一种基于单稳态-多模态的旋转式磁力拨动压电俘能器制造技术

本发明专利技术公开了一种基于单稳态‑多模态的旋转式磁力拨动压电俘能器，以解决当前已有压电俘能器在低频高压气体激励时存在的俘能频带窄、能量收集效率低等技术问题。本发明专利技术包括气管连通装置、发电装置组件和旋转驱动组件三部分。其中气管连通装置与发电装置组件通过紧定螺钉进行螺纹连接，旋转驱动组件通过滚珠轴承固定在发电装置组件上。本发明专利技术利用旋转驱动组件提高了压电元件在低频高压气体激励下的振动频率，利用旋转驱动组件和发电装置组件之间的非线性磁力产生单稳态和多模态宽频结构，拓宽了俘能频率带宽，显著提高了压电发电装置的能量收集效率和功率，在低功耗电子设备供能技术领域有广泛的应用前景。

A rotary magnetic toggle monostable multi modal piezoelectric transducer based on

The invention discloses a rotary magnetic toggle monostable multi modal piezoelectric transducer based on, in order to solve the current existing piezoelectric energy exists in the low frequency high pressure gas excitation for harvesting of narrow bandwidth and energy harvesting technological problems of low efficiency. The invention comprises three parts of a trachea connected device, a power generation device component and a rotating drive component. The connection between the trachea and the power generation device is threaded through the fastening screws, and the rotary drive assembly is fixed on the power generation device module through the ball bearing. The invention uses the rotating drive component improves the vibration frequency of the piezoelectric element in the low pressure gas excitation, using the nonlinear magnetic rotary drive between components and power device modules generate monostable and multi-mode broadband structure, broaden the harvesting frequency bandwidth, significantly improve the piezoelectric generator energy collection efficiency and power, in low power electronic equipment for energy technology has a wide application prospect.

