一種采用壓電堆疊實(shí)現(xiàn)高效俘能的發(fā)電氣缸的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種采用壓電堆疊實(shí)現(xiàn)高效俘能的發(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)明公開一種采用壓電堆疊實(shí)現(xiàn)高效俘能的發(fā)電氣缸。
[0005]本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是:所述一種采用壓電堆疊實(shí)現(xiàn)高效俘能的發(fā)電氣缸由氣缸和壓電發(fā)電裝置組成，所述氣缸后端蓋中心位置設(shè)有內(nèi)螺紋一，所述壓電發(fā)電裝置包括腔體端蓋、發(fā)電腔體、發(fā)電組件，所述腔體端蓋一側(cè)端部設(shè)置有外螺紋一，其用于與氣缸后端蓋中心位置的內(nèi)螺紋一旋合連接，以實(shí)現(xiàn)氣缸與壓電發(fā)電裝置的緊固連接，所述腔體端蓋的外螺紋一中心位置設(shè)有通孔，其用于實(shí)現(xiàn)氣缸中與壓電發(fā)電裝置之間的氣體流通，所述腔體端蓋另一側(cè)端部設(shè)有外螺紋二，其用于與發(fā)電腔體的內(nèi)螺紋二旋合連接，以實(shí)現(xiàn)腔體端蓋與發(fā)電腔體緊固連接，所述發(fā)電腔體開口端設(shè)有內(nèi)螺紋二，其用于與腔體端蓋的外螺紋一旋合連接，所述發(fā)電腔體內(nèi)部中心位置設(shè)有內(nèi)部容腔，用于發(fā)電組件的安裝布置，發(fā)電腔體的底部端面一與發(fā)電組件中金屬基板一膠粘連接，發(fā)電腔體內(nèi)部底端設(shè)有導(dǎo)線孔，其用于實(shí)現(xiàn)發(fā)電組件導(dǎo)線的引出。
[0006]所述發(fā)電組件為單堆疊式發(fā)電組件或堆疊陣列式發(fā)電組件。
[0007]所述單堆疊式發(fā)電組件由活塞一、壓電堆疊和金屬基板一組成，所述活塞一中間部分設(shè)有環(huán)形凹槽一，用于實(shí)現(xiàn)活塞中密封環(huán)一的安裝布置，所述密封環(huán)一安裝于環(huán)形凹槽一中，以實(shí)現(xiàn)活塞一與發(fā)電腔體的密封連接，活塞一一端與壓電堆疊一端膠粘連接，所述壓電堆疊一端與活塞一一端膠粘連接，另一端與金屬基板一一端膠粘連接，實(shí)現(xiàn)壓電堆疊的固定，所述金屬基板一一端與壓電堆疊一端膠粘連接，另一端與底部端面一一端膠粘連接。
[0008]所述堆疊陣列式發(fā)電組件由活塞二、壓電堆疊陣列和金屬基板二組成，所述活塞二中間部分設(shè)有環(huán)形凹槽二，用于實(shí)現(xiàn)活塞中密封環(huán)二的安裝布置，所述密封環(huán)二安裝于環(huán)形凹槽二中，以實(shí)現(xiàn)活塞二與發(fā)電腔體的密封連接，活塞二一端與壓電堆疊陣列一端膠粘連接，所述壓電堆疊陣列由η個(gè)壓電堆疊在同一平面陣列組成，η為大于1的正整數(shù)，其一端與活塞二一端膠粘連接，另一端與金屬基板二一端膠粘連接，實(shí)現(xiàn)壓電堆疊陣列的固定，所述金屬基板二一端與壓電堆疊陣列一端膠粘連接，另一端與底部端面一一端膠粘連接，所述壓電堆疊陣列中每一個(gè)壓電堆疊之間和壓電堆疊陣列與發(fā)電腔體內(nèi)壁都留有空隙，避免壓電堆疊陣列變形后產(chǎn)生干涉。
