用于物联网节点供能的阶梯式微孔增流菱形压电俘能器制造技术

本发明专利技术公开了一种用于物联网节点供能的阶梯式微孔增流菱形压电俘能器，以解决已有压电俘能器在高压气体直接冲击压电俘能器俘获电能时存在俘能功率小、效率低等技术问题。本发明专利技术由阶梯式微孔隙增流装置、柔性菱形压电俘能器和紧定螺钉三部分组成。所述阶梯式微孔隙增流装置增大小流量高压气体的流量，柔性菱形压电俘能器实现能量俘获。本发明专利技术可将气体流量放大，并对放大流量的气体进行压电能量收集，显著提高压电俘能器的功率，提升俘能效率3倍以上。通过全桥整流电路可以持续有效的为低功耗电子设备供能，在物联网节点、低功耗电子设备以及低功耗传感器供能技术领域具有广泛的应用前景。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种用于物联网节点供能的阶梯式微孔增流菱形压电俘能器，属于低功耗电子设备供能

技术介绍
随着制造装备技术的智能化水平不断提高及其与物联网技术的深度融合，大量的物联网节点在机械制造装备领域得到广泛应用。目前，对物联网节点进行稳定、可靠的持续供电，是保证节点正常工作的前提。当前机械制造领域的物联网节点供能方式主要有电源直接供电和化学电池供电两种方式。其中，电源直接供电方式导致电磁干扰严重、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。因此，需研究一种用于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。气体动能是工业生产中大量存在的能量形式，其同样具备安全清洁可再生等优势。因此，合理利用工业生产环境中的气体能量，结合压电材料的正压电效应将气体能量转化为电能为无线物联网节点供能，可有效解决传统电源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，对提高工业制造装备技术的智能化水平具有促进作用。传统的压电发电的俘能器普遍利用工业环境中的高压气体直接冲击压电俘能器来俘获电能，使得传统气体冲击式压电俘能器存在俘能功率小、效率低的问题，限制了压电俘能器在低功耗电子设备供能
的发展与应用。
技术实现思路
为解决已有高压气体直接冲击压电元件俘获电能的压电俘能器存在俘能功率小、效率低等技术问题，本专利技术公开一种用于物联网节点供能的阶梯式微孔增流菱形压电俘能器，为低功耗器件提供一种功率大、效率高的供能装置。本专利技术所采用的技术方案是：所述一种用于物联网节点供能的阶梯式微孔增流菱形压电俘能器由阶梯式微孔隙增流装置、柔性菱形压电俘能器和紧定螺钉三部分组成，其中阶梯式微孔隙增流装置带有增流端螺纹连接孔，与柔性菱形压电俘能器上的发电端螺纹连接孔通过紧定螺钉进行螺纹连接；所述阶梯式微孔隙增流装置设置有圆锥式吸气端、锥形出气端、增流端螺纹连接孔、供气孔、一级微型射流孔、二级微型射流孔和挡环；所述的柔性菱形压电俘能器包括受压圆形挡板、发电端连接基座和菱形压电发电组件，菱形压电发电组件一端与受压圆形挡板连接，另一端与发电端连接基座连接。所述阶梯式微孔隙增流装置中圆锥式吸气端位于阶梯式微孔隙增流装置的吸气端，锥形出气端位于阶梯式微孔隙增流装置的出气端，所述增流端螺纹连接孔靠近锥形出气端，所述增流端螺纹连接孔与紧定螺钉螺纹连接，所述一级微型射流孔和二级微型射流孔位于阶梯式微孔隙增流装置的中部，一级微型射流孔和二级微型射流孔之间设置有挡环，所述供气孔靠近二级微型射流孔。所述受压圆形挡板设置有加压端连接孔与限位圆柱，菱形压电发电组件一端通过加压端连接孔进行固定；所述发电端连接基座设置有发电端螺纹连接孔、发电机排气孔、受压端连接孔和限位圆环，发电端螺纹连接孔与阶梯式微孔隙增流装置通过紧定螺钉进行连接，菱形压电发电组件通过受压端连接孔进行另一端固定，限位圆环与限位圆柱间隙配合。