一种机械-气腔-电子联合广义共振式气动发电装置制造方法及图纸

一种机械‑气腔‑电子联合广义共振式气动发电装置，含有气腔壳体、气腔壳体含有沿着气体流动方向设置在流场中的、气动谐振频率为FQ的气腔，局部固定在气腔壳体上的、位于气流必经之路的、并含有电感L及电阻R的印刷电路线圈的、机械谐振频率为FP的PCB印制电路板，与PCB的印刷电路线圈两端7和8并联的谐振电容C3，设在气腔内的、平行于PCB印制电路板2及垂直于其印刷电路线圈运动方向的、由永久磁铁和极靴构成的磁场，从印刷电路线圈两端和输出交流电流、电压，利用机械‑气腔‑联合广义共振并从机械广义共振部件上提取振动能量的方法有效地提高了获取风能并转换为电能的效率，进一步利用所述RLC3电子广义共振加速升压储能技术实现了对所获电能储存的快速、升压和高效，满足对工作于有风环境的无线无源电子装置供电的需求。

A mechanical gas cavity electronic combined generalized resonance type pneumatic power generation device

A mechanical gas cavity electronic combined generalized resonance type pneumatic power generation device, containing gas, gas cavity shell cavity containing along the gas flow direction is arranged in the flow field of the gas dynamic resonance frequency, gas cavity FQ, the mechanical resonant frequency of printed circuit coil is fixed on the local gas cavity on the shell, is the only way which must be passed flow and with inductance L and resistance R, FP PCB printed circuit board, printed circuit and resonant capacitor C3 coil PCB 7 and 8 in parallel, parallel gas cavity, PCB printed circuit board 2 and perpendicular to the moving direction of the printed circuit coil, and is composed of a permanent magnet the pole of the magnetic field from the printed circuit, and the output ends of the coil current and voltage, using the mechanical gas cavity joint generalized resonance and generalized resonance components extracted from mechanical vibration energy is effectively improved by Take the wind and converted to electrical energy efficiency, further use of the RLC3 generalized resonance acceleration boost energy storage technology for the energy storage, fast and efficient to meet the power boost, wireless passive electronic device to work on wind environment demand.

