一种利用环隙射流激励的双作用膜片式压电发电机制造技术

本发明专利技术公开了一种利用环隙射流激励的双作用膜片式压电发电机，以解决当前工业环境中用于俘获气体压力能的微能源发电机存在的发电效率低等技术问题。本发明专利技术包括微孔隙气体增流器、双膜片式发电组件和紧定螺钉。微孔隙气体增流器通过紧定螺钉与双膜片式发电组件螺纹连接。所述微孔隙气体增流器可在高压小流量气体的作用下诱导外界空气进行定向移动，并对诱导后的气体进行增速和增流，从锥形喷气端排出且作用于与微孔隙气体增流器相连接的双膜片式发电组件进行发电。本发明专利技术设计的双作用膜片式压电发电机可将气体流量放大，进而将发电机的发电效率提高3倍以上。在低功耗电子设备供能技术领域具有阔的应用前景。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种利用环隙射流激励的双作用膜片式压电发电机，属于低功耗电子设备供能

技术介绍
随着先进制造装备技术不断朝着智能化、轻量化、微型化和集成化方向迈进，并伴随着其与低功耗电子设备供能技术的深度融合，使得大量的物联网节点、低功耗传感器和低功耗器件等低功耗电子设备在先进制造装备
得到了广泛应用。同时这也对低功耗电子设备的供能技术水平提出了较高的要求。因此，对低功耗器件、物联网节点等低功耗电子设备提供稳定可靠的持续供能，是保证其正常工作的前提。当前先进制造装备
的物联网节点、低功耗器件等的供能方式主要包括电源直接供能和化学电池供能两种方式。其中，电源直接供能方式存在电磁干扰严重、系统布线复杂等问题，而化学电池供电方式则存在电池使用寿命有限、需定期更换以及环境污染等不足。由此可见，研究一种新型能源俘获与转化技术以解决传统供能技术所带来的诸多弊端显得尤为重要。基于压电元件的自供能技术由于具有结构简单、不发热、无电磁干扰和寿命长等优点，已成为当前环境微能源俘获与转化技术的研究热点问题之一。其可将工业环境中大量存在的清洁可再生的微能源（如气体压力能）转化为需要的电能并为低功耗电子设备持续可靠的供电，该技术研究可有效解决传统电源供电带来的布线复杂以及化学电池供电带来的需定期更换、污染环境等问题。然而，当前的工业环境中的发电机大多不能将气体压力能量直接转化为电能，或能量转化效率较低制约了此类发电机在物联网节点、低功耗传感器和低功耗器件等低功耗电子设备供能
的应用。
技术实现思路
为解决当前工业环境中用于俘获气体压力能的微能源发电机存在能量俘获效率低等技术问题，本专利技术公开一种利用环隙射流激励的双作用膜片式压电发电机，为低功耗电子设备提供一种高效的微能源供给装置。本专利技术所采用的技术方案是：所述一种利用环隙射流激励的双作用膜片式压电发电机包括微孔隙气体增流器、紧定螺钉和双膜片式发电组件，微孔隙气体增流器通过紧定螺钉与双膜片式发电组件螺纹连接；所述微孔隙气体增流器包括锥形吸气端、吸气端螺钉、固定套筒、锥形喷气端、喷气端螺钉、喷气端密封圈和吸气端密封圈；所述锥形吸气端与固定套筒通过吸气端密封圈气体密封，锥形吸气端与固定套筒通过吸气端螺钉螺纹连接；所述锥形喷气端与固定套筒通过喷气端密封圈气体密封，锥形喷气端与固定套筒通过喷气端螺钉螺纹连接；所述双膜片式发电组件包括发电组件固定架、扇形发电组件、扰流膜片和矩形发电组件；所述发电组件固定架与扇形发电组件紧固连接，发电组件固定架与矩形发电组件紧固连接，矩形发电组件与扰流膜片紧固连接。所述锥形吸气端设置有引流孔、吸气端通孔、吸气端密封圈凹槽和锥形吸气端螺纹孔；锥形吸气端螺纹孔与吸气端螺钉螺纹连接。所述固定套筒设置有套筒螺纹孔Ⅰ，套筒螺纹孔Ⅰ与吸气端螺钉螺纹连接；固定套筒设置有进气孔；固定套筒设置有套筒螺纹孔Ⅱ，套筒螺纹孔Ⅱ与喷气端螺钉螺纹连接。所述锥形喷气端设置有喷气端连通孔、锥形喷气口、喷气端螺纹孔、增流装置螺纹孔和喷气端密封圈凹槽；所述喷气端螺钉与喷气端螺纹孔螺纹连接，增流装置螺纹孔与紧定螺钉螺纹连接，喷气端密封圈与喷气端密封圈凹槽固定。