用于氣動(dòng)系統(tǒng)物聯(lián)網(wǎng)節(jié)點(diǎn)供能的壓電膜片外置式發(fā)電氣缸的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種用于氣動(dòng)系統(tǒng)物聯(lián)網(wǎng)節(jié)點(diǎn)供能的壓電膜片外置式發(fā)電氣缸，屬于氣動(dòng)技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]氣動(dòng)技術(shù)是以空氣壓縮機(jī)為動(dòng)力源，以壓縮空氣為工作介質(zhì)，進(jìn)行能量和信號傳遞的工程技術(shù)，是實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化生產(chǎn)與工業(yè)控制的重要手段之一，以其成本低、污染小、易調(diào)控等優(yōu)點(diǎn)在加工、制造、汽車生產(chǎn)等領(lǐng)域中應(yīng)用廣泛。隨著氣動(dòng)技術(shù)的不斷發(fā)展，人們對氣動(dòng)系統(tǒng)智能化的要求也越來越高，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在氣動(dòng)系統(tǒng)中的應(yīng)用則是實(shí)現(xiàn)氣動(dòng)技術(shù)智能化的主要方式之一。目前，氣動(dòng)系統(tǒng)中物聯(lián)網(wǎng)節(jié)點(diǎn)通常由傳感器和無線通信模塊組成，其供電方式一般采用外接電路和電池供電，外接電路供電會(huì)使氣動(dòng)系統(tǒng)供電線路復(fù)雜，增加系統(tǒng)維護(hù)的成本和困難程度；而電池供電則存在電池體積大、使用壽命短，需頻繁更換等問題，難以滿足傳感器和無線通信模塊持續(xù)工作的要求；同時(shí)，電池含有重金屬，廢舊電池處理不當(dāng)會(huì)造嚴(yán)重的環(huán)境污染。
[0003]由于氣動(dòng)系統(tǒng)本身能量大，俘獲氣動(dòng)系統(tǒng)能量為物聯(lián)網(wǎng)節(jié)點(diǎn)供能具有良好的發(fā)展前景?，F(xiàn)有中國實(shí)用新型專利《氣動(dòng)發(fā)電裝置》，授權(quán)公告號為CN 201898457 U，授權(quán)公告日為2011.07.13，公開一種氣動(dòng)發(fā)電裝置，包括充氣裝置、密封容器、控制裝置及壓電晶體，充氣裝置與密封容器連通并向密封容器充氣，控制裝置與密封容器連接，控制裝置靠近壓電晶體安裝，控制裝置將密封容器中的壓縮空氣形成氣流，并將氣流的作用力傳遞到壓電晶體，使壓電晶體將機(jī)械能轉(zhuǎn)換成電能，供與壓電晶體電連接的用電器使用。中國發(fā)明專利《一種基于射流微振蕩器激勵(lì)的壓電發(fā)電裝置》，申請公布號為CN 102594202 A，申請公布日為2012.07.18，公開一種基于射流微振蕩器激勵(lì)的壓電發(fā)電裝置，該裝置包括殼體、雙穩(wěn)射流元件、第一振蕩腔、第二振蕩腔和輸出電路；第一振蕩腔和第二振蕩腔對稱布置在雙穩(wěn)射流元件的左右兩側(cè)；在第一振蕩腔和第二振蕩腔上分別設(shè)有膜片，在膜片上設(shè)有壓電片，雙穩(wěn)射流元件進(jìn)氣口與氣動(dòng)設(shè)備的排氣口連通。由于雙穩(wěn)射流元件的附壁效應(yīng)，氣體反復(fù)循環(huán)在兩側(cè)振蕩腔中形成振蕩氣體，振蕩腔中振蕩氣流帶動(dòng)腔室上的膜片振動(dòng)，膜片的振動(dòng)驅(qū)動(dòng)其上的壓電片振動(dòng)變形產(chǎn)生電荷。上述已有技術(shù)存在發(fā)電裝置結(jié)構(gòu)復(fù)雜、占用空間大以及難以實(shí)現(xiàn)集成化與微型化等問題；同時(shí)由于上述技術(shù)方案中所公開的發(fā)電裝置是采用開放環(huán)境下進(jìn)行氣流沖擊俘能，存在能量利用率低、噪聲大等問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]為了解決上述氣動(dòng)壓電發(fā)電裝置結(jié)構(gòu)復(fù)雜、能量利用率低、噪聲大等問題，本發(fā)明公開一種用于氣動(dòng)系統(tǒng)物聯(lián)網(wǎng)節(jié)點(diǎn)供能的壓電膜片外置式發(fā)電氣缸。