所述菱形压电发电组件包括发电基板、压电发电元件，所述的加压端连接孔与发电基板通过胶粘方式连接，受压端连接孔与发电基板通过胶粘方式连接。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，利用所专利技术的阶梯式微孔增流菱形压电俘能器对小流量高压气体进行流量放大，所放大的流量通过锥形出气端喷出，激励柔性菱形压电俘能器，使内部压电发电组件产生弯曲形变以达到利用放大气流进行能量收集与电能的转化效果。本专利技术具有利用高压小流量气体进行气体流量放大的效果，可显著提高压电发电装置的功率，提升俘能效率3倍以上。在低功耗电子设备供能
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用于物联网节点供能的阶梯式微孔增流菱形压电俘能器的结构示意图；图2所示为本专利技术提出的阶梯式微孔隙增流装置的剖视图；图3所示为本专利技术提出的阶梯式微孔隙增流装置的圆锥式吸气端剖视图；图4所示为本专利技术提出的阶梯式微孔隙增流装置的锥形出气端剖视图；图5所示为本专利技术提出的柔性菱形压电俘能器结构示意图；图6所示为本专利技术提出的受压圆形挡板剖视图；图7所示为本专利技术提出的发电端连接基座剖视图；图8所示为本专利技术提出的菱形压电发电组件结构示意图；图9所示为本专利技术提出的全桥整流电路示意图。具体实施方式结合图1~图9说明本实施方式。本实施方式提供了一种用于物联网节点供能的阶梯式微孔增流菱形压电俘能器的具体实施方案。所述一种用于物联网节点供能的阶梯式微孔增流菱形压电俘能器由阶梯式微孔隙增流装置1、柔性菱形压电俘能器2和紧定螺钉3部分组成，其中阶梯式微孔隙增流装置1设置有增流端螺纹连接孔1-3，所述增流端螺纹连接孔1-3与柔性菱形压电俘能器2上的发电端螺纹连接孔2-2-1通过紧定螺钉3进行螺纹连接。所述阶梯式微孔隙增流装置1包括有圆锥式吸气端1-1、锥形出气端1-2、增流端螺纹连接孔1-3、供气孔1-4、一级微型射流孔1-5、二级微型射流孔1-6和挡环1-7；所述圆锥式吸气端1-1位于阶梯式微孔隙增流装置1的吸气端，锥形出气端1-2位于阶梯式微孔隙增流装置1的出气端，所述增流端螺纹连接孔1-3靠近锥形出气端1-2，所述增流端螺纹连接孔1-3与紧定螺钉3螺纹连接，所述一级微型射流孔1-5和二级微型射流孔1-6位于阶梯式微孔隙增流装置1的中部，一级微型射流孔1-5和二级微型射流孔1-6之间设置有挡环1-7，挡环1-7可阻隔一级微型射流孔1-5和二级微型射流孔1-6，所述供气孔1-4靠近二级微型射流孔1-6，高压气体经由所述供气孔1-4同时进入一级微型射流孔1-5和二级微型射流孔1-6，诱导气体和高压气体组成的混合气体经由一级微型射流孔1-5进行一次空气能放大，经由二级微型射流孔1-6进行二次加速，二次加速后的混合气体通过锥形出气端1-2喷出阶梯式微孔隙增流装置1。所述柔性菱形压电俘能器2包括受压圆形挡板2-1、发电端连接基座2-2和菱形压电发电组件2-3；所述的受压圆形挡板2-1设置有加压端连接孔2-1-1与限位圆柱2-1-2，菱形压电发电组件2-3一端通过加压端连接孔2-1-1进行固定；所述的发电端连接基座2-2设置有发电端螺纹连接孔2-2-1、发电机排气孔2-2-2、受压端连接孔2-2-3和限位圆环2-2-4，发电端螺纹连接孔2-2-1与阶梯式微孔隙增流装置1通过紧定螺钉3进行连接，菱形压电发电组件2-3通过受压端连接孔2-2-3进行另一端固定，限位圆环2-2-4与限位圆柱2-1-2间隙配合；所述的菱形压电发电组件2-3包括发电基板2-3-1、压电发电元件2-3-2；加压端连接孔2-1-1与发电基板2-3-1通过胶粘方式连接，受压端连接孔2-2-3与发电基板2-3-1通过胶粘方式连接，所述胶可选用瑞士ergo公司的环氧树脂产品，所述的压电发电元件2-3-2利用正压电效应，实现气体压力能到电能的转换，通过全桥整流电路可以持续有效的为物联网节点供能。