一種氣流諧振發(fā)電裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于物理電源領(lǐng)域，具體設(shè)及一種氣流諧振發(fā)電裝置。
【背景技術(shù)】
[0002] 氣流諧振發(fā)電機(jī)也稱(chēng)為射流發(fā)電機(jī)，為物理電源的一種。它是一種將氣動(dòng)能轉(zhuǎn)換 為電能的裝置，可飛行過(guò)程給飛行器電路供電。
[0003] 雷軍命在"引信氣流諧振壓電發(fā)電機(jī)"一文中介紹了一種氣流諧振壓電發(fā)電機(jī)，該 發(fā)電機(jī)用壓電振子替代氣流諧振發(fā)電機(jī)中的磁電轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)。通過(guò)實(shí)驗(yàn)室模擬吹風(fēng)試驗(yàn)證 明：該發(fā)電機(jī)輸出功率較大，可滿足低功耗引信的使用，且結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、體積小、成本低、重量 輕，不會(huì)產(chǎn)生交變磁場(chǎng)。但是該機(jī)構(gòu)目前還解決不了壓電振子的抗高過(guò)載問(wèn)題，應(yīng)用前景受 到一定限制。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷，本發(fā)明提供一種氣流諧振發(fā)電裝置，解決了現(xiàn)有氣流 諧振壓電發(fā)電機(jī)的壓電振子抗高過(guò)載的問(wèn)題，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、能量密度高、體積小、成本低、 重量輕、不會(huì)產(chǎn)生交變磁場(chǎng)的特點(diǎn)。
[0005] -種氣流諧振發(fā)電裝置，包括環(huán)音振蕩器和換能器；
[0006] 環(huán)音振蕩器包括環(huán)形噴巧、諧振體和圓柱體；圓柱體位于環(huán)形噴巧內(nèi)，圓柱體的外 壁和環(huán)形噴巧的內(nèi)壁之間形成一個(gè)環(huán)形氣道；諧振體位于環(huán)形噴巧的下方且為一空腔結(jié) 構(gòu)，其環(huán)形腔壁的上端具有環(huán)形尖劈，氣流通過(guò)環(huán)形氣道后沖壓環(huán)形尖劈處，環(huán)形尖劈產(chǎn)生 音頻擾動(dòng)使空腔的內(nèi)部空氣進(jìn)入諧振狀態(tài)；
[0007] 換能器包括介電彈性體和導(dǎo)電極，介電彈性體安裝于所述諧振體的空腔內(nèi)，所述 介電彈性體表面涂覆有導(dǎo)電極，在所述空腔內(nèi)的空氣進(jìn)入諧振狀態(tài)時(shí)，空氣脈動(dòng)形成的交 變載荷驅(qū)動(dòng)介電彈性體諧振，產(chǎn)生交變的形變，當(dāng)介電彈性體收縮時(shí)，介電彈性體所做的機(jī) 械功轉(zhuǎn)換成電能，通過(guò)導(dǎo)電極導(dǎo)出。
[000引本發(fā)明的技術(shù)效果體現(xiàn)在：
[0009] 本發(fā)明采用飛行器飛行的過(guò)程中產(chǎn)生的高速氣流驅(qū)動(dòng)介電彈性體產(chǎn)生諧振，實(shí)現(xiàn) 介電彈性體的機(jī)械能向電能的轉(zhuǎn)換，可實(shí)現(xiàn)飛行過(guò)程給飛行器供電。由于避免使用壓電振 子該一類(lèi)壓電陶瓷材料，避免了高過(guò)載條件下的破碎。本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、能量密度高、體積 小、成本低、重量輕，不會(huì)產(chǎn)生交變磁場(chǎng)。本發(fā)明將介電彈性體用于飛行器發(fā)電將大大豐富 物理電源產(chǎn)品品種，擴(kuò)展物理電源系列，為飛行器的電源發(fā)展提供更多的選擇。
