盲孔一 2-2-5 —側(cè)還設(shè)置有凸緣一 2-2-3，其用于與腔體結(jié)構(gòu)2-1的圓形凹槽2-1-4配合連接。
[0014]所述發(fā)電組件2-3包括圓形壓電陶瓷片2-3-1和金屬基板2-3-2，所述圓形壓電陶瓷片2-3-1采用J31模式；所述金屬基板2-3-2為圓形金屬彈性體結(jié)構(gòu)；所述金屬基板2-3-2通過環(huán)氧樹脂膠與圓形壓電陶瓷片2-3-1膠粘連接，使二者幾何中心重合；所述發(fā)電組件2-3通過環(huán)氧樹脂膠與腔體端蓋2-2設(shè)置的圓形凹槽一 2-2-1 —側(cè)腔體端蓋平面一 2-2-6膠粘連接，粘接時(shí)優(yōu)選將發(fā)電組件2-3的幾何中心與腔體端蓋2-2的腔體端蓋平面一 2-2-6的幾何中心重合。
[0015]本實(shí)施方式的具體發(fā)電原理:利用氣動壓縮空氣產(chǎn)生的軸向載荷作用于發(fā)電組件2-3上表面而使其產(chǎn)生彎曲形變，從而激發(fā)發(fā)電組件2-3產(chǎn)生電能。壓縮空氣可推動活塞使氣缸I正常工作，在氣缸I的運(yùn)動過程中，由于氣缸I內(nèi)部容積產(chǎn)生變化，從而導(dǎo)致壓縮氣體產(chǎn)生波動，這種波動特性可以使非穩(wěn)態(tài)的壓縮空氣不斷地對發(fā)電組件2-3施加交變的作用力，使其產(chǎn)生反復(fù)的形變，此過程有效的增加了波形帶寬從而增大了發(fā)電組件2-3的發(fā)電量。本發(fā)明提出的用于氣動系統(tǒng)物聯(lián)網(wǎng)節(jié)點(diǎn)供能的壓電膜片外置式發(fā)電氣缸的發(fā)電過程可分為三個(gè)階段:沖擊過程發(fā)電、保壓過程發(fā)電和復(fù)位過程發(fā)電。具體發(fā)電過程如下:沖擊發(fā)電階段，氣缸I由后端蓋氣孔流入的氣體，一部分通過腔體結(jié)構(gòu)2-1 —側(cè)端部的通孔2-1-2進(jìn)入壓電發(fā)電裝置2，另一部分留在氣缸I，進(jìn)入發(fā)電裝置2中的氣流直接沖擊發(fā)電組件2-3使其產(chǎn)生形變，從而產(chǎn)生電能；保壓發(fā)電階段，隨著進(jìn)入氣缸I氣體量的增加，壓縮空氣推動活塞使氣缸I正常運(yùn)動，活塞運(yùn)動時(shí)氣缸I和壓電發(fā)電裝置2內(nèi)會產(chǎn)生不穩(wěn)定的氣體波動，不斷地對發(fā)電組件2-3施加交變的作用力，使其產(chǎn)生反復(fù)的形變，當(dāng)氣缸內(nèi)氣壓達(dá)到穩(wěn)態(tài)時(shí)，發(fā)電組件2-3產(chǎn)生形變達(dá)到最大，發(fā)電組件2-3產(chǎn)生最大的正向電壓；復(fù)位發(fā)電是在氣缸I處于后端蓋氣孔排氣時(shí)，氣體通過腔體結(jié)構(gòu)2-1 —側(cè)端部的通孔2-1-2排出，壓電發(fā)電裝置2內(nèi)部氣壓減小，發(fā)電組件2-3進(jìn)行復(fù)位，從而有負(fù)電輸出，當(dāng)負(fù)向電壓減小為零時(shí)，通過以上工作過程，完成本發(fā)明一個(gè)周期的發(fā)電過程。重復(fù)上述工作過程，可實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的連續(xù)發(fā)電。
[0016]【具體實(shí)施方式】二:結(jié)合圖10和圖11說明本實(shí)施方式。
[0017]本實(shí)施方式提供另一種用于氣動系統(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。其結(jié)構(gòu)組成和連接方式與【具體實(shí)施方式】一相同，不同之處在于所述腔體端蓋2-2的結(jié)構(gòu)組成和發(fā)電組件2-3的布置方式不同，所述腔體端蓋2-2為一種多片式腔體端蓋，其一側(cè)端部均勻設(shè)有η個(gè)圓形凹槽二 2-2-7，η為大于I的正整數(shù)，所述圓形凹槽二 2-2-7分為兩個(gè)部分，其中I個(gè)圓形凹槽的幾何中心與腔體端蓋2-2的腔體端蓋平面二2-2-12的幾何中心重合，另一部分的圓形凹槽的幾何中心優(yōu)選均布在半徑為0.2-0.6倍腔體端蓋2-2半徑的同心圓之間，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 —側(cè)端部還設(shè)置有導(dǎo)線孔二 2-2-8，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)六角盲孔二 2-2-11，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)置有外螺紋三2-2-10，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)六角盲孔二 2-2-11 —側(cè)還設(shè)置有凸緣二 2-2-9，其用于與腔體結(jié)構(gòu)2-1的圓形凹槽2-1-4配合連接。
[0018]所述發(fā)電組件2-3與腔體端蓋2-2粘接時(shí)其中I個(gè)發(fā)電組件的幾何中心優(yōu)選位于腔體端蓋2-2的腔體端蓋平面二 2-2-12的幾何中心上，其余η-1個(gè)發(fā)電組件2_3的幾何中心優(yōu)選均布在半徑為0.2-0.6倍腔體端蓋2-2半徑的同心圓之間，使發(fā)電組件2-3的幾何中心與腔體端蓋2-2上的圓形凹槽二 2-2-7的幾何中心重合。
