一种气流致声压电发电机的制作方法
【技术领域】
[0001]本实用新型提供一种气流致声压电发电机，涉及利用气流诱发声波的流体动力声源、激励压电换能器输出电能的装置，属于气流压电发电技术领域。
【背景技术】
[0002]振源来自环境中风、气流的振动压电发电机，是一种清洁的再生能源。激励来自工作环境中的自然风(或迎面空气产生的气流)的供电系统，其风速低，范围I?lOm/s，即I?5级的微风、和风，发电机都采用水平轴或垂直轴涡轮式旋转结构，靠风或气流直接推动涡轮叶片转动激励的磁电换能器发电。对于一般设备或系统的自供电系统来说，涡轮发电机存在安装场地困难、体积庞大、结构复杂，叶轮、涡轮等活动零件强度低、噪声大，磁电换能易造成电磁污染等问题。
[0003]目前，利用环境气流的压电换能器发电机，一般是悬臂梁式机械激励结构和多层压电换能器，存在输出能量低、产品合格率低等问题。
[0004]中国实用新型专利“一种基于压电效应的微风发电装置”(专利号:CN201210277507.2，南京航空航天大学周成锋等)，公开了一种基于压电效应的微风发电装置，包括底板以及设置在底板上的压电阵子和升力型风机，在升力型风机的转轴上连接有带齿的凸轮，压电阵子均布在凸轮的外侧，凸轮的齿顶为尖顶，凸轮的齿数为N，压电阵子的个数为M，最低时速4公里的微风环境中工作，输出功率达到15mW。该实用新型采用旋转的风机和凸轮齿激励压电振子，系统强度低，抗干扰能力低，结构复杂、体积偏大。
[0005]美国专利 “Forced vibrat1n piezo generator and piezo actuator Sapir'(专利号:US 8040022, Sapir; Itzhak Irvine, CA)，公布了一种使用一个或多个悬臂梁式压电阵列的气流致振压电发电机，压电发电系统包括多个压电发生器模块，每个压电发电机模块包括多个压电悬臂梁和流体压力调节器，流体压力调节器设置在每个悬臂梁上，有节流活塞和排气孔。该实用新型依靠直线运动的活塞机构来调节气流和悬臂梁式压电阵列，同样，存在系统强度低、抗干扰差、结构复杂、体积大的问题。
【发明内容】
[0006]本实用新型提供一种气流致声压电发电机，具有气流调节性好、振动频率稳定、体积小、结构简单的特点。
[0007]本实用新型所述的一种气流致声压电发电机，其特征在于:包括进气口、喷嘴、声管构成的振动结构、固定在声管底部的压电换能器。其中，外壳的一端与堵塞形成进气口，喷嘴内孔为变截面收缩气道；另一端顺序排列有声管、压电片，通过外端盖板与外壳固连，并将压电片紧压在声管末端;喷嘴与声管间留有空腔。
[0008]所述的一种气流致声压电发电机，其特征在于:所述的堵塞为扁圆柱体结构，镶嵌在外壳内形成的狭窄状侧隙构成进气口。
[0009]所述的一种气流致声压电发电机，其特征在于:所述的喷嘴内孔流道形线为维多辛斯基曲线。
[0010]所述的一种气流致声压电发电机，其特征在于:喷嘴与声管同轴，通过堵塞紧压在外壳上;喷嘴的收缩口置于空腔内，与声管前端口距离，构成一个声波正反馈系统。
[0011]所述的一种气流致声压电发电机，其特征在于:所述的声管为具有声波分界面的突变截面管，不同直径的内孔构成收缩孔，通过盖板紧压。
[0012]所述的一种气流致声压电发电机，其特征在于:所述的声管前端口有内倒角构成尖棱，对准喷嘴的收缩口 ；声管末端外侧放置压电片构成固有频率等于声波频率的压电换能器。
[0013]所述的一种气流致声压电发电机，其特征在于:所述的压电片由压电PZT陶瓷制成，置于声管的底部，由盖板夹紧，构成声管的刚性壁面。
[0014]所述的一种气流致声压电发电机，其特征在于:所述的外壳在空腔位置周向开有8个垂直轴或倾斜的排气孔，前端与堵塞、后端与盖板螺纹连接，中间段与喷嘴、声管间隙配入口 ο
[0015]本实用新型通过装置外部的不稳定入流在一个特殊结构的进气口内流动，在近管口处迅速转捩为湍流，使得在一个收缩喷口能够形成喷注，诱发旋涡和脱落现象，产生周期性“卡门涡街”压力场，在一个带尖棱的突变截面声管口部生成边棱音，经声管反射的声波在收缩喷口与“涡街”耦合，发生旋涡脱落频率被反射声波频率所俘获的现象，声波声强被放大并很快在声管内合成稳定的驻波，压电换能器和驻波谐振。在声波到达压电换能器之前放大了声源频率，在相同的时间内能够产生更多的振动，使压电换能器获得更高的电能收集效率，有利于提高压电发电机的输出功率，提供几十至几百毫瓦的电能。
[0016]本实用新型的积极效果在于:本实用新型利用气流流过管道后气流产生的变化特性和声波在空腔、管孔内传播引起结构振动的特性，提供了一种新型的无活动零件的气流致声强制压电发电强制振动装置，具有机械自调制气流激发流体动力声源的强制振动机械系统;满足了汽车、无人驾驶车辆、武器应用系统、航天航空系统、机器人、城市或小区照明等各种领域的应用系统自供电的需求，提高清洁的可再生能源，具有重要的理论价值和工程指导意义。
[0017]【附图说明】:
[0018]图1为本实用新型整体结构原理图；
[0019]图2为本实用新型气流流动示意图；
[0020]图3为本实用新型堵塞I结构原理图；
[0021 ]图4为本实用新型声管4结构原理图；
[0022]图5为本实用新型喷嘴2结构原理图；
[0023]图6为实用新型吹风试验得到的入流速度Vi与声管底声压频率fPi曲线；
[0024]图7为本实用新型试压电换能器输出电压VO曲线；
[0025]图8本实用新型试压电换能器输出电压VO曲线的FFT曲线；
[0026]图9为所实用新型的发电机样机吹风试验得到的入流速度Vi与压电换能器输出电压频率f VO曲线；
[0027]图中，1、堵塞;2、喷嘴;3、外壳;4、声管;5、压电