[发明专利]一种对称凹腔射流振荡风力发电机

说明书

本发明公开了一种基于对称凹腔射流振荡风力发电机。该发电机包括收缩喷管、盖板、压电梁、导线、对称凹腔和扩张出口，其中压电梁包括铍青铜弹性基梁和PZT压电薄膜；对称凹腔的一端设置收缩喷管，另一端设置扩张出口，在对称凹腔的下端设置压电梁，使用盖板将压电梁固定到对称凹腔下端；压电梁一端设置有导线；当射流从收缩喷管流入对称凹腔时，压电梁中的铍青铜弹性基梁发生大幅度振荡，压电梁在对称凹腔下壁面的压力作用下发生高频振动进行发电。本发明结构简单可靠，增大了工作谐振频率，提高了发电机的输出功率。

技术领域

本发明涉及微能源和压电发电技术领域，特别是一种对称凹腔射流振荡风力发电机。

背景技术

目前，微能源的研究主要针对环境中的热能、动能、太阳能等方面的收集与转换。振动作为人类日常生活中的常见现象，由于其具有比较高的能量密度，其潜在的能量价值已吸引越来越多的研究工作者的关注。其中，振动式风力发电机通过流体诱发振动机理，将风能转换为振动机械能，再利用压电、静电或磁电换能器转化为电能。振动式风力发电装置以其结构简单、不发热、无电磁干扰等优点，在微小型化方面具有明显优势。其在无人机、无线传感器网络等新兴领域，以及便携式器件、弹丸引信、汽车等传统领域都具有广阔的应用前景。

基于此，目前出现了多种流体诱发振动的机理，如卡门涡街诱发振动、声学共振、颤振、驰振等，但是这些振动发电装置都存在工作谐振频率低、能量密度小的缺点。

发明内容

本发明的目的在于提供一种工作谐振频率高、能量密度大、结构简单可靠的对称凹腔射流振荡风力发电机。

实现本发明目的的技术解决方案为：一种对称凹腔射流振荡风力发电机，包括收缩喷管、盖板、压电梁、导线、对称凹腔和扩张出口，其中；

所述对称凹腔的一端设置收缩喷管，另一端设置扩张出口，在对称凹腔的下端设置压电梁，使用盖板将压电梁固定到对称凹腔下壁面；压电梁的一端设置有导线；

当射流从收缩喷管流入对称凹腔时，压电梁发生振荡，压电梁在对称凹腔下壁面的压力作用下发生高频振动进行发电。

进一步地，所述压电梁包括铍青铜弹性基梁及其上表面设置的PZT压电薄膜。

进一步地，所述扩张出口的最小截面高度大于收缩喷管的喉道高度。

进一步地，所述压电梁通过电学串联或者电学并联后，通过导线与后续充电控制电路连接。

进一步地，所述扩张出口最小截面高度为收缩喷管喉道高度的4倍以上。

本发明与现有技术相比，其显著优点为：(1)采用扩张出口的最小截面高度远大于喷管喉道高度的设计，增强了振荡射流的混合特性；(2)采用对称凹腔的结构设计作为凹腔共振振荡器，增大了工作谐振频率，提高了发电机的输出功率；(3)采用铍青铜弹性基梁和PZT压电薄膜组成的压电梁，更好的实现了弹性弯曲变形；(4)压电梁可通过电学串联或者电学并联后，根据具体实际需要与后续充电控制电路连接使用。

附图说明

图1是本发明对称凹腔射流振荡风力发电机的结构示意图。

图2是本发明中压电梁的结构示意图。

其中：1、收缩喷管；2、盖板；3、压电梁；31、铍青铜弹性基片；32、PZT压电薄膜；4、导线；5、对称凹腔；6、扩张出口。

具体实施方式

本发明对称凹腔射流振荡风力发电机，其特征在于，包括收缩喷管1、盖板2、压电梁3、导线4、对称凹腔5和扩张出口6，其中；

所述对称凹腔5的一端设置收缩喷管1，另一端设置扩张出口6，在对称凹腔5的下端设置压电梁3，使用盖板2将压电梁3固定到对称凹腔5下壁面；压电梁3的一端设置有导线4；