【附圖說(shuō)明】
[0010] 圖1為本發(fā)明氣流諧振發(fā)電裝置的結(jié)構(gòu)圖；
[0011] 圖2為本發(fā)明氣流諧振發(fā)電裝置增設(shè)偏置電壓電路和整流電路的結(jié)構(gòu)框圖；
[0012] 圖3為本發(fā)明偏置電壓電路和整流電路的具體結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0013] 為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，W下結(jié)合附圖及實(shí)施例，對(duì) 本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用W解釋本發(fā)明，并 不用于限定本發(fā)明。此外，下面所描述的本發(fā)明各個(gè)實(shí)施方式中所設(shè)及到的技術(shù)特征只要 彼此之間未構(gòu)成沖突就可W相互組合。
[0014] 如圖1所示，本發(fā)明包括環(huán)音振蕩器2-1和換能器2-2。
[0015] 環(huán)音振蕩器2-1包括環(huán)形噴巧2-1A、諧振體2-1B和圓柱體2-1C;圓柱體2-1C位 于環(huán)形噴巧2-1A內(nèi)，圓柱體2-1C的外壁和環(huán)形噴巧2-1A的內(nèi)壁之間形成一個(gè)環(huán)形氣道； 諧振體2-1B位于環(huán)形噴巧2-1A的下方，諧振體2-1B為一空腔結(jié)構(gòu)，其環(huán)形腔壁的上端具 有環(huán)形尖劈，氣流通過(guò)環(huán)形氣道后沖壓環(huán)形尖劈處，環(huán)形尖劈產(chǎn)生音頻擾動(dòng)使空腔的內(nèi)部 空氣進(jìn)入諧振狀態(tài)。
[0016] 換能器2-2包括介電彈性體2-2A和導(dǎo)電極2-2B，介電彈性體2-2A安裝于所述諧 振體2-1B的空腔內(nèi)，所述介電彈性體2-2A表面涂覆有導(dǎo)電極2-2B，在所述空腔內(nèi)的空氣進(jìn) 入諧振狀態(tài)時(shí)，空氣脈動(dòng)形成的交變載荷驅(qū)動(dòng)介電彈性體2-1B諧振，產(chǎn)生交變的形變，當(dāng) 介電彈性體2-1B收縮時(shí)，介電彈性體2-1B所做的機(jī)械功轉(zhuǎn)換成電能，通過(guò)導(dǎo)電極2-2B導(dǎo) 出。所述介電彈性體的安裝可采用本發(fā)明所述的上框架2-2C和下框架2-2D夾持并通過(guò)螺 釘鎖緊的方式實(shí)現(xiàn)，也可采用其它慣用的機(jī)械安裝方式。
[0017] 所述換能器安裝在諧振體的空腔內(nèi)，空氣在諧振體的空腔內(nèi)形成與空腔振動(dòng)頻率 相同的聲波振動(dòng)的空氣諧振頻率f與空腔的深度L滿足下式：
[0018]
[0019] 式中，C是聲速，L是空腔的深度，k是與氣流壓力有關(guān)的常數(shù)，k與環(huán)形氣道的氣 隙大小、諧振體的環(huán)形尖劈的角度及諧振體與環(huán)形噴巧間的距離有關(guān)，k一般由實(shí)驗(yàn)測(cè)得。
[0020] 介電彈性體最低振型下的固有頻率《依據(jù)下式確定：
巧中，R為涂敷導(dǎo)電極的介電彈性體的區(qū)域的半徑；D為 介電彈性體的彎曲剛度；P為介電彈性體的密度；h為介電彈性體的厚度。介電彈性體最低 振型下的固有頻率《與諧振體的空腔內(nèi)的空氣諧振頻率f相同。如此采用，當(dāng)諧振體的空 腔的固有頻率（空氣振蕩頻率）與介電彈性體的固有頻率相一致時(shí)，產(chǎn)生諧振現(xiàn)象。此時(shí)， 介電彈性體振動(dòng)的幅度達(dá)到最大值，即介電彈性體的變形量最大，激發(fā)的電量也最多。