【技术实现步骤摘要】
一种基于单稳态-多模态的旋转式磁力拨动压电俘能器
本专利技术涉及一种基于单稳态-多模态的旋转式磁力拨动压电俘能器，属于低功耗电子设备供能

技术介绍
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，输出功率小等问题。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。
技术实现思路
为解决当前已有压电俘能器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，本专利技术公开了一种基于单稳态-多模态的旋转式磁力拨动压电俘能器，为低功耗电子设备提供一种俘能频带宽、能量收集效率高、输出功率大的供能装置。本专利技术采用的技术方案是：所述一种基于单稳态-多模态的旋转式磁力拨动压电俘能器由气管连通装置、发电装置组件和旋转驱动组件组成，所述气管连通装置与发电装置组件通过紧定螺钉Ⅰ进行螺纹连接，所述旋转驱动组件通过滚珠轴承固定在发电装置组件上。所述气管连通装置设置有沉头孔、紧定螺钉Ⅰ和缺口管壁，所述沉头孔对称分布于气管连通装置上的缺口管壁两侧，其用于与底座上的螺纹孔Ⅱ通过紧定螺钉Ⅰ连接，实现气管连通装置与发电装置组件的固定，所述缺口管壁对称分布于气管连通装置左右两侧。所述发电装置组件由底座、端盖、紧定螺钉Ⅱ、滚珠轴承、压电发电组件Ⅰ和压电发电组件Ⅱ组成，其中端盖对称布置于底座上端部的两侧，通过紧定螺钉Ⅱ进行安装固定，滚珠轴承固定在底座上，压电发电组件Ⅰ和压电发电组件Ⅱ固定在底座上；所述底座设置有螺纹孔Ⅰ、螺纹孔Ⅱ、固定凹槽Ⅰ和轴承安装孔，所述螺纹孔Ⅰ均匀布置于底座上端部的边缘位置，其与紧定螺钉Ⅱ进行螺纹连接，所述螺纹孔Ⅱ均匀分布在底座的半圆切口上，其用于与沉孔通过紧定螺钉Ⅰ旋合连接，所述固定凹槽Ⅰ均匀布置在底座内壁的前后侧，呈矩形阵列排布，横排数量为5n，n的取值为大于等于1的整数，本
技术实现思路
中n的取值为1，竖排数量为3m，m的取值为大于等于1的整数，本
技术实现思路
中m的取值为1，固定凹槽用于粘接压电发电组件Ⅰ和压电发电组件Ⅱ，使压电发电组件Ⅰ和压电发电组件Ⅱ固定在底座上，所述轴承安装孔对称布置于底座两侧内壁的中间位置，其用于与滚珠轴承配合连接；所述端盖设置有通孔和弧形固定槽，所述通孔均匀分布在端盖上端面的边缘位置，其用于与螺纹孔Ⅰ通过紧定螺钉Ⅱ紧固连接，实现端盖与底座的固定，所述弧形固定槽位于端盖的一侧，其用于与缺口管壁通过胶粘连接，保证发电装置组件2的密闭；所述滚珠轴承与轴承安装孔过盈配合，实现滚珠轴承的固定；所述压电发电组件Ⅰ在底座的前后两侧内壁上均设置有上下两排，与固定凹槽Ⅰ配合，通过胶粘固定在底座上；所述压电发电组件Ⅱ在底座的前后两侧内壁的中间位置各设置有一排，与固定凹槽Ⅰ配合，通过胶粘固定在底座上；所述压电发电组件Ⅰ设置有悬臂梁Ⅰ、方形磁铁Ⅰ、压电元件Ⅰ和质量块。所述悬臂梁Ⅰ通过胶粘固定在底座上下两侧固定凹槽Ⅰ内，所述方形磁铁Ⅰ通过胶粘固定在悬臂梁Ⅰ的端部，所述压电元件Ⅰ通过胶粘固定在悬臂梁Ⅰ上下两侧，所述质量块通过胶粘固定在悬臂梁Ⅰ上侧，沿水平方向阵列e个，e为大于等于5的整数，本
技术实现思路
中e的取值为5，且沿水平方向质量块的重量依次减小；所述压电发电组件Ⅱ设置有悬臂梁Ⅱ、方形磁铁Ⅱ和压电元件Ⅱ，所述悬臂梁Ⅱ通过胶粘固定在底座中间位置的固定凹槽Ⅰ内，所述方形磁铁Ⅱ通过胶粘固定在悬臂梁Ⅱ的端部，所述压电元件Ⅱ通过胶粘固定在悬臂梁Ⅱ上下两侧；方形磁铁Ⅰ和方形磁铁Ⅱ与旋转驱动组件上的固定磁块有磁力作用，促使悬臂梁Ⅰ和悬臂梁Ⅱ产生振动，随之压电元件Ⅰ和压电元件Ⅱ发生弯曲形变，基于压电元件正压电效应，产生电能。所述旋转驱动组件由驱动轮、旋转轴和固定磁块组成，其中驱动轮与旋转轴进行螺纹连接，旋转轴对称装配在驱动轮两侧，固定磁块通过胶粘固定在旋转轴上。