[0009]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)電組件使其中壓電堆疊產(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)使壓電堆疊產(chǎn)生形變，當(dāng)氣缸內(nèi)氣壓達(dá)到穩(wěn)態(tài)時(shí)，氣體壓力使壓電堆疊形變達(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)電組件中壓電堆疊產(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，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，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】
[0010]圖1所示為本發(fā)明提出的一種采用壓電堆疊實(shí)現(xiàn)高效俘能的發(fā)電氣缸結(jié)構(gòu)示意圖；
圖2所示為本發(fā)明提出的一種采用壓電堆疊實(shí)現(xiàn)高效俘能的發(fā)電氣缸中氣缸的結(jié)構(gòu)示意圖；
圖3所示為本發(fā)明提出的一種采用壓電堆疊實(shí)現(xiàn)高效俘能的發(fā)電氣缸中壓電發(fā)電裝置的剖視圖； 圖4所示為本發(fā)明提出的一種采用壓電堆疊實(shí)現(xiàn)高效俘能的發(fā)電氣缸中腔體端蓋的剖視圖；
圖5所示為本發(fā)明提出的一種采用壓電堆疊實(shí)現(xiàn)高效俘能的發(fā)電氣缸中發(fā)電腔體的剖視圖；
圖6所示為本發(fā)明提出的一種采用壓電堆疊實(shí)現(xiàn)高效俘能的發(fā)電氣缸中單堆疊式發(fā)電組件的剖視圖；
圖7所示為本發(fā)明提出的一種采用壓電堆疊實(shí)現(xiàn)高效俘能的發(fā)電氣缸中堆疊陣列式發(fā)電組件的剖視圖。
【具體實(shí)施方式】
[0011]【具體實(shí)施方式】一:結(jié)合圖1~圖6說明本實(shí)施方式。
[0012]本實(shí)施方式提供一種采用壓電堆疊實(shí)現(xiàn)高效俘能的發(fā)電氣缸的具體實(shí)施方案。所述一種采用壓電堆疊實(shí)現(xiàn)高效俘能的發(fā)電氣缸由氣缸1和壓電發(fā)電裝置2組成。
[0013]所述氣缸1可為雙作用氣缸(SMC公司MBB50-100雙作用氣缸)；所述氣缸1后端蓋中心位置設(shè)有內(nèi)螺紋一 1-1 ;所述壓電發(fā)電裝置2包括腔體端蓋2-1、發(fā)電腔體2-2、發(fā)電組件2-3。
[0014]所述腔體端蓋2-1 —側(cè)端部設(shè)置有外螺紋一 2-1-2，其用于與氣缸1后端蓋中心位置的內(nèi)螺紋一 1-1旋合連接，以實(shí)現(xiàn)氣缸1與壓電發(fā)電裝置2的緊固連接；所述腔體端蓋2-1的外螺紋一 2-1-2中心位置設(shè)有通孔2-1-1結(jié)構(gòu)，其用于實(shí)現(xiàn)氣缸1中與壓電發(fā)電裝置2之間的氣體的流通；所述腔體端蓋2-1另一側(cè)端部設(shè)有外螺紋二 2-1-3，其用于與發(fā)電腔體2-2的內(nèi)螺紋二 2-2-1旋合連接，以實(shí)現(xiàn)腔體端蓋2-1與發(fā)電腔體2-2緊固連接。
[0015]所述發(fā)電腔體2-2開口端設(shè)有內(nèi)螺紋二 2-2-1，其用于與腔體端蓋2-1的外螺紋一2-1-2旋合連接；所述發(fā)電腔體2-2內(nèi)部中心位置設(shè)有內(nèi)部容腔2-2-2，用于發(fā)電組件2_3的安裝布置；發(fā)電腔體2-2的底部端面一 2-2-4與發(fā)電組件2-3中金屬基板一 2_3_3通過環(huán)氧樹脂膠膠粘連接；發(fā)電腔體2-4內(nèi)部底端設(shè)有導(dǎo)線孔2-2-3，其用于實(shí)現(xiàn)發(fā)電組件2-3導(dǎo)線的引出。
[0016]所述發(fā)電組件2-3為一種單堆疊式發(fā)電組件，由活塞一 2-3-1、壓電堆疊2_3_2和金屬基板一 2-3-3組成，所述活塞一 2-3-1中間部分設(shè)有環(huán)形凹槽一 2-3-1-1，用于實(shí)現(xiàn)活塞中密封環(huán)一 2-3-1-2的