用于气动系统物联网节点供能的压电膜片外置式发电气缸技术方案

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压电膜片外置式发电气缸，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，所述发电装置通过螺纹副与气缸后端连接。所述压电发电装置由腔体结构、发电组件和腔体端盖组成，所述腔体端盖为单片式腔体端盖或多片式腔体端盖。发电组件在压缩空气的冲击、气体压力以及压力波动的作用下产生机械形变，并在低压时进行复位，基于压电效应产生电能。本发明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，此外，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。本发明专利技术在气动技术领域具有广阔的应用前景。

【技术实现步骤摘要】
用于气动系统物联网节点供能的压电膜片外置式发电气缸
本专利技术涉及一种用于气动系统物联网节点供能的压电膜片外置式发电气缸，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电发电装置结构复杂、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压电膜片外置式发电气缸。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压电膜片外置式发电气缸由气缸和压电发电装置组成；所述气缸为普通气缸；所述气缸后端盖中心位置设有螺纹通孔，其用于与压电发电装置中腔体结构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结构、腔体端盖和发电组件，所述腔体结构一侧端部设置有外螺纹一，所述腔体结构的外螺纹一中心位置设有通孔，所述腔体结构另一侧端部中心位置设有圆形凹槽，其用于实现腔体端盖中凸缘一的安装布置，所述腔体结构圆形凹槽中心位置设有内螺纹，其用于与腔体端盖的外螺纹二旋合连接，实现腔体结构与腔体端盖的紧固连接，所述发电组件包括圆形压电陶瓷片和金属基板，所述圆形压电陶瓷片采用d31模式，所述金属基板为圆形金属弹性体结构，所述金属基板与圆形压电陶瓷片胶粘连接，使二者几何中心重合，所述发电组件与腔体端盖设置的圆形凹槽一一侧腔体端盖平面胶粘连接。所述腔体端盖为单片式腔体端盖或多片式腔体端盖；其中单片式腔体端盖一侧端部中心位置设有圆形凹槽一，其用于实现发电组件的安装布置，所述腔体端盖一侧端部还设置有导线孔一，其用于实现发电组件导线的引出，所述腔体端盖另一侧中心位置设有内六角盲孔一，其用于实现腔体端盖与腔体结构的安装，所述腔体端盖外圆周表面设置有外螺纹二，其用于与腔体结构的内螺纹旋合连接，实现腔体结构与腔体端盖的紧固连接，所述腔体端盖外圆周表面靠近内六角盲孔一一侧还设置有凸缘一，其用于与腔体结构的圆形凹槽配合连接；多片式腔体端盖一侧端部均匀设有n个圆形凹槽二，n为大于1的正整数，其用于实现发电组件的安装布置，所述腔体端盖一侧端部还设置有导线孔二，其用于实现发电组件导线的引出，所述腔体端盖另一侧中心位置设有内六角盲孔二，其用于实现腔体端盖与腔体结构的安装，所述腔体端盖外圆周表面设置有外螺纹三，其用于与腔体结构的内螺纹旋合连接，实现腔体结构与腔体端盖的紧固连接，所述腔体端盖外圆周表面靠近内六角盲孔二一侧还设置有凸缘二，其用于与腔体结构的圆形凹槽配合连接。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缩气体的压力能，发电过程分为三个阶段：冲击过程发电、保压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发电组件使其产生形变从而产生电能；保压过程发电即当压缩气体推动活塞使气缸正常运动时，运动过程中产生的压力波动使发电组件产生形变，当气缸内气压达到稳态时，气体压力使发电组件形变达到最大从而产生最大电量；复位发电即在排气阶段腔内压力迅速减小使发电组件复位，复位过程中发电组件产生负向电压，当负向电压降至为零时即完成一个周期的发电过程。此过程有效的增加了波形带宽从而增大了发电组件的发电量。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压电膜片外置式发电气缸结构示意图；图2所示为本专利技术提出的压电膜片外置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压电膜片外置式发电气缸中压电发电装置的剖视图；图4所示为本专利技术提出的压电膜片外置式发电气缸中腔体结构的剖视图；图5所示为本专利技术提出的压电膜片外置式发电气缸中腔体结构的侧视图；图6所示为本专利技术提出的压电膜片外置式发电气缸中腔体端盖的剖视图；图7所示为本专利技术提出的压电膜片外置式发电气缸中腔体端盖的侧视图；图8所示为本专利技术提出的压电膜片外置式发电气缸中发电组件的侧视图；图9所示为本专利技术提出的压电膜片外置式发电气缸中发电组件的剖视图；图10所示为本专利技术提出的压电膜片外置式发电气缸中腔体端盖的剖视图；图11所示为本专利技术提出的压电膜片外置式发电气缸中腔体端盖的侧视图。具体实施方式具体实施方式一：结合图1~图9说明本实施方式。本实施方式提供一种用于气动系统物联网节点供能的压电膜片外置式发电气缸的具体实施方案。所述用于气动系统物联网节点供能的压电膜片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可为双作用气缸(SMC公司MBB50-100双作用气缸)；所述气缸1后端盖中心位置设有螺纹通孔1-1，其用于与压电发电装置2中腔体结构2-1一侧端部的外螺纹一2-1-1旋合连接，实现气缸1与压电发电装置2的紧固连接。所述压电发电装置2包括腔体结构2-1、腔体端盖2-2和发电组件2-3。所述腔体结构2-1一侧端部设置有外螺纹一2-1-1；所述腔体结构2-1的外螺纹一2-1-1中心位置设有通孔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；所述腔体结本文档来自技高网...

