[发明专利]一种基于圆柱扰流效应的磁力辅助双稳态压电俘能器

说明书

本发明公开了一种基于圆柱扰流效应的磁力辅助双稳态压电俘能器，为解决线性气动压电俘能器能量收集带宽较窄，机电转换效率低等问题。本发明包括涡流腔、磁力拨动组件和双稳态压电发电组件三部分，磁力拨动组件和双稳态压电发电组件安装在涡流腔内。磁力拨动组件在低频高压气体激励下进行高频振动，通过非线性磁力拨动双稳态压电发电组件产生高频振动，利用正压电效应实现将气体压力能转化为电能。本发明利用圆柱扰流效应提高了高压气体作用下压电元件的振动频率，利用非接触磁力构造的双稳态结构拓宽了俘能器的俘能带宽，提高俘能器的能量收集效率，而且结构简单、新颖，在气动技术领域具有广阔的应用前景。

技术领域

本发明涉及一种基于圆柱扰流效应的磁力辅助双稳态压电俘能器，属于气动技术领域。

背景技术

随着智能制造装备智能化水平要求的不断提高，无线传感技术与气动技术进行了深入融合，将大量无线传感器应用于气动系统，以完成气动系统的自检测与自感知是实现气动系统智能化的重要手段。为气动系统中大量无线传感器持续可靠的供能是保证其正常工作的前提，气动系统中无线传感器的供能方式主要以蓄电池直接供电为主，蓄电池存在使用寿命有限、更换频繁以及污染环境等问题。如何解决采用电源集中供电与化学电池供电方式存在的电磁干扰严重、系统布线复杂、不易维护以及使用寿命短、污染环境等诸多问题，成为制约气动系统智能化发展的关键性技术。

将微能源进行电能转化并存储于蓄电池当中可有效延长蓄电池的使用寿命。压电材料具有能量转换效率高、装置结构简单、不受电磁干扰以及使用寿命长等优势，其具有的正压电效应可有效的将振动、冲击等能量转化为电能，因此成为微能源收集领域所利用的主要材料之一。同时为了满足气动系统节能、环保、绿色、可持续发展的行业发展需求，气动系统中许多无线传感器功耗已经降低至毫瓦甚至微瓦级水平。因此，利用压电材料对气动系统自身能量进行电能转化，并通过整流电路将电能存储于蓄电池，有望成为一种延长蓄电池使用寿命的新型蓄能方法。

然而，目前压电发电装置的发电能量、能量转换效率及输出功率依然十分有限。现有的线性气动压电俘能器仅能在谐振频率下具有高的机电转换效率。其谐振频率较高并且能量收集带宽较窄，而气动系统压力变化的频率较低。线性气动压电俘能器不能够充分俘获气动系统的压力能，严重地阻碍了压电俘能技术在为气动系统无线传感器供能领域的应用。所以，针对目前传统供能方式及已研究出的线性气动压电俘能器所存在的问题，研究开发一种同时具有宽频带、机电转换效率高的俘能器成为必要。

发明内容

为了解决为解决当线性气动压电俘能器能量收集带宽较窄以及俘能效率低问题，本发明公开一种基于圆柱扰流效应的磁力辅助双稳态压电俘能器。

本发明所采用的技术方案是：

所述一种基于圆柱扰流效应的磁力辅助双稳态压电俘能器包括涡流腔、磁力拨动组件和双稳态压电发电组件组成，其中磁力拨动组件和双稳态压电发电组件固定在涡流腔内，所述双稳态压电发电组件沿着涡流腔腔体上下两侧面的T型槽对称地设置有2N个，其中N为大于等于1的正整数。

所述涡流腔设置有涡流腔腔体、涡流腔端盖、涡流腔安装螺钉，其中涡流腔腔体和涡流腔端盖通过涡流腔安装螺钉进行螺纹连接;

所述涡流腔腔体设置进气孔、腔体轴承安装孔、T型槽和腔体安装螺纹孔；所述进气孔设置于涡流腔腔体的左端面中部，用于引导高压气体进入涡流腔腔体内，所述腔体轴承安装孔设置于涡流腔腔体底面前端，用于安装固定深沟球轴承，所述T型槽对称设置于涡流腔腔体上下两侧面的后端，通过与T型梁配合将双稳态压电发电组件安装固定在涡流腔的后端，所述腔体安装螺纹孔均匀分布地设置于涡流腔腔体前端面的四个角上，用于与涡流腔安装螺钉配合以实现涡流腔端盖的安装固定；所述涡流腔端盖设置有端盖轴承安装孔和端盖安装通孔；所述端盖轴承安装孔设置于涡流腔端盖前端中部，用于安装深沟球轴承以实现对驱动轴的安装固定，所述端盖安装通孔均匀地设置于涡流腔端盖的四个角上，其用于涡流腔腔体的腔体安装螺纹孔和涡流腔安装螺钉配合，实现涡流腔腔体与涡流腔端盖紧固连接。