本发明专利技术公开了一种用于气动系统物联网节点供能的转动式发电气缸，以解决当前气动压电发电装置结构复杂、能量利用率低、噪声大等问题。本发明专利技术包括气缸本体和压电发电装置两部分，发电装置通过螺纹副与气缸后端连接。压电发电装置由腔体端盖、前部腔体组件、旋转组件和后部腔体组件组成，在气动压力冲击以及气体压力波动作用下，旋转风扇带动旋转轴旋转进而使金属弹性基板和压电元件产生形变，基于正压电效应产生电能，并由于金属基板的弹性回复力带动压电元件复位，再次产生电能。本发明专利技术具有结构紧凑、将机械能直接转化为电能并可通过整流储能电路将产生的电能收集整理，为物联网节点进行供能等技术优势，在气动技术领域具有广阔的应用前景。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种用于气动系统物联网节点供能的转动式发电气缸，属于气动
技术介绍
气动技术是以空气压缩机为动力源，以压缩空气为工作介质，进行能量和信号传递的工程技术，是实现自动化生产与工业控制的重要手段之一，以其成本低、污染小、易调控等优点在加工、制造、汽车生产等领域中应用广泛。随着气动技术的不断发展，人们对气动系统智能化的要求也越来越高，物联网技术在气动系统中的应用则是实现气动技术智能化的主要方式之一。目前，气动系统中物联网节点通常由传感器和无线通信模块组成，其供电方式一般采用外接电路和电池供电，外接电路供电会使气动系统供电线路复杂，增加系统维护的成本和困难程度；而电池供电则存在电池体积大、使用寿命短，需频繁更换等问题，难以满足传感器和无线通信模块持续工作的要求；同时，电池含有重金属，废旧电池处理不当会造严重的环境污染。由于气动系统本身能量大，俘获气动系统能量为物联网节点供能具有良好的发展前景。现有中国技术专利《气动发电装置》，授权公告号为CN201898457U，授权公告日为2011.07.13，公开一种气动发电装置，包括充气装置、密封容器、控制装置及压电晶体，充气装置与密封容器连通并向密封容器充气，控制装置与密封容器连接，控制装置靠近压电晶体安装，控制装置将密封容器中的压缩空气形成气流，并将气流的作用力传递到压电晶体，使压电晶体将机械能转换成电能，供与压电晶体电连接的用电器使用。中国专利技术专利《一种基于射流微振荡器激励的压电发电装置》，申请公布号为CN102594202A，申请公布日为2012.07.18，公开一种基于射流微振荡器激励的压电发电装置，该装置包括壳体、双稳射流元件、第一振荡腔、第二振荡腔和输出电路；第一振荡腔和第二振荡腔对称布置在双稳射流元件的左右两侧；在第一振荡腔和第二振荡腔上分别设有膜片，在膜片上设有压电片，双稳射流元件进气口与气动设备的排气口连通。由于双稳射流元件的附壁效应，气体反复循环在两侧振荡腔中形成振荡气体，振荡腔中振荡气流带动腔室上的膜片振动，膜片的振动驱动其上的压电片振动变形产生电荷。上述已有技术存在发电装置结构复杂、占用空间大以及难以实现集成化与微型化等问题；同时由于上述技术方案中所公开的发电装置是采用开放环境下进行气流冲击俘能，存在能量利用率低、噪声大等问题。
技术实现思路
为了解决上述气动压力发电装置结构复杂、能量利用率低、噪声大等问题，本专利技术公开一种用于气动系统物联网节点供能的转动式发电气缸。本专利技术所采用的技术方案是：所述用于气动系统物联网节点供能的转动式发电气缸由气缸和压电发电装置组成；所述气缸后端盖中心位置设有螺纹通孔结构，其用于与压电发电装置中腔体端盖一侧端部的外螺纹一旋合连接，实现气缸与压电发电装置的紧固连接，所述压电发电装置包括腔体端盖、前部腔体组件、旋转组件和后部腔体组件，所述腔体端盖一侧端部的外螺纹一中心位置设有通孔一，其用于实现气缸与压电发电装置之间气体的流通，所述腔体端盖一侧端部设置有外螺纹一，其用于与气缸后端盖中心位置的螺纹通孔旋合连接，实现气缸与压电发电装置的紧固连接，所述腔体端盖另一侧端部设有外螺纹二，其用于与前部腔