【技术保护点】
用于气动系统物联网节点供能的压电膜片外置式发电气缸，其特征在于：所述用于气动系统物联网节点供能的压电膜片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)，其用于与压电发电装置(2)中腔体结构(2‑1)一侧端部的外螺纹一(2‑1‑1)旋合连接，实现气缸(1)与压电发电装置(2)的紧固连接；所述压电发电装置(2)包括腔体结构(2‑1)、腔体端盖(2‑2)和发电组件(2‑3)，所述腔体结构(2‑1)一侧端部设置有外螺纹一(2‑1‑1)，所述腔体结构(2‑1)的外螺纹一(2‑1‑1)中心位置设有通孔(2‑1‑2)，所述腔体结构(2‑1)另一侧端部中心位置设有圆形凹槽(2‑1‑4)，其用于实现腔体端盖(2‑2)中凸缘一（2‑2‑3）的安装布置，所述腔体结构(2‑1)圆形凹槽(2‑1‑4)中心位置设有内螺纹（2‑1‑3），其用于与腔体端盖(2‑2)的外螺纹二（2‑2‑4）旋合连接，实现腔体结构(2‑1)与腔体端盖(2‑2)的紧固连接，所述发电组件(2‑3)包括圆形压电陶瓷片（2‑3‑1）和金属基板（2‑3‑2），所述圆形压电陶瓷片（2‑3‑1）采用d31模式，所述金属基板（2‑3‑2）为圆形金属弹性体结构，所述金属基板（2‑3‑2）与圆形压电陶瓷片（2‑3‑1）胶粘连接，使二者几何中心重合，所述发电组件(2‑3)与腔体端盖(2‑2)设置的圆形凹槽一（2‑2‑1）一侧端部平面（2‑2‑6）胶粘连接。...

【技术特征摘要】
1.用于气动系统物联网节点供能的压电膜片外置式发电气缸，所述用于气动系统物联网节点供能的压电膜片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)，其用于与压电发电装置(2)中腔体结构(2-1)一侧端部的外螺纹一(2-1-1)旋合连接，实现气缸(1)与压电发电装置(2)的紧固连接；所述压电发电装置(2)包括腔体结构(2-1)、腔体端盖(2-2)和发电组件(2-3)，所述腔体结构(2-1)一侧端部设置有外螺纹一(2-1-1)，所述腔体结构(2-1)的外螺纹一(2-1-1)中心位置设有通孔(2-1-2)，所述腔体结构(2-1)另一侧端部中心位置设有圆形凹槽(2-1-4)，其用于实现腔体端盖(2-2)中凸缘一（2-2-3）的安装布置，所述腔体结构(2-1)圆形凹槽(2-1-4)中心位置设有内螺纹（2-1-3），其用于与腔体端盖(2-2)的外螺纹二（2-2-4）旋合连接，实现腔体结构(2-1)与腔体端盖(2-2)的紧固连接，所述发电组件(2-3)包括圆形压电陶瓷片（2-3-1）和金属基板（2-3-2），所述圆形压电陶瓷片（2-3-1）采用d31模式，所述金属基板（2-3-2）为圆形金属弹性体结构，所述金属基板（2-3-2）与圆形压电陶瓷片（2-3-1）胶粘连接，使二者几何中心重合，所述发电组件(2-3)与腔体端盖(2-2)设置的圆形凹槽一（2-2-1）一侧端部平面（2-2-6）胶粘连接；其特征在于：所述腔体端盖(2-2)为单片式腔体端盖，其一侧端部中心位置设有圆形凹槽一（2-2-1），其用于实现发电组件(2-3)的安装布置，所述腔体端盖(2-2)一侧端部还设置有导线孔一(2-2-2），其用于实现发电组件(2-3)导线的引出，所述腔体端盖(2-2)另一侧中心位置设有内六角盲孔一(2-2-5)，其用于实现腔体端盖(2-2)与腔体结构(2-1)的安装，所述腔体端盖(2-2)外圆周表面设置有外螺纹二（2-2-4），其用于与腔体结构(2-1)的内螺纹（2-1-3）旋合连接，实现腔体结构(2-1)与腔体端盖(2-2)的紧固连接，所述腔体端盖(2-2)外圆周表面靠近内六角盲孔一(2-2-5)一侧还设置有凸缘一（2-2-3），其用于与腔体结构(2-1)的圆形凹槽(2-1-4)配合连接。2.用于气动...

【专利技术属性】
技术研发人员：程廷海，卢晓晖，包钢，陈栋，秦峰，高琪，宋兆阳，
申请(专利权)人：长春工业大学，
类型：发明
国别省市：吉林;22