[发明专利]用于物联网节点供能的阶梯式微孔增流菱形压电俘能器

说明书

技术领域

本发明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领域。

背景技术

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技术领域的发展与应用。

发明内容

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，本发明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。

本发明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。

本发明的有益效果是：在不影响工业生产的工作情况下，利用所发明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。本发明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技术领域具有广泛的应用前景。

附图说明

图1所示为本发明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 所示为本发明提出的阶梯式微孔隙增流装置的剖视图；

图3所示为本发明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所示为本发明提出的阶梯式微孔隙增流装置的锥形出气端剖视图；

图5所示为本发明提出的柔性菱形压电俘能器结构示意图；

图6所示为本发明提出的受压圆形挡板剖视图；

图7所示为本发明提出的发电端连接基座剖视图；