一种环隙射流激励的扇叶转动式压电发电机制造技术

本发明专利技术公开了一种环隙射流激励的扇叶转动式压电发电机，以解决当前工业环境中用于俘获气体压力能的微能源俘获装置存在的能量俘获效率低等技术问题。本发明专利技术包括微孔隙流量放大器、转动式发电机组件和紧定螺钉。微孔隙流量放大器通过紧定螺钉与转动式发电机组件螺纹连接。所述微孔隙流量放大器可在高压小流量气体的作用下诱导外界空气进行定向移动，并对诱导后的气体进行增速和增流，从锥形出气口排出且作用于与微孔隙流量放大器相连接的转动式发电机组件进行能量俘获。本发明专利技术设计的扇叶转动式发电机可将气体流量和流速放大，进而将压电发电机俘获效率提高3倍以上。在物联网节点等低功耗电子设备的供能技术领域具有阔的应用前景。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种环隙射流激励的扇叶转动式压电发电机，属于低功耗电子设备供能

技术介绍
随着先进制造装备技术不断朝着智能化、轻量化、微型化和集成化方向迈进，并伴随着其与低功耗电子设备供能技术的深度融合，使得大量的物联网节点、低功耗传感器和低功耗器件等低功耗电子设备在先进制造装备
得到了广泛应用。同时这也对低功耗电子设备的供能技术水平提出了较高的要求。因此，对低功耗器件、物联网节点等低功耗电子设备进行稳定可靠的持续供能，是保证其正常工作的前提。当前先进制造装备
的物联网节点、低功耗器件等的供能方式主要包括电源直接供能和化学电池供能两种方式。其中，电源直接供能方式存在电磁干扰严重、系统布线复杂等问题，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。由此可见，研究一种新型能源俘获与发电技术以解决传统供能技术所带来的诸多问题显得尤为重要。基于压电材料的自供能技术由于具有结构简单、不发热、无电磁干扰和寿命长等优点，已成为当前环境微能源俘获与转化技术的研究热点问题之一。其可将工业环境中大量存在的清洁可再生的微能源（如气体压力能）转化为需要的电能并为低功耗电子设备持续可靠的供电，该技术研究可有效解决传统电源供电带来的布线复杂以及化学电池供电带来的需定期更换、污染环境等问题。然而，当前用于工业环境中的发电机大多不能将气体能量直接转化为电能，或存在能量转化效率较低制约了此类发电机在物联网节点、低功耗传感器和低功耗器件等低功耗电子设备供能
的应用。
技术实现思路
为解决当前工业环境中用于俘获气体压力能的微能源发电机存在的能量转化形式单一以及能量俘获效率低等技术问题，本专利技术公开一种环隙射流激励的扇叶转动式压电发电机，为低功耗电子器件供能提供一种发电装置。本专利技术所采用的技术方案是：所述一种环隙射流激励的扇叶转动式压电发电机包括微孔隙流量放大器、转动式发电机组件和紧定螺钉，微孔隙流量放大器和转动式发电机组件通过紧定螺钉紧固连接；所述微孔隙流量放大器包括锥形进气口、限位套筒、锥形出气口、进气口螺钉、出气口螺钉、进气口密封圈和出气口密封圈；所述锥形进气口通过进气口螺钉与限位套筒螺纹连接，锥形进气口通过进气口密封圈与限位套筒气体密封；所述锥形出气口与限位套筒通过出气口螺钉螺纹连接，锥形出气口与限位套筒通过出气口密封圈气体密封；所述转动式发电机组件包括风扇、压电发电组件Ⅰ、前固定腔体、后固定腔体、压电发电组件Ⅱ、转动轴、轴承Ⅰ、连接螺钉和轴承Ⅱ；所述风扇与转动轴螺纹连接；所述前固定腔体与后固定腔体通过连接螺钉螺纹连接，后固定腔体与压电发电组件Ⅱ固定。所述锥形进气口设置有吸气孔和进气口螺纹孔，进气口螺纹孔与进气口螺钉螺纹连接；锥形进气口设置有进气口密封圈凹槽和进气口连通孔。所述限位套筒设置有套筒螺纹孔b，套筒螺纹孔b与进气口螺钉螺纹连接；限位套筒设置有进气孔和套筒螺纹孔a，套筒螺纹孔a与出气口螺钉螺纹连接。所述锥形出气口设置有出气口连通孔、出气口密封圈凹槽和喷气端螺纹孔；喷气端螺纹孔与出气口螺钉螺纹连接；锥形出气口设置有增流装置螺纹连接孔，增流装置螺纹连接孔与紧定螺钉螺纹连接；锥形出气口设置有锥形喷气口。