[0019]本實(shí)施方式的具體發(fā)電原理與【具體實(shí)施方式】一的發(fā)電原理相同。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.用于氣動系統(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，其特征在于:所述用于氣動系統(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(1)和壓電發(fā)電裝置(2)組成；所述氣缸(1)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(1)與壓電發(fā)電裝置(2)的緊固連接；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)，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，所述發(fā)電組件(2-3)包括圓形壓電陶瓷片(2-3-1)和金屬基板(2-3-2)，所述圓形壓電陶瓷片(2-3-1)采用名模式，所述金屬基板(2-3-2)為圓形金屬彈性體結(jié)構(gòu)，所述金屬基板(2-3-2)與圓形壓電陶瓷片(2-3-1)膠粘連接，使二者幾何中心重合，所述發(fā)電組件(2-3)與腔體端蓋(2-2)設(shè)置的圓形凹槽一(2-2-1)—側(cè)端部平面(2-2-6)膠粘連接。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于氣動系統(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，其特征在于:所述腔體端蓋(2-2)為單片式腔體端蓋，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) —側(cè)端部還設(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)六角盲孔一(2-2-5) —側(cè)還設(shè)置有凸緣一(2-2-3)，其用于與腔體結(jié)構(gòu)(2-1)的圓形凹槽(2-1-4)配合連接。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于氣動系統(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，其特征在于:所述腔體端蓋(2-2)為多片式腔體端蓋，其一側(cè)端部均勻設(shè)有η個(gè)圓形凹槽二(2-2-7)，η為大于1的正整數(shù)，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) —側(cè)端部還設(shè)置有導(dǎo)線孔二(2-2-8)，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)六角盲孔二(2-2-11)，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)置有外螺紋三(2-2-10)，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)六角盲孔二(2-2-11) —側(cè)還設(shè)置有凸緣二(2-2-9)，其用于與腔體結(jié)構(gòu)(2-1)的圓形凹槽(2-1-4)配合連接。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種用于氣動系統(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，以解決當(dāng)前氣動壓電發(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)明包括氣缸本體和壓電發(fā)電裝置兩部分，所述發(fā)電裝置通過螺紋副與氣缸后端連接。所述壓電發(fā)電裝置由腔體結(jié)構(gòu)、發(fā)電組件和腔體端蓋組成，所述腔體端蓋為單片式腔體端蓋或多片式腔體端蓋。發(fā)電組件在壓縮空氣的沖擊、氣體壓力以及壓力波動的作用下產(chǎn)生機(jī)械形變，并在低壓時(shí)進(jìn)行復(fù)位，基于壓電效應(yīng)產(chǎn)生電能。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，此外，通過整流儲能電路可將產(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。本發(fā)明在氣動技術(shù)領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。
【IPC分類】H02N2/18, F16J10/02, F01B23/10
【公開號】CN105305880
【申請?zhí)枴緾N201510843023
【發(fā)明人】程廷海, 盧曉暉, 包鋼, 陳棟, 秦峰, 高琪, 宋兆陽
【申請人】長春工業(yè)大學(xué)
【公開日】2016年2月3日
【申請日】2015年11月30日