所述驱动轮设置有叶轮和外螺纹，所述叶轮位于驱动轮的中间位置，其用于在气体流通时带动驱动轮进行旋转运动；所述外螺纹对称分布在驱动轮的两侧；所述旋转轴设置有内螺纹、固定凹槽Ⅱ和轴肩，所述内螺纹位于旋转轴的一侧，其用于与驱动轮上的外螺纹配合，实现驱动轮与旋转轴的固定，所述固定凹槽Ⅱ在旋转轴外轮廓靠近轴肩的位置对称设置有两排，其用于与固定磁块上的凸板胶粘固定，所述轴肩位于旋转轴外轮廓的一侧，其与滚珠轴承配合连接，用于限制滚珠轴承的轴向位移；所述固定磁块设置有凸板，所述凸板和固定凹槽Ⅱ之间通过胶粘连接。本专利技术的有益效果是：本专利技术将气体动能转化为电能，利用磁力变化的非线性构造了单稳态和多模态宽频结构。本专利技术利用磁力扰动提高了压电元件在低频高压气体激励下的振动频率，利用旋转驱动组件和发电装置组件之间的非线性磁力产生单稳态和多模态宽频结构，拓宽了俘能频率带宽，显著提高了压电发电装置的能量收集效率和功率，在低功耗电子设备供能
有广泛的应用前景。附图说明图1所示为本专利技术提出的一种基于单稳态-多模态的旋转式磁力拨动压电俘能器的结构示意图；图2所示为本专利技术提出的气管连通装置的结构示意图；图3所示为本专利技术提出的发电装置组件的结构示意图；图4所示为本专利技术提出的底座的结构示意图；图5所示为本专利技术提出的端盖的结构示意图；图6所示为本专利技术提出的压电发电组件Ⅰ的结构示意图；图7所示为本专利技术提出的压电发电组件Ⅱ的结构示意图；图8所示为本专利技术提出的旋转驱动组件的结构示意图；图9所示为本专利技术提出的驱动轮的结构示意图；图10所示为本专利技术提出的旋转轴的结构示意图；图11所示为本专利技术提出的固定磁块的结构示意图。具体实施方式结合图1~图11说明本实施方式。本实施方式提供了一种基于单稳态-多模态的旋转式磁力拨动压电俘能器的具体实施方案。所述一种基于单稳态-多模态的旋转式磁力拨动压电俘能器由气管连通装置1、发电装置组件2和旋转驱动组件3组成，所述气管连通装置1与发电装置组件2通过紧定螺钉Ⅰ1-2进行螺纹连接，所述旋转驱动组件3通过滚珠轴承2-4固定在发电装置组件2上。所述气管连通装置1设置有沉头孔1-1、紧定螺钉Ⅰ1-2和缺口管壁1-3，所述沉头孔1-1对称分布于气管连通装置1上本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于单稳态‑多模态的旋转式磁力拨动压电俘能器，其特征在于所述一种基于单稳态‑多模态的旋转式磁力拨动压电俘能器由气管连通装置（1）、发电装置组件（2）和旋转驱动组件（3）组成，所述气管连通装置（1）与发电装置组件（2）通过紧定螺钉Ⅰ（1‑2）进行螺纹连接，所述旋转驱动组件（3）通过滚珠轴承（2‑4）固定在发电装置组件（2）上，所述气管连通装置（1）设置有沉头孔（1‑1）、紧定螺钉Ⅰ（1‑2）和缺口管壁（1‑3），所述沉头孔（1‑1）对称分布于气管连通装置（1）上的缺口管壁（1‑3）两侧，其与底座（2‑1）上的螺纹孔Ⅱ（2‑1‑2）配合，通过紧定螺钉Ⅰ（1‑2）连接，所述缺口管壁（1‑3）对称分布于气管连通装置（1）左右两侧；所述发电装置组件（2）由底座（2‑1）、端盖（2‑2）、紧定螺钉Ⅱ（2‑3）、滚珠轴承（2‑4）、压电发电组件Ⅰ（2‑5）和压电发电组件Ⅱ（2‑6）组成，其中端盖（2‑2）对称布置于底座（2‑1）上端部的两侧，通过紧定螺钉Ⅱ（2‑3）进行安装固定，滚珠轴承（2‑4）固定在底座（2‑1）上，压电发电组件Ⅰ（2‑5）和压电发电组件Ⅱ（2‑6）固定在底座（2‑1）上；所述旋转驱动组件（3）由驱动轮（3‑1）、旋转轴（3‑2）和固定磁块（3‑3）组成，其中驱动轮（3‑1）与旋转轴（3‑2）进行螺纹连接，旋转轴（3‑2）对称装配在驱动轮（3‑1）两侧，固定磁块（3‑3）通过胶粘固定在旋转轴（3‑2）上。...

