本发明专利技术公开了一种面向低功耗器件供能的阶梯式多孔栅格激励型压电发电机，以解决工业生产环境中气体直接冲击式压电发电装置存在俘能功率小、效率低的问题。本发明专利技术由阶梯式微孔隙增流装置、栅格激振式压电发电装置和紧定螺钉三部分组成。所述阶梯式微孔隙增流装置对高压小流量气体的流量和流速进行放大，作用于栅格激振式压电发电装置的压电发电元件实现能量俘获。本发明专利技术具有气体流量放大功能，并利用放大的流量进行压电能量收集，显著提高压电发电装置的功率，可将压电发电机的俘能效率提升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，在低功耗电子设备、物联网节点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面向低功耗器件供能的阶梯式多孔栅格激励型压电发电机，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，大量的物联网节点等低功耗器件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，是保证物联网节点等低功耗器件正常工作的前提。当前机械制造领域的物联网节点等低功耗器件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等低功耗器件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等低功耗器件供能，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。传统的压电发电机普遍利用工业环境中的高压气体直接冲击压电发电机来俘获电能，使得传统气体冲击式压电发电机存在俘能功率小、效率低的问题，限制了压电发电机在低功耗电子设备供能
的发展与应用。
技术实现思路
为解决已有压电发电机在高压气体直接冲击压电发电机俘获电能时存在俘能功率小、效率低等技术问题，本专利技术公开一种面向低功耗器件供能的阶梯式多孔栅格激励型压电发电机，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：所述面向低功耗器件供能的阶梯式多孔栅格激励型压电发电机由阶梯式微孔隙增流装置、栅格激振式压电发电装置和紧定螺钉三部分组成，其中阶梯式微孔隙增流装置与栅格激振式压电发电装置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；所述的栅格激振式压电发电装置包括发电固定支座和压电发电组件，发电固定支座和阶梯式微孔隙增流装置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和锥形出气端，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。所述发电固定支座设置有发电端螺纹连接孔、基板固定凹槽、固定连接孔和排气孔，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螺纹连接，固定连接孔置于发电固定支座的端部，排气孔置于发电固定支座的外表面。所述压电发电组件由压电发电基板和压电发电元件组成；压电发电基板设置有压电元件固定凹槽和激振栅格；发电端螺纹连接孔可通过紧定螺钉与阶梯式微孔隙增流装置上的增流端螺纹连接孔进行螺纹连接；压电发电组件可插入基板固定凹槽进行位置固定；压电发电基板带有压电元件固定凹槽可对压电发电元件进行位置固定。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隙增流装置对小流量高压气体流量放大，所放大的流量通过锥形出气端喷出，激励栅格激振式压电发电装置，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，可显著提高压电发电装置的功率，俘能效率提升3倍以上。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，并兼具充分利用放大的流量进行压电能量收集的技术优势，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面向低功耗器件供能的阶梯式多孔栅格激励型压电发电机的结构示意图；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栅格激振式压电发电装置结构示意图；图6所示为本专利技术提出的发电固定支座结构剖视图；图7所示为本专利技术提出的发电固定支座局部视图；图8所示为本专利技术提出的压电发电组件剖视图；图9所示为本专利技术提出的压电发电基板结构示意图；图10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10说明本实施方式。本实施方式提供了一种面向低功耗器件供能的阶梯式多孔栅格激励型压电发电机的具体实施方案。所述面向低功耗器件供能的阶梯式多孔栅格激励型压电发电机由阶梯式微孔隙增流装置1、栅格激振式压电发电装置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，与栅格激振式压电发电装置2上的发电端螺纹连接孔2-1-1通过紧定螺钉3进行螺纹连接。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。所述的栅格激振式压电发电装置2，包括发电固定支座2-1、压电发电组件2-2；发电固定支座2-1由发电端螺纹连接孔2-1-1、基板固定凹槽2-1-2、固定连接孔2-1-3和排气孔2-1-4组成，发电端螺纹连接孔2-1-1与阶梯式微孔隙增流装置1通过紧定螺钉3进行螺纹连接，固定连接孔2-1-3置于发电固定支座2-1的端部，排气孔2-1-4置于发电固定支座2-1的外表面。所述压电发电组件2-2由压电发电基板2-2-1和压电发电元件2-2-2组成；压电发电基板2-2-1设置有压电元件固定凹槽2-2-1-1和激振栅格2-2-1-2；发电端螺纹连接孔2-1-1可通过紧定螺钉3与阶梯式微孔隙增流装置1上的增流端螺纹连接孔进行螺纹连接；压电发电组件2-2可插入基板固定凹槽2-1-2进行位置固定；压电发电基板2-2-1带有压电元件固定凹槽2-2-1-1可对压电发电元件2-2-2进行位置固定。气流通过阶梯式微孔隙增流装置1进入栅格激振式压电发电装置2，当气流通过压电发电元件2-2-2与激振栅格2-2-1-2所构成的孔隙时会诱发空气产生震动从而带动压电发电元件2-2-2形变，利用正压电效益促使压电发电元件2-2-2将气体动能转化为电能，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。所述的圆锥式吸气端1-1的最大直径为本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种面向低功耗器件供能的阶梯式多孔栅格激励型压电发电机，其特征在于该压电发电机由阶梯式微孔隙增流装置（1）、栅格激振式压电发电装置（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）与栅格激振式压电发电装置（2）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）；所述的栅格激振式压电发电装置（2）包括发电固定支座（2‑1）和压电发电组件（2‑2），发电固定支座（2‑1）和阶梯式微孔隙增流装置（1）通过紧定螺钉（3）进行螺纹连接。
【技术特征摘要】
1.一种面向低功耗器件供能的阶梯式多孔栅格激励型压电发电机，其特征在于该压电发电机由阶梯式微孔隙增流装置（1）、栅格激振式压电发电装置（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）与栅格激振式压电发电装置（2）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）；所述的栅格激振式压电发电装置（2）包括发电固定支座（2-1）和压电发电组件（2-2），发电固定支座（2-1）和阶梯式微孔隙增流装置（1）通过紧定螺钉（3）进行螺纹连接。2.根据权利要求1所述的一种面向低功耗器件供能的阶梯式多孔栅格激励型压电发电机，其特征在于所述阶阶梯式微孔隙增流装置（1）设置有圆锥式吸气端（1-1）和锥形出气端（1-2），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所述的一种面向低功耗器件供能的阶梯式多孔栅格激励型压电发电机，其特征在于所述发电固定支座（2-1）设置有发电端螺纹连接孔（2-1-1）、基板固定凹槽（2-1-2）、固定连接孔（2-1-3）和排气孔（2-1-4），发电端螺纹连接孔（2-1-1）与阶梯式微孔隙增流装置（1）通过紧定螺钉（3）进行螺纹连接，固定连接孔（2-1-3）置于发电固定支座（2-1）的端部，排气孔（2-1-4）置于发电固定支座（2-1）的外表面。4.根据权利要求1所述的一种面向低功耗器件供能的阶梯式多孔栅格激励型压电发电机，其特征在...
【专利技术属性】
技术研发人员：程廷海，柳虹亮，何猛，王占礼，孙浩，田丽雅，何璞，
申请(专利权)人：长春工业大学，
类型：发明
国别省市：吉林;22
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