所述前固定腔体设置有装配螺孔，装配螺孔与紧定螺钉螺纹连接；前固定腔体设置有排气孔；前固定腔体设置有轴承安装孔Ⅰ，轴承Ⅰ通过轴承安装孔Ⅰ固定在前固定腔体上；前固定腔体设置有发电组件固定沉孔Ⅰ；压电发电组件Ⅰ通过发电组件固定沉孔Ⅰ与前固定腔体固定。所述后固定腔体设置有安装通孔，安装通孔与连接螺钉螺纹连接；后固定腔体设置有发电组件固定沉孔Ⅱ，压电发电组件Ⅱ通过发电组件固定沉孔Ⅱ与后固定腔体固定；后固定腔体设置有轴承安装孔Ⅱ，轴承Ⅱ通过轴承安装孔Ⅱ安装固定在后固定腔体上；所述转动轴设置有定位轴肩Ⅰ、拨片和定位轴肩Ⅱ。所述吸气孔直径为D0，进气口连通孔直径D1，吸气孔与进气口连通孔的直径比为E=D0/D1，E的取值范围为1~1.5；进气孔直径为D2，进气孔与吸气孔的直径比为F=D2/D0，F值的范围为0.1~0.5；锥形进气口与锥形出气口间的重合长度为H，H的取值范围为10~20mm；锥形喷气口沿轴向的锥形夹角为η，η的取值范围为0~30°。所述轴承安装孔Ⅰ宽度为A，高度为B，轴承安装孔Ⅰ的宽度与高度比为R=A/B，R的取值范围为0.2~0.5；所述定位轴肩Ⅰ高度为b，b的取值范围为1~5；所述拨片的高度为h，宽度为a，h与a的比值为S=h/a，S的取值范围为2~5；相邻两个拨片间的距离为c，c的取值范围为5~10。所述压电发电组件Ⅰ和压电发电组件Ⅱ可以选用压电陶瓷片PZT或柔性强韧性压电材料PVDF。本专利技术设计的压电发电机的工作原理是利用压电材料的正压电效应可将气体的冲击能量转化为电能输出。该压电发电机可在高压小流量气体的作用下诱导外界空气定向流动，可对诱导后的外界空气进行增速，在气体增速后从锥形出气口流出并作用激励于与微孔隙流量放大器相连接的转动式发电机组件进行电能的转化。微孔隙流量放大器具有一圈环状微型孔隙，由于孔隙的直径极小，因此，在高压气体的作用下喷射出的气流很快。由于快速的气体流动导致装置内部压力小于外界空气压力，因此外部空气会均匀的吸入微孔隙流量放大器，实现气体流量放大。转动式发电机组件的技术优势在于其通过多层压电发电组件同时工作可对气体冲击所具有的能量进行充分的俘获，其设计的拨片结构可将压电元件充分拨动使其发电量达到最大，采用旋转拨动的接触方式，可有效的提高拨动频率，提高电能产生效率。本专利技术的有益效果是：在不影响工业生产的工作情况下，利用所专利技术的微孔隙流量放大器可在高压小流量气体的作用下诱导外界空气定向移动，并对诱导后的气体进行增速和增流，从锥形出气口排出作用于与微孔隙流量放大器相连接的转动式发电机组件进行能量转化。本专利技术设计的发电机将气体流速和流量放大，进而可将发电效率提高3倍以上。在低功耗传感器、低功耗器件供能等
具有广泛的应用前景。附图说明图1所示为本专利技术提出的一种环隙射流激励的扇叶转动式压电发电机的结构示意图；图2所示为本专利技术提出的一种环隙射流激励的扇叶转动式压电发电机的微孔隙流量放大器结构示意图；图3所示为本专利技术提出的一种环隙射流激励的扇叶转动式压电发电机的锥形进气口结构剖视图；图4所示为本专利技术提出的一种环隙射流激励的扇叶转动式压电发电机的限位套筒结构剖视图；图5所示为本专利技术提出的一种环隙射流激励的扇叶转动式压电发电机的锥形进气口与锥形出气口串联结构剖视图；图6所示为本专利技术提出的一种环隙射流激励的扇叶转动式压电发电机的锥形出气口结构剖视图；图7所示为本专利技术提出的一种环隙射流激励的扇叶转动式压电发电机的锥形出气口局部结构剖视图；图8所示为本专利技术提出的一种环隙射流激励的扇叶转动式压电发电机的转动式发电机组件结构剖视图；图9所示为本专利技术提出的一种环隙射流激励的扇叶转动式压电发电机的转动式发电机组件结构左视图；图10所示为本专利技术提出的一种环隙射流激励的扇叶转动式压电发电机的前固定腔体结构剖视图；图11所示为本专利技术提出的一种环隙射流激励的扇叶转动式压电发电机的后固定腔体结构剖视图；图12所示为本专利技术提出的一种环隙射流激励的扇叶转动式压电发电机的转动轴结构局部本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