所述发电组件固定架设置有发电机进气端、发电机出气口、旋转槽Ⅰ、安装螺纹孔和旋转槽Ⅱ；旋转槽Ⅰ与矩形发电组件固定，旋转槽Ⅱ与扇形发电组件固定，安装螺纹孔与紧定螺钉螺纹连接。所述扇形发电组件设置有扇形金属基板和压电元件Ⅰ，扇形金属基板与压电元件Ⅰ固定；所述扰流膜片设置有发电组件沉孔，发电组件沉孔与矩形发电组件固定；扰流膜片设置有内弧面和外弧面；所述矩形发电组件设置有矩形金属基板和压电元件Ⅱ，矩形金属基板和压电元件Ⅱ固定。所述引流孔半径为R0，吸气端通孔半径为R1，引流孔与吸气端通孔的半径比为E=R0/R1，E值满足的范围为1~1.5；所述喷气端连通孔半径为R3，喷气端连通孔与吸气端通孔的半径比为F=R3/R1，F值满足的范围为1.2~1.5；喷气端连通孔与进气孔的半径比为D=R3/R2，D值满足的范围为5~8。所述扇形金属基板的半径为R4，R4的取值范围为35~45mm；所述压电元件Ⅰ长度为a，压电元件Ⅰ的长度与扇形金属基板半径比为M=a/R4，M的取值范围为0.3~0.7；所述内弧面的圆角半径为R5，R5的取值范围为5~10mm。所述扇形发电组件中压电元件Ⅰ和矩形发电组件中压电元件Ⅱ可以选用压电陶瓷片PZT或柔性强韧性压电材料PVDF。本专利技术设计的压电发电机工作原理是利用压电元件的正压电效应实现气体压力能向电能转化，它可在高压小流量气体的作用下诱导外界空气进行定向流动，可对诱导后的外界空气进行增速，在气体增速后从锥形喷气端流出并作用于柔性菱形发电装置实现电能转化。微孔隙流量放大装置具有一圈环状微型孔隙，由于孔隙的直径极小，在高压气体的作用下喷射出的气流较快。当快速的气体流动导致压电发电机内部压力小于外界空气压力时，外部空气将会均匀的被吸入微孔隙流量放大装置，实现增流的目的。双膜片式发电组件的技术优势在于其采用盘型阵列式结构，可以在较小的空间上布置尽可能多的压电元件，通过冲击扇形发电组件使压电元件产生形变，更加高效的俘获气体中的压力能。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，利用所专利技术的微孔隙气体增流器可在高压小流量气体的作用下诱导外界空气定向移动，并对诱导后的气体进行增速和增流，从锥形喷气端排出作用于与微孔隙气体增流器相连接的双膜片式发电组件进行能量转化。本专利技术设计的发电机将气体流速和流量放大，进而可将发电机的发电效率提高3倍以上。在低功耗传感器、低功耗器件供能等
具有广泛的应用前景。附图说明图1所示为本专利技术提出的一种利用环隙射流激励的双作用膜片式压电发电机的结构示意图；图2所示为本专利技术提出的一种利用环隙射流激励的双作用膜片式压电发电机的微孔隙气体增流器结构示意图；图3所示为本专利技术提出的一种利用环隙射流激励的双作用膜片式压电发电机的锥形吸气端结构剖视图；图4所示为本专利技术提出的一种利用环隙射流激励的双作用膜片式压电发电机的固定套筒结构剖视图；图5所示为本专利技术提出的一种利用环隙射流激励的双作用膜片式压电发电机的锥形喷气端结构剖视图；图6所示为本专利技术提出的一种利用环隙射流激励的双作用膜片式压电发电机的锥形喷气端结构局部剖视图；图7所示为本专利技术提出的一种利用环隙射流激励的双作用膜片式压电发电机的锥形吸气端与锥形喷气端局部串接结构剖视图；图8所示为本专利技术提出的一种利用环隙射流激励的双作用膜片式压电发电机的双膜片式发电组件结构剖视图；图9所示为本专利技术提出的一种利用环隙射流激励的双作用膜片式压电发电机的发电组件固定架结构剖视图；图10所示为本专利技术提出的一种利用环隙射流激励的双作用膜片式压电发电机的扇形发电组件结构示意图；图11所示为本专利技术提出的一种利用环隙射流激励的双作用膜片式压电发电机的矩形发电组件扰流膜片剖视图；图12所示为本专利技术提出的一种利用环隙射流激励的双作用膜片式压电发电机的矩形发电组件结构剖视图；图13所示为本专利技术提出的一种利用环隙射流激励的双作用膜片式压电发电机的整流电路示意图。具体实施方式具体实施方式一：结合图1~图13说明本实施方式。