[发明专利]一种用于高压管道的活塞式磁力升频压电俘能器

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于高压管道的活塞式磁力升频压电俘能器，属于气动技术领域。

背景技术

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，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。因此，需研究一种用于气动系统中物联网节点供能的新型能源供给技术以解决传统供能技术所带来的诸多弊端。

利用压电材料的正压电效应俘获环境微能源转化为电能的环境能源收集技术，由于具有能量转换效率高、清洁无污染、不受电磁干扰以及使用寿命长等优势，成为微能源转化与供给技术的研究热点。在气动系统中，管道内的压缩气体存在巨大的能量，其也具备安全清洁可再生等优势。因此，合理利用气动系统的气体能量，结合压电材料的正压电效应将气体能量转化为电能为气动系统中物联网节点供能，可有效解决外接电路供电带来的布线复杂及电池供电带来的需定期更换、污染环境等问题，对提高气动系统的智能化水平具有促进作用。然而气动系统中的振动大都是低频振动，但目前大多数压电俘能器简谐振动频率较高，导致其机电转化效率低、功率小，限制了压俘能器机在气动技术领域的发展与应用。

发明内容

为解决当前气动系统中物联网节点供能的压电俘能器机电转化效率低、功率小等问题，本发明公开一种用于高压管道的活塞式磁力升频压电俘能器，为气动系统中物联网节点提供一种功率大、转化效率高的供电装置。

本发明所采用的技术方案是：所述一种用于高压管道的活塞式磁力升频压电俘能器由高压气体激励驱动组件、环形压电发电组件和紧固螺钉组成，其中高压气体激励驱动组件和环形压电发电组件通过紧固螺钉紧固连接。

所述高压气体激励驱动组件包括高压气体腔、气管快速接头、活塞、弹簧、圆柱磁铁和垫圈；所述气管快速接头安装在高压气体腔两端，气管快速接头用于与外界气动元件配合，便于高压气体激励驱动组件的安装固定，所述活塞置于高压气体腔的环形凹面内，初始状态，活塞顶端与垫圈完全接触，活塞采用气密性较好的橡胶材料制成，所述活塞设置有环形凹槽和活塞底面，环形凹槽置于活塞的底端，其用于圆柱磁铁的粘接固定，所述弹簧一端作用在活塞底面，另一端置于腔体的端面，弹簧的弹力可促使活塞复位，所述垫圈外环中部设置有环形缺口，环形缺口用于与垫圈限位板配合，实现垫圈的固定，所述垫圈对活塞的运动起到缓冲作用。

所述高压气体腔的末端设置有通孔Ⅰ，所述通孔Ⅰ与环形压电发电组件中腔体上方的螺纹孔Ⅰ通过紧定螺钉的作用，实现高压气体激励驱动组件与环形压电发电组件的固定，所述高压气体腔末端附近设有环形凹面，环形凹面内侧涂抹润滑油，使活塞在高压气体腔内正常运动，所述高压气体腔设置有垫圈限位板，其用于垫圈的安装。

所述环形压电发电组件由腔体、发电组件Ⅰ、发电组件Ⅱ、矩形磁铁、后端盖和紧定螺钉组成，其中发电组件Ⅰ和发电组件Ⅱ胶粘固定在腔体内，矩形磁铁分别胶粘在发电组件Ⅰ的固定梁Ⅰ和发电组件II的固定梁II上，，后端盖和腔体通过紧定螺钉紧固连接。

所述腔体设置有螺纹孔Ⅰ、端面、挡板、固定架Ⅰ、固定架Ⅱ和螺纹孔Ⅱ；所述螺纹孔Ⅰ周向均布在腔体上方，其用于腔体的固定，所述端面位于腔体的端部，所述挡板置于端面内侧，挡板可限制弹簧的径向运动，所述固定架Ⅰ设置有压电组件粘接面Ⅰ，其用于与发电组件Ⅰ的贴合面Ⅰ贴合，所述固定架Ⅱ设置有压电组件粘接面Ⅱ，其用于与发电组件Ⅱ的贴合面Ⅱ贴合，所述螺纹孔Ⅱ置于腔体的底端，其用于实现端盖的固定。