）、端盖固定螺钉（1-3），其中腔体（1-1）和端盖（1-2）通过端盖固定螺钉（1-3）进行螺纹连接；所述涡街激励组件（2）包括深沟球轴承（2-1）、连接环固定螺钉（2-2）、驱动轴（2-3）、连接环（2-4）、基板固定螺钉（2-5）、基板（2-6）、方形磁铁（2-7）和矩形压电片（2-8），其中所述深沟球轴承（2-1）分别通过与下轴承安装孔（1-1-2）和上轴承安装孔（1-2-1）过盈配合固定在矩形容气腔（1）前端中部，所述驱动轴（2-3）与深沟球轴承（2-1）通过过盈配合固定在矩形容气腔（1）前端中部，所述连接环（2-4）和驱动轴（2-3）通过连接环固定螺钉（2-2）对称地固定在驱动轴（2-3）两端，所述基板（2-6）通过基板固定螺钉（2-5）和连接环（2-4）进行连接，方形磁铁（2-7）通过胶粘的方式对称地粘接在悬臂梁（2-6-3）两侧面的末端，矩形压电片（2-8）通过胶粘的方式对称地粘接悬臂梁（2-6-3）两侧面上；所述限位轴（3）设置有撞击面（3-1）和限位轴安装端面（3-2），其中撞击面（3-1）布置于限位轴（3）的中部，限位轴安装端面（3-2）对称布置于限位轴（3）的两端，其分别与限位轴下安装孔（1-1-3）和限位轴上安装孔（1-2-3）配合，实现将限位轴（3）固定在矩形容气腔（1）的后端。2.根据权利要求1所述的一种涡街激励下的升频压电-电磁复合发电装置，其特征在于所述腔体（1-1）设置有进气通孔（1-1-1）、下轴承安装孔（1-1-2）、限位轴下安装孔（1-1-3）和腔体安装螺纹孔（1-1-4），所述进气通孔（1-1-1）设置于腔体（1-1）左端面的中部，高压气体通过进气通孔（1-1-1）进入矩形容气腔（1）内，所述下轴承安装孔（1-1-2）设置于腔体（1-1）底面中心前端，所述限位轴下安装孔（1-1-3）对称布置腔体（1-1）底面中部，所述腔体安装螺纹孔（1-1-4）均匀分布在腔体（1-1）上端面的四个角上；所述端盖（1-2）设置有上轴承...

【专利技术属性】
技术研发人员：程廷海，卢晓晖，乔永禄，陈鹏飞，邢辉达，杨晨，
申请(专利权)人：长春工业大学，
类型：发明
国别省市：吉林,22