一种基于液压原理的压电式微振能量转换器制造技术

本发明专利技术涉及一种能量转换器，特别是一种基于液压原理的压电式微振能量转换器，其能够收集周边环境的能量，包括太阳能、热能、机械能等能够产生振动频率的能量源，利用液压原理，将环境中的振动力放大后作用到压电装置上，利用压电装置的压电效应产生电能，为传感器或其他低功耗负载供电，由于本技术是基于微振能量，因此使用时间长，不受使用容量限制，几乎无需更换，没有环境污染问题；另外，本发明专利技术所述能量转换工作过程为物理过程，工作介质基本不受环境影响，因此工作环境不受限制，可以扩大传感器等的使用范围，提高使用效果。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种能量转换器，特别是一种基于液压原理的压电式微振能量转换器。
技术介绍
在“智慧城市”建设中，需要使用大量应用到各种传感器。如果这些传感器全部使 用“有线”方式传输信号和供电，就必须预先铺设大量电缆，建设和维护成本都很巨大。随着 技术进步，无线传感器网络在电力、交通和国防等领域逐渐得到应用。无线传感器网络通过 GPRS、WiFi、蓝牙等方式传输信号，解决了铺设通讯电缆带来的一系列问题。然而其不足之 处在于，在节点供电方面，现有技术的无线传感器主要使用高能量密度电池供电，储能电池 容量固定，在使用时间上受到很多限制，在不断更换电池的过程中，废弃的电池也带来了环 境污染，另外，储能电池的使用环境也有限制，在潮湿、炎热等复杂环境下存在爆炸的隐患。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术的不足之处而提供一种减少使用时间、使用环境 限制、环保的基于液压原理的压电式微振能量转换器。本专利技术是通过以下途径来实现的一种基于液压原理的压电式微振能量转换器，包括有T型壳体、液压装置、压电装置和 电力变换装置，T型壳体包括有较大截面部和较小截面部，液压装置包括有振动装置、小活 塞、液压油、液压缸以及大活塞，液压缸位于T型壳体内腔较大截面部和较小截面部的交接 部位，缸内充满液压油，液压缸位于壳体内腔较小截面部一侧安装有小活塞，位于较大截面 部一侧安装有大活塞，振动装置一端部与小活塞外侧面连接，大活塞通过压电装置与电力 变换装置连接。选择自振频率与使用环境中存在最多的频率相接近的振动装置，这样，在环境中 的低频微振中振动装置容易发生共振，另外振动装置还可以直接接收振动能量强的振动 源，振动装置通过以上方式采集环境的振动能量，并传递给小活塞，再由小活塞传递给液压 油，由于液压油所在的液压缸经由小截面到大截面变换，在同等压强情况下，压力被放大， 根据液压原理，放大倍数等于大、小活塞的横截面积比值。大活塞收到由液压油传递的放大 的振动力，直接挤压压电装置，根据压电效应原理，该压电装置表面产生电荷，该电荷经由 电力变换装置处理形成直流电以供外部负载使用。本专利技术所述的能量转换器能够收集周边环境的能量，包括太阳能、热能、机械能等 能够产生振动频率的能量源，利用液压原理，将环境中的振动力放大后作用到压电装置上，利用压电装置的压电效应产生电能，为传感器或其他低功耗负载供电，由于本技术是基于 微振能量，因此使用时间长，不受使用容量限制，几乎无需更换，没有环境污染问题；另外， 本专利技术所述能量转换工作过程为物理过程，工作介质基本不受环境影响，因此工作环境不 受限制，可以扩大传感器等的使用范围，提高使用效果。本专利技术可以进一步具体为大活塞与小活塞的横截面积比值大于3。为了保证能量在液压装置中的放大效果，放大比例，即大活塞与小活塞的横截面 积比值应当大于3，最佳选择应当大于5-10倍。压电装置由压电材料制成，其效应面紧靠电力变换装置固定安装。也就是说，压电装置固定在电力变换装置面向大活塞的一面，效应面产生的电荷 可以直接传递到电力变换装置进行处理。压电材料可以采用PZT压电陶瓷垫片，面积与大活塞面积相等。电力变换装置包括有电连接的整流装置和调压装置，整流装置连接压电装置，调 压装置外接工作电极。