一種氣流致聲壓電發(fā)電強(qiáng)制振動(dòng)裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明提供一種氣流致聲壓電發(fā)電強(qiáng)制振動(dòng)裝置，涉及利用氣流誘發(fā)聲波的流體動(dòng)力聲源、激勵(lì)壓電換能器輸出電能的裝置，屬于氣流壓電發(fā)電技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]振源來自環(huán)境中風(fēng)、氣流的振動(dòng)壓電發(fā)電機(jī)，是一種清潔的再生能源。激勵(lì)來自工作環(huán)境中的自然風(fēng)(或迎面空氣產(chǎn)生的氣流)的供電系統(tǒng)，其風(fēng)速低，范圍1?lOm/s，即1?5級(jí)的微風(fēng)、和風(fēng)，發(fā)電機(jī)都采用水平軸或垂直軸渦輪式旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)，靠風(fēng)或氣流直接推動(dòng)渦輪葉片轉(zhuǎn)動(dòng)激勵(lì)的磁電換能器發(fā)電。對(duì)于一般設(shè)備或系統(tǒng)的自供電系統(tǒng)來說，渦輪發(fā)電機(jī)存在安裝場(chǎng)地困難、體積龐大、結(jié)構(gòu)復(fù)雜，葉輪、渦輪等活動(dòng)零件強(qiáng)度低、噪聲大，磁電換能易造成電磁污染等問題。
[0003]目前，利用環(huán)境氣流的壓電換能器發(fā)電機(jī)，一般是懸臂梁式機(jī)械激勵(lì)結(jié)構(gòu)和多層壓電換能器，存在輸出能量低、產(chǎn)品合格率低等問題。
[0004]中國(guó)發(fā)明專利“一種基于壓電效應(yīng)的微風(fēng)發(fā)電裝置”(專利號(hào):CN201210277507.2，南京航空航天大學(xué)周成鋒等)，公開了一種基于壓電效應(yīng)的微風(fēng)發(fā)電裝置，包括底板以及設(shè)置在底板上的壓電陣子和升力型風(fēng)機(jī)，在升力型風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)軸上連接有帶齒的凸輪，壓電陣子均布在凸輪的外側(cè)，凸輪的齒頂為尖頂，凸輪的齒數(shù)為N，壓電陣子的個(gè)數(shù)為M，最低時(shí)速4公里的微風(fēng)環(huán)境中工作，輸出功率達(dá)到15mW。該發(fā)明采用旋轉(zhuǎn)的風(fēng)機(jī)和凸輪齒激勵(lì)壓電振子，系統(tǒng)強(qiáng)度低，抗干擾能力低，結(jié)構(gòu)復(fù)雜、體積偏大。
[0005]美國(guó)專利 “Forced vibrat1n piezo generator and piezo actuator Sapir，，(專利號(hào):US 8040022, Sapir; Itzhak Irvine, CA).，公布了一種使用一個(gè)或多個(gè)懸臂梁式壓電陣列的氣流致振壓電發(fā)電機(jī)，壓電發(fā)電系統(tǒng)包括多個(gè)壓電發(fā)生器模塊，每個(gè)壓電發(fā)電機(jī)模塊包括多個(gè)壓電懸臂梁和流體壓力調(diào)節(jié)器，流體壓力調(diào)節(jié)器設(shè)置在每個(gè)懸臂梁上，有節(jié)流活塞和排氣孔。該發(fā)明依靠直線運(yùn)動(dòng)的活塞機(jī)構(gòu)來調(diào)節(jié)氣流和懸臂梁式壓電陣列，同樣，存在系統(tǒng)強(qiáng)度低、抗干擾差、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、體積大的問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明提供一種氣流致聲壓電發(fā)電強(qiáng)制振動(dòng)裝置，具有氣流調(diào)節(jié)性好、振動(dòng)頻率穩(wěn)定、體積小、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的特點(diǎn)。
[0007]本發(fā)明所述的一種氣流致聲壓電發(fā)電強(qiáng)制振動(dòng)裝置，其特征在于:包括進(jìn)氣口、噴嘴、聲管構(gòu)成的振動(dòng)結(jié)構(gòu)、固定在聲管底部的壓電換能器。其中，外殼的一端與堵塞形成進(jìn)氣口，噴嘴內(nèi)孔為變截面收縮氣道;另一端順序排列有聲管、壓電片，通過外端蓋板與外殼固連，并將壓電片緊壓在聲管末端;噴嘴與聲管間留有空腔。