种环隙射流激励的扇叶转动式压电发电机，其特征在于该环隙射流激励的扇叶转动式压电发电机包括微孔隙流量放大器（1）、转动式发电机组件（2）和紧定螺钉（3），微孔隙流量放大器（1）和转动式发电机组件（2）通过紧定螺钉（3）紧固连接；所述微孔隙流量放大器（1）包括锥形进气口（1‑1）、限位套筒（1‑2）、锥形出气口（1‑3）、进气口螺钉（1‑4）、出气口螺钉（1‑5）、进气口密封圈（1‑6）和出气口密封圈（1‑7）；所述锥形进气口（1‑1）通过进气口螺钉（1‑4）与限位套筒（1‑2）螺纹连接，锥形进气口（1‑1）通过进气口密封圈（1‑6）与限位套筒（1‑2）气体密封；所述锥形出气口（1‑3）与限位套筒（1‑2）通过出气口螺钉（1‑5）螺纹连接，锥形出气口（1‑3）与限位套筒（1‑2）通过出气口密封圈（1‑7）气体密封；所述转动式发电机组件（2）包括风扇（2‑1）、压电发电组件Ⅰ（2‑2）、前固定腔体（2‑3）、后固定腔体（2‑4）、压电发电组件Ⅱ（2‑5）、转动轴（2‑6）、轴承Ⅰ（2‑7）、连接螺钉（2‑8）和轴承Ⅱ（2‑9）；所述风扇（2‑1）与转动轴（2‑6）螺纹连接；所述前固定腔体（2‑3）与后固定腔体（2‑4）通过连接螺钉（2‑8）螺纹连接，后固定腔体（2‑4）与压电发电组件Ⅱ（2‑5）固定。...

【技术特征摘要】
1.一种环隙射流激励的扇叶转动式压电发电机，其特征在于该环隙射流激励的扇叶转动式压电发电机包括微孔隙流量放大器（1）、转动式发电机组件（2）和紧定螺钉（3），微孔隙流量放大器（1）和转动式发电机组件（2）通过紧定螺钉（3）紧固连接；所述微孔隙流量放大器（1）包括锥形进气口（1-1）、限位套筒（1-2）、锥形出气口（1-3）、进气口螺钉（1-4）、出气口螺钉（1-5）、进气口密封圈（1-6）和出气口密封圈（1-7）；所述锥形进气口（1-1）通过进气口螺钉（1-4）与限位套筒（1-2）螺纹连接，锥形进气口（1-1）通过进气口密封圈（1-6）与限位套筒（1-2）气体密封；所述锥形出气口（1-3）与限位套筒（1-2）通过出气口螺钉（1-5）螺纹连接，锥形出气口（1-3）与限位套筒（1-2）通过出气口密封圈（1-7）气体密封；所述转动式发电机组件（2）包括风扇（2-1）、压电发电组件Ⅰ（2-2）、前固定腔体（2-3）、后固定腔体（2-4）、压电发电组件Ⅱ（2-5）、转动轴（2-6）、轴承Ⅰ（2-7）、连接螺钉（2-8）和轴承Ⅱ（2-9）；所述风扇（2-1）与转动轴（2-6）螺纹连接；所述前固定腔体（2-3）与后固定腔体（2-4）通过连接螺钉（2-8）螺纹连接，后固定腔体（2-4）与压电发电组件Ⅱ（2-5）固定。2.根据权利要求1所述的一种环隙射流激励的扇叶转动式压电发电机，其特征在于所述锥形进气口（1-1）设置有吸气孔（1-1-1）和进气口螺纹孔（1-1-2），进气口螺纹孔（1-1-2）与进气口螺钉（1-4）螺纹连接；锥形进气口（1-1）设置有进气口密封圈凹槽（1-1-3）和进气口连通孔（1-1-4）；所述限位套筒（1-2）设置有套筒螺纹孔b（1-2-1），套筒螺纹孔b（1-2-1）与进气口螺钉（1-4）螺纹连接；限位套筒（1-2）设置有进气孔（1-2-2）和套筒螺纹孔a（1-2-3），套筒螺纹孔a（1-2-3）与出气口螺钉（1-5）螺纹连接。3.根据权利要求1所述的一种环隙射流激励的扇叶转动式压电发电机，其特征在于所述锥形出气口（1-3）设置有出气口连通孔（1-3-1）、出气口密封圈凹槽（1-3-2）和喷气端螺纹孔（1-3-3）；喷气端螺纹孔（1-3-3）与出气口螺钉（1-5）螺纹连接；锥形出气口（1-3）设置有增流装置螺纹连接孔（1-3-4），增流装置螺纹连接孔（1-3-4）与紧定螺钉（3）螺纹连接；锥形出气口（1-3）设置有锥形喷气口（1-3-5）。4.根据权利要求1所述的一种环隙射流激励的扇叶转动式压电发电机...

【专利技术属性】
技术研发人员：程廷海，刘文博，柳虹亮，张邦成，李博文，乔永禄，王拓，
申请(专利权)人：长春工业大学，
类型：发明
国别省市：吉林;22