[发明专利]一种环形阵列式预压可调的压电俘能器

说明书

本发明公开了一种环形阵列式预压可调的压电俘能器，包括外壳体、下端盖、盖板、压电俘能组件、俘能控制组件和预压可调装置等。外壳体内部包含压力空腔和压电空腔，压力空腔连接外部管道系统，压电空腔放置压电发电装置；多个压电片环形阵列排布在下端盖上，并通过俘能控制组件与流体间接接触；通过预压可调装置调节弹簧压缩量，进而可使压电空腔中的压力和弹簧弹力的相互作用效果达到最好。本发明具有结构简单、效率高、实用性强、无电磁干扰等优点，既解决了能量收集效率低，又解决了传统压电俘能器应用场所的单一性问题，这在流致振动能量的收集、流体传动设备的节能中具有十分重要的现实意义和非常广阔的应用前景。

技术领域

本发明涉及一种俘能器，具体涉及一种环形阵列式预压可调的压电俘能器。

背景技术

随着中国工业的高速发展，液压与气动系统被广泛于工程机械、冶金、机床、轻纺、汽车和农业机械等众多领域。在这众多工业场合中，流体的传动都需要依靠管道输送，管道是流体传输和控制中不可或缺的系统元件。当液压或气动设备正常运行时，管道中势必会存在压力脉动，在引起设备振动和噪声污染的同时更会造成这些丰富的流致振动能量被浪费。

近年来，国家对节能环保的要求不断提高，流致振动压电俘能技术也得以广泛研究。其中，采用压电材料的压电式俘能技术是目前国内外能量收集技术研究的热点。该技术通过流固耦合效应利用压电材料在阻流过程中发上形变，进而产生电能，具有结构简单、无电磁干扰、无污染、不发热、易于集成化等优点。但现阶段国内对压电俘能器的研究功能过于单一、能量收集效率低下，为提高对管道中流致振动能量的收集效率，即开发一种功能更多、效率更高、实用性更强的压电俘能器，这对流致振动能量的收集、流体传动设备的节能具有十分重要的现实意义。

发明内容

针对液压或气动系统中流体介质流动所产生的流致振动，本发明设计了一款多功能压电俘能器，采用活塞往复运动形式带动触头触及压电片发生形变。为了增大俘能器的发电量，本发明将多个压电片进行环形阵列式排布；针对气动和液压系统的工况差异，本发明内置弹簧进行预压，即通过调节弹簧的压缩量来控制弹簧弹力，间接的来控制压电陶瓷的俘能频率，从而使俘能器在不同环境中更高效、更稳定的工作。

所述的一种环形阵列式预压可调的压电俘能器包括外壳体、下端盖、盖板、压电俘能组件、俘能控制组件和预压可调装置等。其中，压电俘能组件包括上内衬、下内衬、压电陶瓷片和弹性缓冲块；俘能控制组件包括活塞、主推杆、O型圈、格莱圈、花键、上推盘、触头螺栓、弹性触头和触头推杆等；预压可调装置包括弹簧、下推盘、预紧座和预紧旋钮等。

所述的外壳体为圆柱形壳体，其内部包含压力空腔和压电空腔，压力空腔侧外部为外螺纹，用于连接外部管道系统；压电空腔侧开有六个螺纹孔用于与螺栓进行螺纹连接来固定下端盖。所述的下端盖为圆柱形，其边缘开有六个盲孔用于螺栓固定，中间部位为预压可调装置固定孔，其中孔内部设有内螺纹和矩形凹槽，内螺纹用于连接预压可调装置的预紧座，矩形凹槽用于限定下推盘只能进行上下滑动；围绕下端盖的中轴线阵列出多个圆形压电俘能组件固定槽，用于放置压电俘能组件。

所述的压电俘能组件中的上内衬和下内衬均为不同截面形状的圆环形绝缘材质，弹性缓冲块为圆柱状橡胶材质。俘能器工作时，弹性触头触及压电片发生形变而产生电能，当管道系统中流体压力过大时，弹性缓冲块会起到缓冲作用；当压电片发生形变还原时，弹性缓冲块也能起到很好地促进作用。

所述的俘能控制组件是通过流体介质流动产生的流致振动和弹簧弹力进行工作。活塞放置于外壳体的压力空腔内，并用O型圈和格莱圈进行密封，当工作介质为液体时，能有效避免流体进入压电空腔而造成压电元件损坏。