本發(fā)明屬于能量收集領(lǐng)域，涉及一種能量轉(zhuǎn)換器，具體涉及一種基于連桿位移放大機(jī)構(gòu)的pvdf氣壓能量轉(zhuǎn)換器。

背景技術(shù)：

1、氣動(dòng)系統(tǒng)因其具有能量密度大、動(dòng)力來(lái)源廣、無(wú)污染、反應(yīng)快、可靠性高等優(yōu)點(diǎn)被廣泛應(yīng)用于各行各業(yè)的制造工廠，作為實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)自動(dòng)化的一種重要手段。然而，氣動(dòng)工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境復(fù)雜多變且很惡劣，如高震動(dòng)、高電磁輻射和高噪聲等，再加上現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備故障發(fā)生的時(shí)間不確定性，使得工作人員對(duì)工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)各種氣動(dòng)元件的運(yùn)行狀況(如流量、壓力等)及環(huán)境參數(shù)(如溫度、濕度等)的監(jiān)測(cè)無(wú)法正常展開。此外，由于工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的移動(dòng)性，如果使用傳統(tǒng)的有線電纜進(jìn)行數(shù)據(jù)的傳輸，布局布線繁瑣復(fù)雜，會(huì)耗費(fèi)大量的人力、物力、財(cái)力，擴(kuò)展性和移動(dòng)性差，安裝成本高，并且監(jiān)測(cè)效果不佳。如果選用電池供電，必須隔一段時(shí)間就對(duì)電池進(jìn)行更換，而這些原件及設(shè)備大多要進(jìn)行長(zhǎng)時(shí)間不間斷地工作，若頻繁更換電池，勢(shì)必會(huì)加大成本和帶來(lái)不便。

2、壓電能量俘獲器，作為一種新的能量收集技術(shù)，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、能量密度高、無(wú)電磁干擾、不發(fā)熱、易于集成化等優(yōu)勢(shì)，成為動(dòng)能收集和自供電式無(wú)線傳感器節(jié)點(diǎn)領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。因此，利用壓電能量收集技術(shù)，將氣動(dòng)系統(tǒng)的壓力能轉(zhuǎn)化為電能，滿足低功耗傳感器的供電需求，可以解決氣動(dòng)系統(tǒng)中低功耗無(wú)線節(jié)點(diǎn)的供能問(wèn)題。一般來(lái)說(shuō)，壓電能量俘獲器的材料可以分為pzt壓電陶瓷和pvdf壓電聚合物。pzt有大的壓電常數(shù)和良好的壓電性能，然而，它的柔韌性較差，易碎，無(wú)法承受較大的外力。相反，pvdf壓電材料具有良好的柔韌性和耐久性，但電能輸出不足是制約其應(yīng)用的關(guān)鍵問(wèn)題，其良好的壓電性能通常依賴于大的應(yīng)變變形。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、為了解決傳統(tǒng)壓電能量俘獲器輸出電能大但耐久性較差、易碎，耐久性好但又輸出電能小等技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提供了一種基于連桿位移放大模塊的pvdf氣壓能量轉(zhuǎn)換器。該轉(zhuǎn)換器能夠提升pvdf壓電材料的電能輸出，使其在有限空間內(nèi)產(chǎn)生更大的應(yīng)變變形，推進(jìn)氣動(dòng)系統(tǒng)低功耗傳感器電能供應(yīng)的無(wú)線化發(fā)展。

2、本發(fā)明的目的是通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：

3、一種基于連桿位移放大模塊的pvdf氣壓能量轉(zhuǎn)換器，包括pvdf壓電單元、螺栓組件i、鉸鏈、螺栓組件ii、連桿位移放大模塊、后支座組件、螺栓組件iii、氣缸、卡簧和前支座，其中：

4、所述pvdf壓電單元通過(guò)螺栓組件i安裝在鉸鏈上；

5、所述連桿位移放大模塊的一端通過(guò)螺栓組件ii安裝在鉸鏈上，另一端通過(guò)卡簧分別安裝在后支座組件和前支座上；

6、所述氣缸通過(guò)螺栓組件iii安裝在后支座組件上，并與連桿位移放大模塊相連；

7、所述前支座安裝在后支座組件上。

8、相比于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明具有如下優(yōu)點(diǎn)：

9、1、本發(fā)明通過(guò)選用柔韌性較好的pvdf壓電材料，采用兩端鉸鏈約束的純彎曲變形方式并設(shè)計(jì)了一種連桿位移放大模塊，使得pvdf壓電材料在彎曲變形時(shí)受到更大更均勻的應(yīng)變變化，極大地提升了pvdf壓電材料的電能輸出，同時(shí)兼顧了耐久性和高性能的電能輸出。