[0021] 請(qǐng)參照?qǐng)D2和3,還可在所述氣流諧振發(fā)電裝置基礎(chǔ)上增設(shè)偏置電壓電路，其向氣 流諧振發(fā)電裝置提供初始激勵(lì)電壓。按照本發(fā)明的一種較佳實(shí)施方式，偏置電壓電路包括 依次串接的電池組U1、開(kāi)關(guān)S和二極管VI，它們?cè)倥c導(dǎo)電極2-2B串接成一回路。偏置電 壓裝置1上接入二極管VI，目的是避免當(dāng)介電彈性體2-2A變形減小或消失時(shí)，介電彈性體 2-2A反向向電池組U1放電，而使氣流諧振可變電容發(fā)電裝置2上儲(chǔ)存的電量下降或消失。
[0022] 請(qǐng)參照?qǐng)D2和3,還可在所述氣流諧振發(fā)電裝置基礎(chǔ)上增設(shè)與導(dǎo)電極形成回路的 整流電路，將交流電轉(zhuǎn)換為直流電。本發(fā)明整流電路3優(yōu)選地采用由二極管V2、二極管V3、 二極管V4和二極管V5構(gòu)成的全波整流電路。采用二極管全波整流電路的目的是；當(dāng)介電 彈性體2-2A反向變形時(shí)，介電彈性體2-2A兩極面激發(fā)電荷的正負(fù)極性互換，相當(dāng)于在一個(gè) 振動(dòng)周期內(nèi)，介電彈性體2-2A可向儲(chǔ)能電容C1充電兩次，提高了氣流諧振可變電容發(fā)電裝 置2的電能輸出。
[0023] 請(qǐng)參照?qǐng)D2和3,整流電路3的輸出端還連接輸出電路，所述輸出電路4包括負(fù)載 W及與負(fù)載并聯(lián)的儲(chǔ)能電容C1。
[0024] 按照本發(fā)明的較佳實(shí)施方式，電容W及二極管采用表面貼裝元器件，采用環(huán)氧樹(shù) 脂整體灌封。如此采用，能提高整個(gè)發(fā)電裝置的抗過(guò)載能力。
[00巧]本發(fā)明使用時(shí)，整個(gè)裝置放置在飛行器的頭部，飛行器的頭部開(kāi)有氣孔，當(dāng)飛行器 飛行時(shí)，高速氣流通過(guò)導(dǎo)彈或飛行器頭部進(jìn)入由圓柱體2-1C和環(huán)形噴巧2-1A構(gòu)成的環(huán)形 氣道內(nèi)，沖壓氣流沖擊諧振體2-1B的頭部環(huán)形尖劈處，環(huán)形尖劈產(chǎn)生音頻擾動(dòng)使諧振體 2-1B的空腔內(nèi)部空氣進(jìn)入諧振狀態(tài)，空氣的脈動(dòng)形成的交變載荷，再驅(qū)動(dòng)換能器2-2上的 介電彈性體2-2A諧振，產(chǎn)生交變的形變。當(dāng)介電彈性體2-2A收縮時(shí)，介電彈性體2-2A所 做的機(jī)械功就轉(zhuǎn)換成介電彈性體上2-2A貶存的電能，由此實(shí)現(xiàn)介電彈性體2-2A的機(jī)械能 向電能的轉(zhuǎn)換。
[0026] 本領(lǐng)域的技術(shù)人員容易理解，W上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并不用W限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進(jìn)等，均應(yīng)包含 在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種氣流諧振發(fā)電裝置，其特征在于，包括環(huán)音振蕩器（2-1)和換能器（2-2); 環(huán)音振蕩器（2-1)包括環(huán)形噴咀（2-1A)、諧振體（2-1B)和圓柱體（2-1C);圓柱體 (2-1C)位于環(huán)形噴咀（2-1A)內(nèi)，圓柱體（2-1C)的外壁和環(huán)形噴咀（2-1A)的內(nèi)壁之間形成 一個(gè)環(huán)形氣道；諧振體（2-1B)位于環(huán)形噴咀（2-1A)的下方且為一空腔結(jié)構(gòu)，其環(huán)形腔壁的 上端具有環(huán)形尖劈，氣流通過(guò)環(huán)形氣道后沖壓環(huán)形尖劈處，環(huán)形尖劈產(chǎn)生音頻擾動(dòng)使空腔 的內(nèi)部空氣進(jìn)入諧振狀態(tài)； 換能器（2-2)包括介電彈性體（2-2A)和導(dǎo)電極（2-2B)，介電彈性體（2-2A)安裝于所 述諧振體（2-1B)的空腔內(nèi)，所述介電彈性體（2-2A)表面涂覆有導(dǎo)電極（2-2B)，在所述空腔 內(nèi)的空氣進(jìn)入諧振狀態(tài)時(shí)，空氣脈動(dòng)形成的交變載荷驅(qū)動(dòng)介電彈性體（2-1B)諧振，產(chǎn)生交 變的形變，當(dāng)介電彈性體（2-1B)收縮時(shí)，介電彈性體（2-1B)所做的機(jī)械功轉(zhuǎn)換成電能，通 過(guò)導(dǎo)電極（2-2B)導(dǎo)出。