【技术特征摘要】
1.一种基于单稳态-多模态的旋转式磁力拨动压电俘能器，其特征在于所述一种基于单稳态-多模态的旋转式磁力拨动压电俘能器由气管连通装置（1）、发电装置组件（2）和旋转驱动组件（3）组成，所述气管连通装置（1）与发电装置组件（2）通过紧定螺钉Ⅰ（1-2）进行螺纹连接，所述旋转驱动组件（3）通过滚珠轴承（2-4）固定在发电装置组件（2）上，所述气管连通装置（1）设置有沉头孔（1-1）、紧定螺钉Ⅰ（1-2）和缺口管壁（1-3），所述沉头孔（1-1）对称分布于气管连通装置（1）上的缺口管壁（1-3）两侧，其与底座（2-1）上的螺纹孔Ⅱ（2-1-2）配合，通过紧定螺钉Ⅰ（1-2）连接，所述缺口管壁（1-3）对称分布于气管连通装置（1）左右两侧；所述发电装置组件（2）由底座（2-1）、端盖（2-2）、紧定螺钉Ⅱ（2-3）、滚珠轴承（2-4）、压电发电组件Ⅰ（2-5）和压电发电组件Ⅱ（2-6）组成，其中端盖（2-2）对称布置于底座（2-1）上端部的两侧，通过紧定螺钉Ⅱ（2-3）进行安装固定，滚珠轴承（2-4）固定在底座（2-1）上，压电发电组件Ⅰ（2-5）和压电发电组件Ⅱ（2-6）固定在底座（2-1）上；所述旋转驱动组件（3）由驱动轮（3-1）、旋转轴（3-2）和固定磁块（3-3）组成，其中驱动轮（3-1）与旋转轴（3-2）进行螺纹连接，旋转轴（3-2）对称装配在驱动轮（3-1）两侧，固定磁块（3-3）通过胶粘固定在旋转轴（3-2）上。2.根据权利要求1所述的一种基于单稳态-多模态的旋转式磁力拨动压电俘能器，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）、固定凹槽Ⅰ（2-1-3）和轴承安装孔（2-1-4），所述螺纹孔Ⅰ（2-1-1）均匀布置于底座（2-1）上端部的边缘位置，其与紧定螺钉Ⅱ（2-3）进行螺纹连接，所述螺纹孔Ⅱ（2-1-2）均匀分布在底座（2-1）的半圆切口上，其与沉孔（1-1）配合，通过紧定螺钉Ⅰ（1-2）旋合连接，所述固定凹槽Ⅰ（2-1-3）均匀布置在底座（2-1）内壁的前后侧，呈矩形阵列排布，横排数量为5n，n的取值为大于等于1的整数，竖排数量为3m，m的取值为大于等于1的整数，固定凹槽Ⅰ（2-1-3）用于粘接压电发电组件Ⅰ（2-5）和压电发电组件Ⅱ（2-6），所述轴承安装孔（2-1-4）对称布置于底座（2-1）两侧内壁的中间位置，其与滚珠轴承（2-4）配合连接；所述端盖（2-2）设置有通孔（2-2-1）和弧形固定槽（2-2-2），所述通孔（2-2-1）均匀分布在端盖（2-2）上端面的边缘位置，其与螺纹孔Ⅰ（2-1-1）配合，通过紧定螺钉Ⅱ（2-3）紧固连接，所述弧形固定槽（2-2-2）位于端盖（2-2）的一侧，其与缺口管壁（1-3）通过胶粘连接；所述滚珠轴承（2-4）与轴承安装孔（2-1-4）过盈配合；所述压电发电组件Ⅰ（2-5）在底座（2-1）的前后两侧内壁上均设置有上下两排，与固定凹槽Ⅰ（2-1-3）配合，通过胶粘...

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