本实施方式提供了一种利用环隙射流激励的双作用膜片本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种利用环隙射流激励的双作用膜片式压电发电机，其特征在于该双作用膜片式压电发电机包括微孔隙气体增流器（1）、紧定螺钉（2）和双膜片式发电组件（3），微孔隙气体增流器（1）通过紧定螺钉（2）与双膜片式发电组件（3）螺纹连接；所述微孔隙气体增流器（1）包括锥形吸气端（1‑1）、吸气端螺钉（1‑2）、固定套筒（1‑3）、锥形喷气端（1‑4）、喷气端螺钉（1‑5）、喷气端密封圈（1‑6）和吸气端密封圈（1‑7）；所述锥形吸气端（1‑1）与固定套筒（1‑3）通过吸气端密封圈（1‑7）气体密封，锥形吸气端（1‑1）与固定套筒（1‑3）通过吸气端螺钉（1‑2）螺纹连接；所述锥形喷气端（1‑4）与固定套筒（1‑3）通过喷气端密封圈（1‑6）气体密封，锥形喷气端（1‑4）与固定套筒（1‑3）通过喷气端螺钉（1‑5）螺纹连接；所述双膜片式发电组件（3）包括发电组件固定架（3‑1）、扇形发电组件（3‑2）、扰流膜片（3‑3）和矩形发电组件（3‑4）；所述发电组件固定架（3‑1）与扇形发电组件（3‑2）紧固连接，发电组件固定架（3‑1）与矩形发电组件（3‑4）紧固连接，矩形发电组件（3‑4）与扰流膜片（3‑3）紧固连接。...

【技术特征摘要】
1.一种利用环隙射流激励的双作用膜片式压电发电机，其特征在于该双作用膜片式压电发电机包括微孔隙气体增流器（1）、紧定螺钉（2）和双膜片式发电组件（3），微孔隙气体增流器（1）通过紧定螺钉（2）与双膜片式发电组件（3）螺纹连接；所述微孔隙气体增流器（1）包括锥形吸气端（1-1）、吸气端螺钉（1-2）、固定套筒（1-3）、锥形喷气端（1-4）、喷气端螺钉（1-5）、喷气端密封圈（1-6）和吸气端密封圈（1-7）；所述锥形吸气端（1-1）与固定套筒（1-3）通过吸气端密封圈（1-7）气体密封，锥形吸气端（1-1）与固定套筒（1-3）通过吸气端螺钉（1-2）螺纹连接；所述锥形喷气端（1-4）与固定套筒（1-3）通过喷气端密封圈（1-6）气体密封，锥形喷气端（1-4）与固定套筒（1-3）通过喷气端螺钉（1-5）螺纹连接；所述双膜片式发电组件（3）包括发电组件固定架（3-1）、扇形发电组件（3-2）、扰流膜片（3-3）和矩形发电组件（3-4）；所述发电组件固定架（3-1）与扇形发电组件（3-2）紧固连接，发电组件固定架（3-1）与矩形发电组件（3-4）紧固连接，矩形发电组件（3-4）与扰流膜片（3-3）紧固连接。2.根据权利要求1所述的一种利用环隙射流激励的双作用膜片式压电发电机，其特征在于所述锥形吸气端（1-1）设置有引流孔（1-1-1）、吸气端通孔（1-1-2）、吸气端密封圈凹槽（1-1-3）和锥形吸气端螺纹孔（1-1-4）；锥形吸气端螺纹孔（1-1-4）与吸气端螺钉（1-2）螺纹连接。3.根据权利要求1所述的一种利用环隙射流激励的双作用膜片式压电发电机，其特征在于所述固定套筒（1-3）设置有套筒螺纹孔Ⅰ（1-3-1），套筒螺纹孔Ⅰ（1-3-1）与吸气端螺钉（1-2）螺纹连接；固定套筒（1-3）设置有进气孔（1-3-2）；固定套筒（1-3）设置有套筒螺纹孔Ⅱ（1-3-3），套筒螺纹孔Ⅱ（1-3-3）与喷气端螺钉（1-5）螺纹连接。4.根据权利要求1所述的一种利用环隙射流激励的双作用膜片式压电发电机，其特征在于所述锥形喷气端（1-4）设置有喷气端连通孔（1-4-1）、锥形喷气口（1-4-2）、喷气端螺纹孔（1-4-3）、增流装置螺纹孔（1-4-4）和喷气端密封圈凹槽（1-4-5）；所述喷气端螺钉（1-5）与喷气端螺纹孔（1-4-3）螺纹连接，增流装置螺纹孔（1-4-4）与紧定螺钉（2）螺纹连接，喷气端密封圈（1-6）与喷气端密封圈凹槽（1-4-5）...

【专利技术属性】
技术研发人员：程廷海，李恒禹，林洁琼，赵宏伟，孙浩，李博文，殷梦飞，
申请(专利权)人：长春工业大学，
类型：发明
国别省市：吉林;22