[0008]所述的一種氣流致聲壓電發(fā)電強(qiáng)制振動(dòng)裝置，其特征在于:所述的堵塞為扁圓柱體結(jié)構(gòu)，鑲嵌在外殼內(nèi)形成的狹窄狀側(cè)隙構(gòu)成進(jìn)氣口。
[0009]所述的一種氣流致聲壓電發(fā)電強(qiáng)制振動(dòng)裝置，其特征在于:所述的噴嘴內(nèi)孔流道形線為維多辛斯基曲線。
[0010]所述的一種氣流致聲壓電發(fā)電強(qiáng)制振動(dòng)裝置，其特征在于:噴嘴與聲管同軸，通過堵塞緊壓在外殼上;噴嘴的收縮口置于空腔內(nèi)，與聲管前端口距離，構(gòu)成一個(gè)聲波正反饋系統(tǒng)。
[0011]所述的一種氣流致聲壓電發(fā)電強(qiáng)制振動(dòng)裝置，其特征在于:所述的聲管為具有聲波分界面的突變截面管，不同直徑的內(nèi)孔構(gòu)成收縮孔，通過蓋板緊壓。
[0012]所述的一種氣流致聲壓電發(fā)電強(qiáng)制振動(dòng)裝置，其特征在于:所述的聲管前端口有內(nèi)倒角構(gòu)成尖棱，對(duì)準(zhǔn)噴嘴的收縮口 ；聲管末端外側(cè)放置壓電片構(gòu)成固有頻率等于聲波頻率的壓電換能器。
[0013]所述的一種氣流致聲壓電發(fā)電強(qiáng)制振動(dòng)裝置，其特征在于:所述的壓電片由壓電PZT陶瓷制成，置于聲管的底部，由蓋板夾緊，構(gòu)成聲管的剛性壁面。
[0014]所述的一種氣流致聲壓電發(fā)電強(qiáng)制振動(dòng)裝置，其特征在于:所述的外殼在空腔位置周向開有數(shù)個(gè)垂直軸或傾斜的排氣孔，前端與堵塞、后端與蓋板螺紋連接，中間段與噴嘴、聲管間隙配合。
[0015]本發(fā)明通過裝置外部的不穩(wěn)定入流在一個(gè)特殊結(jié)構(gòu)的進(jìn)氣口內(nèi)流動(dòng)，在近管口處迅速轉(zhuǎn)捩為湍流，使得在一個(gè)收縮噴口能夠形成噴注，誘發(fā)旋渦和脫落現(xiàn)象，產(chǎn)生周期性“卡門渦街”壓力場(chǎng)，在一個(gè)帶尖棱的突變截面聲管口部生成邊棱音，經(jīng)聲管反射的聲波在收縮噴口與“渦街”耦合，發(fā)生旋渦脫落頻率被反射聲波頻率所俘獲的現(xiàn)象，聲波聲強(qiáng)被放大并很快在聲管內(nèi)合成穩(wěn)定的駐波，壓電換能器和駐波諧振。在聲波到達(dá)壓電換能器之前放大了聲源頻率，在相同的時(shí)間內(nèi)能夠產(chǎn)生更多的振動(dòng)，使壓電換能器獲得更高的電能收集效率，有利于提高壓電發(fā)電機(jī)的輸出功率，提供幾十至幾百毫瓦的電能。
[0016]本發(fā)明的積極效果在于:
本發(fā)明利用氣流流過管道后氣流產(chǎn)生的變化特性和聲波在空腔、管孔內(nèi)傳播引起結(jié)構(gòu)振動(dòng)的特性，提供了一種新型的無活動(dòng)零件的氣流致聲強(qiáng)制壓電發(fā)電強(qiáng)制振動(dòng)裝置，具有機(jī)械自調(diào)制氣流激發(fā)流體動(dòng)力聲源的強(qiáng)制振動(dòng)機(jī)械系統(tǒng);滿足了汽車、無人駕駛車輛、武器應(yīng)用系統(tǒng)、航天航空系統(tǒng)、機(jī)器人、城市或小區(qū)照明等各種領(lǐng)域的應(yīng)用系統(tǒng)自供電的需求，提高清潔的可再生能源，具有重要的理論價(jià)值和工程指導(dǎo)意義。
[0017]【附圖說明】:
圖1為本發(fā)明整體結(jié)構(gòu)原理圖；
圖2為本發(fā)明氣流流動(dòng)示意圖；
圖3為本發(fā)明堵塞結(jié)構(gòu)原理圖；
圖4為本發(fā)明聲管結(jié)構(gòu)原理圖；
圖5為本發(fā)明噴嘴結(jié)構(gòu)原理圖；
圖6為發(fā)明吹風(fēng)試驗(yàn)得到的入流速度vi與聲管底聲壓頻率f Pi曲線；
圖7為本發(fā)明試壓電換能器輸出電壓V0曲線；
圖8本發(fā)明試壓電換能器輸出電壓V0曲線的FFT曲線；
圖9為所發(fā)明的發(fā)電機(jī)樣機(jī)吹風(fēng)試驗(yàn)得到的入流速度vi與壓電換能器輸出電壓頻率fVO曲線;
圖中，1、堵塞;2、噴嘴;3、外殼;4、聲管;5、壓電換能器;6、外端