体组件中一侧端部位置的内螺纹旋合连接，实现腔体端盖与前部腔体组件的紧固连接，所述前部腔体组件包括前部腔体和紧定螺栓，所述前部腔体组件中前部腔体端部内侧设有内螺纹，其用于与腔体端盖另一侧端部设有外螺纹二旋合连接，实现前部腔体组件中前部腔体与腔体端盖的紧固连接，所述前部腔体组件中前部腔体内部设有容腔，其用于实现气缸与压电发电装置之间气体的流通以及容纳旋转组件中的旋转风扇，所述前部腔体组件中前部腔体内部设有固定腔，其用于固定旋转组件中旋转轴，实现前部腔体组件的密封以及前部腔体组件与旋转组件中旋转轴的紧密配合，所述前部腔体组件外侧端部设有内螺纹盲孔，其用于与后部腔体组件中的通孔二相配合以及用于与前部腔体组件中的紧定螺栓旋合连接，实现前部腔体组件与后部腔体组件的紧固连接，所述前部腔体组件中的紧定螺栓，其用于与后部腔体组件中的通孔二配合和前部腔体组件外侧端部的内螺纹盲孔旋合连接，实现前部腔体组件与后部腔体组件的紧固连接，所述旋转组件包括旋转风扇和旋转轴，所述旋转组件中的旋转风扇内侧设有通孔四，其用于与旋转组件中旋转轴端部粘接，实现旋转风扇与旋转轴的紧固连接，所述旋转组件中旋转轴外侧设有环形凹槽，其用于与密封圈配合实现前部腔体组件的密封，旋转组件中所述旋转组件旋转轴外部设有凸台，其用于拨动后部腔体组件中发电组件中的金属弹性基板，实现金属弹性基板的机械形变，所述后部腔体组件包括后部腔体结构和发电组件，所述后部腔体组件中的后部腔体结构端部设有通孔二，其用于与前部腔体组件中的内螺纹盲孔和紧定螺栓配合，实现后部腔体组件与前部腔体组件的紧固连接，所述后部腔体组件中后部腔体结构内部设有容腔，其用于容纳旋转轴和发电组件，所述后部腔体组件中后部腔体结构底部设有通孔三，其用于后部腔体组件中发电组件导线的引出，实现发电组件产生电能对外输出，所述后部腔体组件中后部腔体结构侧壁设有n个矩形槽结构，n为大于等于1的正整数，其用于粘接固定后部腔体组件中发电组件中的固定板，实现后部腔体组件中后部腔体结构与发电组件的紧固连接，所述后部腔体组件中发电组件中设有n个固定板，n为大于等于1的正整数，其用于与后部腔体组件中后部腔体结构侧壁的矩形槽粘接，实现发电组件与后部腔体组件中后部腔体结构的紧固连接，以及用于与金属弹性基板粘接，实现固定板与金属弹性基板的紧固连接，所述后部腔体组件中发电组件设有m个金属弹性基板，m为大于等于1的正整数，其用于粘接后部腔体组件中发电组件的压电元件，实现金属弹性基板与压电元件的紧固连接，以及与固定板粘接，实现金属弹性基板与固定板的紧固连接。本专利技术的有益效果是：本专利技术可俘获气流冲击的动能和压力能，发电过程分为三个阶段：冲击过程发电、气体波动过程发电和复位发电。冲击过程发电，即通过气流冲击压电发电装置中的旋转风扇使其旋转，进而带动旋转轴拨动金属弹性基板以及压电元件使其形变，基于正压电效应产生电能；气体波动发电，即随着进入气缸气体量的增加，压缩空气推动活塞使气缸正常运动，活塞运动时气缸和压电发电装置内会产生不稳定的气体波动，不断地对旋转风扇施加交变的作用力，使旋转风扇带动旋转轴旋转，进而使金属弹性基板与压电元件产生弯曲形变，基于正压电效应产生电能；复位发电，即在旋转轴拨动金属弹性基板与压电元件的同时，金属弹性基板由于其自身的弹性回复力带动压电元件进行复位，从而有负电输出，重复上述工作过程，可实现本专利技术的连续发电。本专利技术具有结构简单、能量利用率高、噪声小以及成本低等技术优势，同时通过整流储能电路可将产生的电能进行收集整理，为物联网节点进行供能。该专利技术在气动
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用于气动系统物联网节点供能的转动式发电气缸结构示意图；图2所示为本专利技术提出的用于气动系统物联网节点供能的转动式发电气缸中气缸的结构示意图；图3所示为本专利技术提出的用于气动系统物联网节点供能的转动式发电气缸中压电发电装置的剖视图；...