压电装置因压电效应产生电荷后，形成交流信号，整流装置将该交流信号进线整 流处理，形成直流电，调压装置用于将所形成的直流电调整为工作用电能，然后供给外部负 载使用。振动装置可以是一种弹簧构件。弹簧的材料和结构根据具体测得的环境频率计算得出的共振频率决定，这样，除 了能量大的振动源外，还可以接收低频的振动源。振动装置综上所述，本专利技术提供了一种基于液压原理的压电式微振能量转换器，能够收集周边 环境的能量，包括太阳能、热能、机械能等能够产生振动频率的能量源，利用液压原理，将环 境中的振动力放大后作用到压电装置上，利用压电装置的压电效应产生电能，为传感器或 其他低功耗负载供电，由于本技术是基于微振能量，因此使用时间长，不受使用容量限制， 几乎无需更换，没有环境污染问题；另外，本专利技术所述能量转换工作过程为物理过程，工作 介质基本不受环境影响，因此工作环境不受限制，可以扩大传感器等的使用范围，提高使用 效果。附图说明图1所示为本专利技术所述基于液压原理的压电式微振能量转换器的结构示意图。 下面结合实施例对本专利技术做进一步描述。具体实施例 最佳实施例参照附图1，一种基于液压原理的压电式微振能量转换器，包括有T型壳体、液压装置、 压电装置和电力变换装置，T型壳体包括有较大截面部和较小截面部，液压装置包括有振动 装置、小活塞、液压油、液压缸以及大活塞，液压缸位于T型壳体内腔较大截面部和较小截装 置为一种自振频率为100HZ的弹簧构件，其一端部与小活塞外侧面连接，大活塞通过压电 装置与电力变换装置连接。本专利技术给出一个具体使用过的参数液压缸上粗下细，总高20mm，上部粗圆柱体 高X外径=8X 11mm，下部细圆柱体高X外径=12X 5mm，液压缸缸壁厚度均为1mm。所述 的大活塞厚X直径=3 X 9mm，小活塞厚X直径=2 X 3mm。其中压电装置由一种PZT压电陶瓷垫片的压电材料做成，面积与大活塞面积相 等，厚度为2mm。电力变换装置包括有电连接的整流装置和调压装置，整流装置连接压电装 置，调压装置外接工作电极。其工作原理为弹簧构件在环境中的低频微振中发生共振，由此采集环境的振动能量，并传递给小活 塞，再由小活塞传递给液压油，由于液压油所在的液压缸经由小截面到大截面变换，在同等 压强情况下，压力被放大，根据液压原理，放大倍数等于大、小活塞的横截面积比值，在转换 器能够接受的范围内，比值越大，则放大效果越好。大活塞收到由液压油传递的放大的振动 力，直接挤压压电装置，根据压电效应原理，该压电装置表面产生电荷，该电荷经由电力变 换装置的整流装置先整流为直流电，再由调压装置调整输出电压，最后将输出的直流电通 过工作电极供给最终负载使用。本专利技术未述部分与现有技术相同。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于液压原理的压电式微振能量转换器，其特征在于，包括有Ｔ型壳体、液压装置、压电装置和电力变换装置，Ｔ型壳体包括有较大截面部和较小截面部，液压装置包括有振动装置、小活塞、液压油、液压缸以及大活塞，液压缸位于Ｔ型壳体内腔较大截面部和较小截面部的交接部位，缸内充满液压油，液压缸位于壳体内腔较小截面部一侧安装有小活塞，位于较大截面部一侧安装有大活塞，振动装置一端部与小活塞外侧面连接，大活塞通过压电装置与电力变换装置连接。

【技术特征摘要】
1.一种基于液压原理的压电式微振能量转换器，其特征在于，包括有T型壳体、液压装 置、压电装置和电力变换装置，T型壳体包括有较大截面部和较小截面部，液压装置包括有 振动装置、小活塞、液压油、液压缸以及大活塞，液压缸位于T型壳体内腔较大截面部和较 小截面部的交接部位，缸内充满液压油，液压缸位于壳体内腔较小截面部一侧安装有小活 塞，位于较大截面部一侧安装有大活塞，振动装置一端部与小活塞外侧面连接，大活塞通过 压电装置与电力变换装置连接。2.根据权利要求1所述的一种基于液压原理的压电式微振能量转换器，其特征在于， 大活塞与小活塞的横截面积比值大于...

【专利技术属性】
技术研发人员：王昕，李宇胜，王静怡，
申请(专利权)人：福建水口发电集团有限公司，
类型：发明
国别省市：35[]