【技术实现步骤摘要】
一种机械-气腔-电子联合广义共振式气动发电装置
本专利技术属于物理电源领域，具体涉及一种机械-气腔-电子联合广义共振式气动发电装置。
技术介绍
流动的气体，即风，因为具有质量m和速度V，因而具有动能EK＝m·V2/2，即风能。将风能转化为电能的经典技术是用风力驱动可绕轴旋转的桨叶，由转轴直接或经过增速齿轮箱带动旋转式发电机的“风力发电机”。由于传动系统复杂、旋转桨叶易损、旋转式发电机轴承故障多发等原因，存在一种采用全新理念设计新型“风力发电机”的需要。本专利技术最初是出于解决交通装备走行部故障诊断的无线传感器供电装置提出的。也适用于其它利用风力发电、甚至大型风力发电系统。流动的气体摩擦弹性的机械，将引起机械按照其特定模态的固有频率发生机械振动。例如架空的电线在风的摩擦下，发生振动而产生嗡嗡的振动声。流动的气体流过非气体的腔体，将因为流向、速度、密度、弹性改变而发生按照腔体固有频率的气腔振动；例如安装在鸽子背部的鸽哨在鸽子飞翔时在相对于鸽哨的气流的吹拂下产生汪汪的哨声。从流动气体的动能中获取能量，得到一些科技人员的重视，并提出了一些技术方案。已经存在的若干气动发电装置的设计，其出发点是，利用气腔中气体广义共振的动能，激励设在气腔中的、敏感气体因气腔共振之脉动压力而振动并产生电能的换能器，从该换能器的电极上获得电能。例如专利技术专利“一种气流谐振发电装置”(CN104901584A),其结构并没有机械共振组件，其环形劈尖的作用是引起气流“音频扰动使空腔的内部空气进入谐振状态”，其换能器采用“介电弹性体”，是在“所述空腔内的空气进入谐振状态时，空气脉动形成的交变载荷驱动弹性体谐振，产生交变的变形，”将“所做的机械功转换为电能”。该专利文件还介绍了他人论文所述“引信气流谐振发电机”采用的“压电振子(原文：以压电薄膜代替其磁电发电机)”作为换能器。上述的已有技术中的能量传输/获取特征在于：流动气体动能-激励空腔谐振-空腔脉动气压激励换能器-换能器实现机电转换。其首要的振动是空腔谐振，输出电能由换能器从空腔谐振获取。这种由换能器从空腔谐振获取电能的方法存在明显的缺陷。公知，空腔广义共振的动能是EK＝m·V2/2。而空腔气体的质量m十分微小，空气密度为1.293g/L，折合为比重是1.293·10-3g/cm3。可知，即使设计采用很大空间的空腔，所能得到的空腔气体的质量m仍然十分微小，因此，依靠这种空腔广义共振的动能仍然是非常小的。即使采用理论上100％效率的换能器，也只能获得很小的电能。为了提高广义共振的动能，采用不同比重的材料、提高质量m是一个重要途径。例如，钢铁密度7.86g/cm3，为空气的6.079·103倍；印制电路板(PCB)的比重是1.1g/cm3，为空气的851倍。假定空腔的容积为1·5·10＝50cm3，在空腔中的PCB的体积为0.1·5·10＝5cm3，则PCB的质量为空腔气体质量的85.1倍。如果空腔气体的广义共振改由PCB的振动激励，则空腔空气广义共振的初速度必定等于PCB的振动速度，根据EK＝m·V2/2，则PCB振动的能量最大为空腔气体振动能量的85倍。因此，直接从位于空腔、激励空腔广义共振的PCB获取能量，远远大于用机电转换器获取能量小的空腔广义共振气体获取能量。为了要高效利用风能引起机械振动产生的能量，在设计中，有意识地将机械-气腔振动系统，设计成为一种广义共振系统，为了提高广义共振的动能，采用不同比重的材料、提高质量m，提高机械广义共振和气腔广义共振所含有的从流动气体的动能中获取的能量，并以损耗最小、振幅最大、等于其固有频率的广义共振方式利用起来。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是，克服用机电转换器获取能量小的空腔广义共振气体获取能量的现有技术存在的上述缺陷，提供一种获取能量大的机械-气腔-电子联合广义共振式气动发电装置。本专利技术所采用的技术方案是：一种机械-气腔-电子联合广义共振式气动发电装置，由气腔壳体4、气腔1、PCB印制电路板2、谐振电容3、永久磁铁5和极靴6构成，所述气腔1位于气腔壳体4内，气腔1沿着气体流动方向设置在流场中，其气动广义共振频率为FQ；所述PCB印制电路板2边缘局部固定在气腔壳体4上，位于气流必经之路，并含有电感量为L及电阻为R的印刷电路线圈，PCB印制电路板2的机械广义共振频率为FP；所述PCB印制电路板2上的PCB印刷电路线圈具有两个输出接线端7和8；所述谐振电容C3的两端分别与PCB印刷电路线圈的两个输出接线端7和8连接；所述永久磁铁5、极靴6构成磁场设在气腔1内，该磁场的磁力线平行于PCB印制电路板2及垂直于其印刷电路线圈运动方向；从印刷电路线圈的两个输出接线端7和8输出交流电流、电压；谐振电容C3、印刷电路线圈的电感L及电阻R构成串联广义共振储能系统，串联广义共振储能系统的LC电子广义共振频率为FD，气腔气动广义共振频率FQ、PCB机械广义共振频率FP和LC电子广义共振频率FD相互差别不大于5％，如附图1。通过气腔壳体4令气流流过PCB所在的气腔，激励边缘局部固定于气腔外壳的PCB印制电路板发生频率为FP的广义共振，并与固有频率为FQ的气腔共振以增强并维持PCB印制电路板广义共振，广义共振的PCB印制电路板内含的印刷电路线圈切割设在气腔内的、垂直于印刷电路线圈运动方向的磁场之磁力线，产生频率等于FP的电磁感应电流和电磁感应电压UI，印刷电路线圈的两端并联的谐振电容C3与印刷电路线圈的电感L及电阻R构成的广义共振频率为FD的串联广义共振储能系统，对感应电压UI进行广义共振升压为谐振电压UX，谐振电压UX输出至整流储能的负载电路。具体为：将构成气腔1和安装PCB印制电路板2的气腔壳体4固定安装在交通运载装备的外部，气腔壳体4的前方进气口朝向行驶方向，气腔壳体垂直于行驶方向的后方侧面开有出气口，空气从进气口进入气腔经过PCB印制电路板的非固定部分，驱动PCB印制电路板变形以增大流动空间，并从出气口喷出。在PCB印制电路板未变形时，气腔的压力上升，PCB印制电路板被腔压驱动弯曲变形，气体的动能转化为PCB印制电路板变形后的弹性势能，而腔内的空气趁机从PCB印制电路板向出气口增大的气隙冲出，腔内气压相应降低，PCB印制电路板反弹回到原位；如此周而复始地重复，使PCB在气腔内发生反复的弯曲振动；相应地调节、改变气腔，使上述气动过程中的PCB印制电路板弯曲振动的频率FP等于气腔固有频率FQ，迫使PCB印制电路板发生最强的、频率为FP的共振振动。在气腔的PCB印制电路板的外侧设置由永久磁铁5和极靴6构建的相对于PCB印制电路板周边(图示为两个长边即，敏感边)的对称磁场，该磁场的磁力线平行于PCB印制电路板平面而又垂直于PCB印制电路板中的印刷电路线圈(图示为对应两个长边之长线即，敏感线)，迫使在磁场中振动的PCB印制电路板之印刷电路线圈相应地切割磁力线，按照法拉第电磁感应定律，从印刷电路线圈的两个输出接线端7和8输出电磁感应电压UI和电磁感应电流II。如附图2所示。图2中，XY表示线圈电流向右，XZ表示线圈电流向右；LZ表示PCB向里振动。印刷电路线圈输出的电磁感应电压频率，等于PCB的振动频率FP。经典的能量收集技术，是将印刷电路线圈的两个输出接线端7、8本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种机械‑气腔‑电子联合广义共振式气动发电装置，其特征在于：由气腔壳体(4)、气腔(1)，PCB印制电路板(2)、谐振电容(C3)、永久磁铁(5)、极靴(6)构成，所述气腔(1)位于气腔壳体(4)内，气腔(1)沿着气体流动方向设置在流场中，其气动广义共振频率为FQ；所述PCB印制电路板(2)边缘局部固定在气腔壳体(4)上，位于气流必经之路，并含有电感量为L及电阻为R的印刷电路线圈，PCB印制电路板(2)的机械广义共振频率为FP；所述PCB印制电路板(2)上的印刷电路线圈具有两个输出接线端(7和8)；所述谐振电容(C3)的两端分别与印刷电路线圈的两个输出接线端(7和8)连接；所述永久磁铁(5)、极靴(6)构成磁场设在气腔(1)内，该磁场的磁力线平行于PCB印制电路板(2)及垂直于其印刷电路线圈运动方向；从印刷电路线圈的两个输出接线端(7和8)输出交流电流、电压；谐振电容C3、印刷电路线圈的电感L及电阻R构成串联广义共振储能系统，串联广义共振储能系统的LC电子广义共振频率为FD，气腔气动广义共振频率FQ、PCB机械广义共振频率FP和LC电子广义共振频率FD相互差别不大于5％。