所述圆锥式吸气端1-1的最大直径为D1，D1的取值满足的范围为60~80mm，通过调节D1的值可以调节诱导气体的进气速度，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于物联网节点供能的阶梯式微孔增流菱形压电俘能器，其特征在于该物联网节点供能的阶梯式微孔增流菱形压电俘能器由阶梯式微孔隙增流装置（1）、柔性菱形压电俘能器（2）和紧定螺钉（3）三部分组成，其中阶梯式微孔隙增流装置（1）带有增流端螺纹连接孔（1‑3），与柔性菱形压电俘能器（2）上的发电端螺纹连接孔（2‑2‑1）通过紧定螺钉（3）进行螺纹连接；所述阶梯式微孔隙增流装置（1）设置有圆锥式吸气端（1‑1）、锥形出气端（1‑2）、增流端螺纹连接孔（1‑3）、供气孔（1‑4）、一级微型射流孔（1‑5）、二级微型射流孔（1‑6）和挡环（1‑7）；所述的柔性菱形压电俘能器（2）包括受压圆形挡板（2‑1）、发电端连接基座（2‑2）和菱形压电发电组件（2‑3），菱形压电发电组件（2‑3）一端与受压圆形挡板（2‑1）连接，另一端与发电端连接基座（2‑2）连接。

【技术特征摘要】
1.一种用于物联网节点供能的阶梯式微孔增流菱形压电俘能器，其特征在于该物联网节点供能的阶梯式微孔增流菱形压电俘能器由阶梯式微孔隙增流装置（1）、柔性菱形压电俘能器（2）和紧定螺钉（3）三部分组成，其中阶梯式微孔隙增流装置（1）带有增流端螺纹连接孔（1-3），与柔性菱形压电俘能器（2）上的发电端螺纹连接孔（2-2-1）通过紧定螺钉（3）进行螺纹连接；所述阶梯式微孔隙增流装置（1）设置有圆锥式吸气端（1-1）、锥形出气端（1-2）、增流端螺纹连接孔（1-3）、供气孔（1-4）、一级微型射流孔（1-5）、二级微型射流孔（1-6）和挡环（1-7）；所述的柔性菱形压电俘能器（2）包括受压圆形挡板（2-1）、发电端连接基座（2-2）和菱形压电发电组件（2-3），菱形压电发电组件（2-3）一端与受压圆形挡板（2-1）连接，另一端与发电端连接基座（2-2）连接。2.根据权利要求1所述的一种用于物联网节点供能的阶梯式微孔增流菱形压电俘能器，其特征在于所述阶梯式微孔隙增流装置（1）中圆锥式吸气端（1-1）位于阶梯式微孔隙增流装置（1）的吸气端，锥形出气端（1-2）位于阶梯式微孔隙增流装置（1）的出气端，所述增流端螺纹连接孔（1-3）靠近锥形出气端（1-2），所述增流端螺纹连接孔（1-3）与紧定螺钉（3）螺纹连接，所述一级微型射流孔（1-5）和二级微型射流孔（1-6）位于阶梯式微孔隙增流装置（1）的中部，一级微型射流孔（1-5）和二级微型射流孔（1-6）之间设置有挡环（1-7），所述供气孔（1-4）靠近二级微型射流孔（1-6）。3.根据权利要求1所述的一种用于物联网节点供能的阶梯式微孔增流菱形压电俘能器，其特征在于所述受压圆形挡板（2-1）设置有加压端连接孔（2-1-1）与限位圆柱（2-1-2），菱形压电发电组件（2-3）一端通过加压端连接孔（2-1-1）进行固定。4.根据权利要求1所述的一种用于物联网节点供能的阶梯式微孔增流菱形压电俘能器，其特征在于所述发电端连接基座（2-2）设置有发电端螺纹连接孔（2-2-1）、发电机排气孔（2-2-2）、受压端连接孔（2-2-3）和限位圆环（2-2-4），发电端螺纹连接孔（2-2-1）与阶梯式微孔隙增流装置（1）通过紧定螺钉（3）进行连接，菱形压电发电...

【专利技术属性】
技术研发人员：程廷海，何猛，包钢，张邦成，何璞，田丽雅，乔永禄，
申请(专利权)人：长春工业大学，
类型：发明
国别省市：吉林;22