【技术保护点】
用于气动系统物联网节点供能的转动式发电气缸，其特征在于：所述用于气动系统物联网节点供能的旋转型外置式发电气缸由气缸（1）和压电发电装置（2）组成；所述气缸（1）后端盖中心位置设有螺纹通孔（1‑1）结构，其用于与压电发电装置（2）中腔体端盖（2‑1）一侧端部的外螺纹一（2‑1‑2）旋合连接，实现气缸（1）与压电发电装置（2）的紧固连接，所述压电发电装置（2）包括腔体端盖（2‑1）、前部腔体组件（2‑2）、旋转组件（2‑3）和后部腔体组件（2‑4），所述腔体端盖（2‑1）一侧端部的外螺纹一（2‑1‑2）中心位置设有通孔一（2‑1‑1)，其用于实现气缸（1）与压电发电装置（2）之间气体的流通，所述腔体端盖（2‑1）一侧端部设置有外螺纹一（2‑1‑2），其用于与气缸（1）后端盖中心位置的螺纹通孔（1‑1）旋合连接，实现气缸（1）与压电发电装置（2）的紧固连接，所述腔体端盖（2‑1）另一侧端部设有外螺纹二(2‑1‑3)，其用于与前部腔体组件（2‑2）中一侧端部位置的内螺纹(2‑2‑1‑1)旋合连接，实现腔体端盖（2‑1）与前部腔体组件（2‑2）的紧固连接，所述前部腔体组件（2‑2）包括前部腔体(2‑2‑1)和紧定螺栓(2‑2‑2)，所述前部腔体组件（2‑2）中前部腔体(2‑2‑1)端部内侧设有内螺纹(2‑2‑1‑1)，其用于与腔体端盖（2‑1）另一侧端部设有外螺纹二(2‑1‑3)旋合连接，实现前部腔体组件（2‑2）中前部腔体(2‑2‑1)与腔体端盖（2‑1）的紧固连接，所述前部腔体组件（2‑2）中前部腔体(2‑2‑1)内部设有容腔（2‑2‑1‑2），其用于实现气缸（1）与压电发电装置（2）之间气体的流通以及容纳旋转组件（2‑3）中的旋转风扇(2‑3‑1)，所述前部腔体组件（2‑2）中前部腔体(2‑2‑1)内部设有固定腔(2‑2‑1‑3)，其用于固定旋转组件（2‑3）中旋转轴(2‑3‑2)，实现前部腔体组件（2‑2）的密封以及前部腔体组件（2‑2）与旋转组件（2‑3）中旋转轴(2‑3‑2)的紧密配合，所述前部腔体组件（2‑2）外侧端部设有内螺纹盲孔(2‑2‑1‑4)，其用于与后部腔体组件（2‑4）中的通孔二(2‑4‑1‑1)相配合以及用于与前部腔体组件（2‑2）中的紧定螺栓(2‑2‑2)旋合连接，实现前部腔体组件（2‑2）与后部腔体组件（2‑4）的紧固连接，所述前部腔体组件（2‑2）中的紧定螺栓(2‑2‑2)，其用于与后部腔体组件（2‑4）中的通孔二(2‑4‑1‑1)配合和前部腔体组件（2‑2）外侧端部的内螺纹盲孔(2‑2‑1‑4)旋合连接，实现前部腔体组件（2‑2）与后部腔体组件（2‑4）的紧固连接，所述旋转组件（2‑3）包括旋转风扇(2‑3‑1)和旋转轴(2‑3‑2)，所述旋转组件（2‑3）中的旋转风扇(2‑3‑1)内侧设有通孔四（2‑3‑1‑1），其用于与旋转组件（2‑3）中旋转轴(2‑3‑2)端部粘接，实现旋转风扇(2‑3‑1)与旋转轴(2‑3‑2)的紧固连接，所述旋转组件（2‑3）中旋转轴(2‑3‑2)外侧设有环形凹槽（2‑3‑2‑2），其用于与密封圈（2‑3‑2‑1）配合实现前部腔体组件（2‑2）的密封，旋转组件（2‑3）中所述旋转组件旋转轴(2‑3‑2)外部设有凸台（2‑3‑2‑3），其用于拨动后部腔体组件（2‑4）中发电组件（2‑4‑2）中的金属弹性基板（2‑4‑2‑2），实现金属弹性基板（2‑4‑2‑2）的机械形变，所述后部腔体组件（2‑4）包括后部腔体结构（2‑4‑1）和发电组件（2‑4‑2），所述后部腔体组件（2‑4）中的后部腔体结构（2‑4‑1）端部设有通孔二(2‑4‑1‑1)，其用于与前部腔体组件（2‑2）中的内螺纹盲孔(2‑2‑1‑4)和紧定螺栓(2‑2‑2)配合，实现后部腔体组件（2‑4）与前部腔体组件（2‑2）的紧固连接，所述后部腔体组件（2‑4）中后部腔体结构（2‑4‑1）内部设有容腔（2‑4‑1‑2），其用于容纳旋转轴(2‑3‑2)和发电组件（2‑4‑2），所述后部腔体组件（2‑4）中后部腔体结构（2‑4‑1）底部设有通孔三（2‑4‑1‑3），其用于后部腔体组件（2‑4）中发电组件（2‑4‑2）导线的引出，实现发电组件（2‑4‑2）产生电能对外输出，所述后部腔体组件（2‑4）中后部腔体结构（2‑4‑1）侧壁设有n个矩形槽（2‑4‑1‑4）结构，n为大于等于1的正整数，其用于粘接固定后部腔体组件（2‑4）中发电组件（2‑4‑2）中的固定板（2‑4‑2‑1），实现后部腔体组件（2‑4）中后部腔体结构（2‑4‑1）与发电组件（2‑4‑2）的紧固连接，所述后部腔体组件（2‑4）中发电组件（2‑4‑2）中设有n个固定板（2‑4‑2‑1），n为大于等于1的正整数，其用于与后部腔体组件（2‑4）中后部腔体结构（2‑4...