【技术特征摘要】
1.一种机械-气腔-电子联合广义共振式气动发电装置，其特征在于：由气腔壳体(4)、气腔(1)，PCB印制电路板(2)、谐振电容(C3)、永久磁铁(5)、极靴(6)构成，所述气腔(1)位于气腔壳体(4)内，气腔(1)沿着气体流动方向设置在流场中，其气动广义共振频率为FQ；所述PCB印制电路板(2)边缘局部固定在气腔壳体(4)上，位于气流必经之路，并含有电感量为L及电阻为R的印刷电路线圈，PCB印制电路板(2)的机械广义共振频率为FP；所述PCB印制电路板(2)上的印刷电路线圈具有两个输出接线端(7和8)；所述谐振电容(C3)的两端分别与印刷电路线圈的两个输出接线端(7和8)连接；所述永久磁铁(5)、极靴(6)构成磁场设在气腔(1)内，该磁场的磁力线平行于PCB印制电路板(2)及垂直于其印刷电路线圈运动方向；从印刷电路线圈的两个输出接线端(7和8)输出交流电流、电压；谐振电容C3、印刷电路线圈的电感L及电阻R构成串联广义共振储能系统，串联广义共振储能系统的LC电子广义共振频率为FD，气腔气动广义共振频率FQ、PCB机械广义共振频率FP和LC电子广义共振频率FD相互差别不大于5％。2.根据权利要求1所述的一种气腔-机械-电子联合广义共振气动发电装置，其特征在于：通过气腔壳体(4)令气流流过PCB所在的气腔，激励边缘局部固定于气腔壳体(4)的PCB印制电路板(2)发生频率为FP的广义共振，并与固有频率为FQ的气腔(1)共振以增强并维持PCB印制电路板(2)广义共振，广义共振的PCB印制电路板(2)内含的印刷电路线圈切割设在气腔内的、垂直于印刷电路线圈运动方向的磁场之磁力线，产生频率等于FP的电磁感应电流和感应电压，串联广义共振储能系统将感应电压UI进行广义共振升压为谐振电压UX，输出至整流、储能的负载电路。3.根据权利要求1所述的一种气腔-机械-电子联合广义共振气动发电装置，其特征还在于：将构成气腔(1)和安装PCB印制电路板(2)的气腔壳体(4)固定安装在交通运载装备的外部，气腔壳体(4)的前方进气口朝向行驶方向，气腔壳体(4)的垂直于行驶方向的后方侧面开有出气口，空气从进气口进入气腔经过PCB印制电路板(2)的非固定部分，驱动PCB印制电路板(2)变形以增大流动空间，并从出气口喷出；在PCB印制电路板(2)未变形时，气腔的压力上升，PCB印制电路板(2)被腔压驱动弯曲变形，气体的动能转化为PCB印制电路板(2)变形后的弹性势能，而腔内的空...

【专利技术属性】
技术研发人员：唐德尧，李合林，杨荣华，
申请(专利权)人：唐智科技湖南发展有限公司，
类型：发明
国别省市：湖南,43