[发明专利]一种机械-气腔-电子联合广义共振式气动发电装置

说明书

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。

技术领域

本发明属于物理电源领域，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。

背景技术

流动的气体，即风，因为具有质量m和速度V，因而具有动能E_K＝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。本发明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。例如发明专利“一种气流谐振发电装置”(CN 104901584 A),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E_K＝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。