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的氣流諧振發(fā)電裝置，其特征在于，所述介電彈性體（2-2A)在 最低振型下的固有頻率ω與諧振體（2-1B)空腔內(nèi)的空氣諧振頻率f相同，所述空腔諧振體（2-1B)的空腔深度L與空氣諧振頻率f滿足： 式中，C是聲速，k是氣 ， 流壓力相關(guān)常數(shù)。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的氣流諧振發(fā)電裝置，其特征在于，還包括與所述導(dǎo)電極形成 回路的偏置電壓電路，用于向所述導(dǎo)電極提供初始激勵(lì)電壓。4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的氣流諧振發(fā)電裝置，其特征在于，所述偏置電壓電路包括依 次傳接的電池組（Ul)、開(kāi)關(guān)（S)和二極管（VI)。5. 根據(jù)權(quán)利要求1或2或3或4所述的氣流諧振發(fā)電裝置，其特征在于，還包括與所述 導(dǎo)電極形成回路的整流電路。6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的氣流諧振發(fā)電裝置，其特征在于，所述整流電路為二極管全 波整流電路。7. 根據(jù)權(quán)利要求1或2或3或4所述的氣流諧振發(fā)電裝置，其特征在于，還包括與所述 整流電路的輸出端連接的輸出電路。
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明提供一種氣流諧振發(fā)電裝置，包括環(huán)音振蕩器和換能器；環(huán)音振蕩器包括環(huán)形噴咀、諧振體和圓柱體；圓柱體和環(huán)形噴咀之間形成環(huán)形氣道；諧振體為一空腔結(jié)構(gòu)，其腔壁上端具有環(huán)形尖劈，氣流通過(guò)環(huán)形氣道后沖壓環(huán)形尖劈處，環(huán)形尖劈產(chǎn)生音頻擾動(dòng)使空腔的內(nèi)部空氣進(jìn)入諧振狀態(tài)；換能器包括介電彈性體和導(dǎo)電極，在所述空腔內(nèi)的空氣進(jìn)入諧振狀態(tài)時(shí)，空氣脈動(dòng)形成的交變載荷驅(qū)動(dòng)介電彈性體諧振，產(chǎn)生交變的形變，當(dāng)介電彈性體收縮時(shí)，介電彈性體所做的機(jī)械功轉(zhuǎn)換成電能，通過(guò)導(dǎo)電極導(dǎo)出。本發(fā)明解決了現(xiàn)有氣流諧振壓電發(fā)電機(jī)的壓電振子抗高過(guò)載的問(wèn)題，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、能量密度高、體積小、成本低、重量輕、不會(huì)產(chǎn)生交變磁場(chǎng)的特點(diǎn)。
【IPC分類(lèi)】H02N2/18
【公開(kāi)號(hào)】CN104901584
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510294122
【發(fā)明人】李響, 曹?chē)?guó)勇, 袁長(zhǎng)宏
【申請(qǐng)人】湖北三江航天紅林探控有限公司
【公開(kāi)日】2015年9月9日
【申請(qǐng)日】2015年6月1日