10、2、本發(fā)明的氣壓能量轉(zhuǎn)換器適合多個(gè)pvdf壓電單元同時(shí)工作以進(jìn)一步增加氣壓能量轉(zhuǎn)換器的電能輸出。

11、3、本發(fā)明通過(guò)采用堆疊并聯(lián)并將相鄰pvdf壓電單元增加一個(gè)間隙的方式，在節(jié)省空間體積的同時(shí)增大了多個(gè)pvdf壓電單元彎曲變形時(shí)的輸出電能，更好的推進(jìn)了氣動(dòng)系統(tǒng)低功耗無(wú)線傳感器電能供應(yīng)無(wú)線化、小型化的發(fā)展，滿足低功耗傳感器的供電需求。

技術(shù)特征：

1.一種基于連桿位移放大模塊的pvdf氣壓能量轉(zhuǎn)換器，其特征在于所述能量轉(zhuǎn)換器包括pvdf壓電單元、螺栓組件i、鉸鏈、螺栓組件ii、連桿位移放大模塊、后支座組件、螺栓組件iii、氣缸、卡簧和前支座，其中：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于連桿位移放大模塊的pvdf氣壓能量轉(zhuǎn)換器，其特征在于pvdf壓電單元包括彈性基板、雙面導(dǎo)電膠帶、pvdf壓電薄膜和單面導(dǎo)電膠帶，其中：

3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的基于連桿位移放大模塊的pvdf氣壓能量轉(zhuǎn)換器，其特征在于所述pvdf壓電單元設(shè)置有n個(gè)，2<n<10，n個(gè)pvdf壓電單元依次相互并聯(lián)疊加在一起，構(gòu)成多個(gè)壓電俘能單元，其中：相鄰pvdf壓電單元之間設(shè)置有一個(gè)厚度為h的分隔墊片，0.5mm<h<10mm，用于將多個(gè)pvdf壓電單元分隔開。

4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于連桿位移放大模塊的pvdf氣壓能量轉(zhuǎn)換器，其特征在于所述鉸鏈的上合頁(yè)設(shè)置有兩個(gè)鉸鏈連接孔i，下合頁(yè)設(shè)置有兩個(gè)鉸鏈連接孔ii，其中：

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的基于連桿位移放大模塊的pvdf氣壓能量轉(zhuǎn)換器，其特征在于連桿位移放大模塊包括轉(zhuǎn)動(dòng)架、平頭銷軸、放大擺桿、固定限位軸、拉簧、連桿、中間移動(dòng)軸和中間連接塊，其中：

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的基于連桿位移放大模塊的pvdf氣壓能量轉(zhuǎn)換器，其特征在于所述轉(zhuǎn)動(dòng)架連接孔iii與固定限位軸連接孔的孔距為m，固定限位軸連接孔與連桿連接孔i的孔距為n，放大擺桿的位移放大比為n/m。

7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的基于連桿位移放大模塊的pvdf氣壓能量轉(zhuǎn)換器，其特征在于所述后支座組件包括后支座、氣缸連接架和螺栓組件iv，其中：

8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的基于連桿位移放大模塊的pvdf氣壓能量轉(zhuǎn)換器，其特征在于所述氣缸設(shè)置有進(jìn)氣口、固定安裝孔、活塞桿連接孔和排氣口，其中：

9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的基于連桿位移放大模塊的pvdf氣壓能量轉(zhuǎn)換器，其特征在于所述前支座設(shè)置有限位軸安裝孔ii和前支座固定安裝孔，其中：

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開了一種基于連桿位移放大模塊的PVDF氣壓能量轉(zhuǎn)換器，所述能量轉(zhuǎn)換器包括PVDF壓電單元、螺栓組件I、鉸鏈、螺栓組件II、連桿位移放大模塊、后支座組件、螺栓組件III、氣缸、卡簧和前支座，其中：所述PVDF壓電單元通過(guò)螺栓組件I安裝在鉸鏈上；所述連桿位移放大模塊的一端通過(guò)螺栓組件II安裝在鉸鏈上，另一端通過(guò)卡簧分別安裝在后支座組件和前支座上；所述氣缸通過(guò)螺栓組件III安裝在后支座組件上，并與連桿位移放大模塊相連；所述前支座安裝在后支座組件上。該轉(zhuǎn)換器能夠提升PVDF壓電材料的電能輸出，使其在有限空間內(nèi)產(chǎn)生更大的應(yīng)變變形，推進(jìn)氣動(dòng)系統(tǒng)低功耗傳感器電能供應(yīng)的無(wú)線化發(fā)展。

技術(shù)研發(fā)人員：包鋼,王錚,任樂(lè),劉泰武
受保護(hù)的技術(shù)使用者：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/1/2