【技术特征摘要】
1.用于气动系统物联网节点供能的转动式发电气缸，其特征在于：所述用于气动系统物联网节点供能的旋转型外置式发电气缸由气缸（1）和压电发电装置（2）组成；所述气缸（1）后端盖中心位置设有螺纹通孔（1-1）结构，其用于与压电发电装置（2）中腔体端盖（2-1）一侧端部的外螺纹一（2-1-2）旋合连接，实现气缸（1）与压电发电装置（2）的紧固连接，所述压电发电装置（2）包括腔体端盖（2-1）、前部腔体组件（2-2）、旋转组件（2-3）和后部腔体组件（2-4），所述腔体端盖（2-1）一侧端部的外螺纹一（2-1-2）中心位置设有通孔一（2-1-1)，其用于实现气缸（1）与压电发电装置（2）之间气体的流通，所述腔体端盖（2-1）一侧端部设置有外螺纹一（2-1-2），其用于与气缸（1）后端盖中心位置的螺纹通孔（1-1）旋合连接，实现气缸（1）与压电发电装置（2）的紧固连接，所述腔体端盖（2-1）另一侧端部设有外螺纹二(2-1-3)，其用于与前部腔体组件（2-2）中一侧端部位置的内螺纹(2-2-1-1)旋合连接，实现腔体端盖（2-1）与前部腔体组件（2-2）的紧固连接，所述前部腔体组件（2-2）包括前部腔体(2-2-1)和紧定螺栓(2-2-2)，所述前部腔体组件（2-2）中前部腔体(2-2-1)端部内侧设有内螺纹(2-2-1-1)，其用于与腔体端盖（2-1）另一侧端部设有外螺纹二(2-1-3)旋合连接，实现前部腔体组件（2-2）中前部腔体(2-2-1)与腔体端盖（2-1）的紧固连接，所述前部腔体组件（2-2）中前部腔体(2-2-1)内部设有容腔（2-2-1-2），其用于实现气缸（1）与压电发电装置（2）之间气体的流通以及容纳旋转组件（2-3）中的旋转风扇(2-3-1)，所述前部腔体组件（2-2）中前部腔体(2-2-1)内部设有固定腔(2-2-1-3)，其用于固定旋转组件（2-3）中旋转轴(2-3-2)，实现前部腔体组件（2-2）的密封以及前部腔体组件（2-2）与旋转组件（2-3）中旋转轴(2-3-2)的紧密配合，所述前部腔体组件（2-2）外侧端部设有内螺纹盲孔(2-2-1-4)，其用于与后部腔体组件（2-4）中的通孔二(2-4-1-1)相配合以及用于与前部腔体组件（2-2）中的紧定螺栓(2-2-2)旋合连接，实现前部腔体组件（2-2）与后部腔体组件（2-4）的紧固连接，所述前部腔体组件（2-2）中的紧定螺栓(2-2-2)，其用于与后部腔体组件（2-4）中的通孔二(2-4-1-1)配合和前部腔体组件（2-2）外侧端部的内螺纹盲孔(2-2-1-4)旋合连接，实现前部腔体组件（2-2）与后部腔体组件（2-4）的紧固连接，所述旋转组件（2-3）包括旋转风扇(2-3-1)和旋转轴(2-3-2)，所述旋转组件（2-3...
【专利技术属性】
技术研发人员：程廷海，王英廷，包钢，宋兆阳，秦峰，李博文，张邦成，
申请(专利权)人：长春工业大学，
类型：发明
国别省市：吉林;22
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