[0005]本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是:所述用于氣動(dòng)系統(tǒng)物聯(lián)網(wǎng)節(jié)點(diǎn)供能的壓電膜片外置式發(fā)電氣缸由氣缸和壓電發(fā)電裝置組成；所述氣缸為普通氣缸；所述氣缸后端蓋中心位置設(shè)有螺紋通孔，其用于與壓電發(fā)電裝置中腔體結(jié)構(gòu)一側(cè)端部的外螺紋一旋合連接，實(shí)現(xiàn)氣缸與壓電發(fā)電裝置的緊固連接；所述壓電發(fā)電裝置包括腔體結(jié)構(gòu)、腔體端蓋和發(fā)電組件，所述腔體結(jié)構(gòu)一側(cè)端部設(shè)置有外螺紋一，所述腔體結(jié)構(gòu)的外螺紋一中心位置設(shè)有通孔，所述腔體結(jié)構(gòu)另一側(cè)端部中心位置設(shè)有圓形凹槽，其用于實(shí)現(xiàn)腔體端蓋中凸緣一的安裝布置，所述腔體結(jié)構(gòu)圓形凹槽中心位置設(shè)有內(nèi)螺紋，其用于與腔體端蓋的外螺紋二旋合連接，實(shí)現(xiàn)腔體結(jié)構(gòu)與腔體端蓋的緊固連接，所述發(fā)電組件包括圓形壓電陶瓷片和金屬基板，所述圓形壓電陶瓷片采用4模式，所述金屬基板為圓形金屬彈性體結(jié)構(gòu)，所述金屬基板與圓形壓電陶瓷片膠粘連接，使二者幾何中心重合，所述發(fā)電組件與腔體端蓋設(shè)置的圓形凹槽一一側(cè)腔體端蓋平面膠粘連接。
[0006]所述腔體端蓋為單片式腔體端蓋或多片式腔體端蓋；其中單片式腔體端蓋一側(cè)端部中心位置設(shè)有圓形凹槽一，其用于實(shí)現(xiàn)發(fā)電組件的安裝布置，所述腔體端蓋一側(cè)端部還設(shè)置有導(dǎo)線孔一，其用于實(shí)現(xiàn)發(fā)電組件導(dǎo)線的引出，所述腔體端蓋另一側(cè)中心位置設(shè)有內(nèi)六角盲孔一，其用于實(shí)現(xiàn)腔體端蓋與腔體結(jié)構(gòu)的安裝，所述腔體端蓋外圓周表面設(shè)置有外螺紋二，其用于與腔體結(jié)構(gòu)的內(nèi)螺紋旋合連接，實(shí)現(xiàn)腔體結(jié)構(gòu)與腔體端蓋的緊固連接，所述腔體端蓋外圓周表面靠近內(nèi)六角盲孔一一側(cè)還設(shè)置有凸緣一，其用于與腔體結(jié)構(gòu)的圓形凹槽配合連接；多片式腔體端蓋一側(cè)端部均勻設(shè)有η個(gè)圓形凹槽二，η為大于I的正整數(shù)，其用于實(shí)現(xiàn)發(fā)電組件的安裝布置，所述腔體端蓋一側(cè)端部還設(shè)置有導(dǎo)線孔二，其用于實(shí)現(xiàn)發(fā)電組件導(dǎo)線的引出，所述腔體端蓋另一側(cè)中心位置設(shè)有內(nèi)六角盲孔二，其用于實(shí)現(xiàn)腔體端蓋與腔體結(jié)構(gòu)的安裝，所述腔體端蓋外圓周表面設(shè)置有外螺紋三，其用于與腔體結(jié)構(gòu)的內(nèi)螺紋旋合連接，實(shí)現(xiàn)腔體結(jié)構(gòu)與腔體端蓋的緊固連接，所述腔體端蓋外圓周表面靠近內(nèi)六角盲孔二一側(cè)還設(shè)置有凸緣二，其用于與腔體結(jié)構(gòu)的圓形凹槽配合連接。
[0007]本發(fā)明的有益效果是:本發(fā)明可俘獲氣流沖擊的動(dòng)能和壓縮氣體的壓力能，發(fā)電過程分為三個(gè)階段:沖擊過程發(fā)電、保壓過程發(fā)電和復(fù)位發(fā)電。沖擊過程發(fā)電即通過氣流沖擊壓電發(fā)電裝置中的發(fā)電組件使其產(chǎn)生形變從而產(chǎn)生電能；保壓過程發(fā)電即當(dāng)壓縮氣體推動(dòng)活塞使氣缸正常運(yùn)動(dòng)時(shí)，運(yùn)動(dòng)過程中產(chǎn)生的壓力波動(dòng)使發(fā)電組件產(chǎn)生形變，當(dāng)氣缸內(nèi)氣壓達(dá)到穩(wěn)態(tài)時(shí)，氣體壓力使發(fā)電組件形變達(dá)到最大從而產(chǎn)生最大電量；復(fù)位發(fā)電即在排氣階段腔內(nèi)壓力迅速減小使發(fā)電組件復(fù)位，復(fù)位過程中發(fā)電組件產(chǎn)生負(fù)向電壓，當(dāng)負(fù)向電壓降至為零時(shí)即完成一個(gè)周期的發(fā)電過程。此過程有效的增加了波形帶寬從而增大了發(fā)電組件的發(fā)電量。本發(fā)明具有結(jié)構(gòu)簡單、能量利用率高、噪聲小以及成本低等技術(shù)優(yōu)勢，同時(shí)通過整流儲(chǔ)能電路可將產(chǎn)生的電能進(jìn)行收集整理，為物聯(lián)網(wǎng)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行供能。該發(fā)明在氣動(dòng)技術(shù)領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。
【附圖說明】
[0008]圖1所示為本發(fā)明提出的壓電膜片外置式發(fā)電氣缸結(jié)構(gòu)示意圖；
圖2所示為本發(fā)明提出的壓電膜片外置式發(fā)電氣缸中氣缸的結(jié)構(gòu)示意圖；
圖3所示為本發(fā)明提出的壓電膜片外置式發(fā)電氣缸中壓電發(fā)電裝置的剖視圖；
圖4所示為本發(fā)明提出的壓電膜片外置式發(fā)電氣缸中腔體結(jié)構(gòu)的剖視圖；
圖5所示為本發(fā)明提出的壓電膜片外置式發(fā)電氣缸中腔體結(jié)構(gòu)的側(cè)視圖；
圖6所示為本發(fā)明提出的壓電膜片外置式發(fā)電氣缸中腔體端蓋的剖視圖；
圖7所示為本發(fā)明提出的壓電膜片外置式發(fā)電氣缸中腔體端蓋的側(cè)視圖； 圖8所示為本發(fā)明提出的壓電膜片外置式發(fā)電氣缸中發(fā)電組件的側(cè)視圖；
圖9所示為本發(fā)明提出的壓電膜片外置式發(fā)電氣缸中發(fā)電組件的剖視圖；
圖10所示為本發(fā)明提出的壓電膜片外置式發(fā)電氣缸中腔體端蓋的剖視圖；
圖11所示為本發(fā)明提出的壓電膜片外置式發(fā)電氣缸中腔體端蓋的側(cè)視圖。
【具體實(shí)施方式】
[0009]【具體實(shí)施方式】一:結(jié)合圖1~圖9說明本實(shí)施方式。
[0010]本實(shí)施方式提供一種用于氣動(dòng)系統(tǒng)物聯(lián)網(wǎng)節(jié)點(diǎn)供能的壓電膜片外置式發(fā)電氣缸的具體實(shí)施方案。所述用于氣動(dòng)系統(tǒng)物聯(lián)網(wǎng)節(jié)點(diǎn)供能的壓電膜片外置式發(fā)電氣缸由氣缸I和壓電發(fā)電裝置2組成。
[0011]所述氣缸I可為雙作用氣缸(SMC公司MBB50-100雙作用氣缸)；所述氣缸I后端蓋中心位置設(shè)有螺紋通孔1-1，其用于與壓電發(fā)電裝置2中腔體結(jié)構(gòu)2-1—側(cè)端部的外螺紋一2-1-1旋合連接，實(shí)現(xiàn)氣缸I與壓電發(fā)電裝置2的緊固連接。
[0012]所述壓電發(fā)電裝置2包括腔體結(jié)構(gòu)2-1、腔體端蓋2-2和發(fā)電組件2_3。所述腔體結(jié)構(gòu)2-1 —側(cè)端部設(shè)置有外螺紋一 2-1-1 ;所述腔體結(jié)構(gòu)2-1的外螺紋一 2-1-1中心位置設(shè)有通孔2-1-2，其用于實(shí)現(xiàn)氣缸I與壓電發(fā)電裝置2之間氣體的流通；所述腔體結(jié)構(gòu)2-1另一側(cè)端部中心位置設(shè)有圓形凹槽2-1-4，其用于實(shí)現(xiàn)腔體端蓋2-2中凸緣一 2-2-3的安裝布置；所述腔體結(jié)構(gòu)2-1圓形凹槽2-1-4中心位置設(shè)有內(nèi)螺紋2-1-3，其用于與腔體端蓋2-2的外螺紋二 2-2-4旋合連接，實(shí)現(xiàn)腔體結(jié)構(gòu)2-1與腔體端蓋2-2的緊固連接。
[0013]所述腔體端蓋2-2為一種單片式腔體端蓋，其一側(cè)端部中心位置設(shè)有圓形凹槽一2-2-1，其幾何中心與單片腔體2-2的端蓋平面2-2-6的幾何中心重合，其用于實(shí)現(xiàn)發(fā)電組件2-3的安裝布置；所述腔體端蓋2-2還設(shè)置有導(dǎo)線孔一 2-2-2，其用于實(shí)現(xiàn)發(fā)電組件2_3導(dǎo)線的引出；所述腔體端蓋2-2另一側(cè)中心位置設(shè)有內(nèi)六角盲孔一 2-2-5，其用于實(shí)現(xiàn)腔體端蓋2-2與腔體結(jié)構(gòu)2-1的安裝；所述腔體端蓋2-2外圓周表面設(shè)置有外螺紋二 2-2-4，其用于與腔體結(jié)構(gòu)2-1的內(nèi)螺紋2-1-3旋合連接，實(shí)現(xiàn)腔體結(jié)構(gòu)2-1與腔體端蓋2-2的緊固連接；所述腔體端蓋2-2外圓周表面靠近內(nèi)六角