專利名稱：一種基于夾持限位的輪式壓電梁發(fā)電機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于新能源和發(fā)電技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于夾持限位的輪式壓電梁發(fā)電機(jī)，用于風(fēng)力發(fā)電機(jī)葉片監(jiān)測系統(tǒng)供電。
背景技術(shù)：
葉片是風(fēng)力發(fā)電機(jī)接收風(fēng)能并將其轉(zhuǎn)換成動(dòng)能的關(guān)鍵部件，決定了發(fā)電機(jī)總體的可靠性及使用壽命。風(fēng)力發(fā)電機(jī)葉片通常工作在較惡劣的環(huán)境下，且自身結(jié)構(gòu)尺度、重量及工作載荷等都很大，除了因受雷擊和地震等不可抗拒自然災(zāi)害損毀外，自然腐蝕、磨損及疲勞應(yīng)力等造成的葉片損傷也不可避免。生產(chǎn)實(shí)踐表明，風(fēng)力發(fā)電機(jī)運(yùn)行過程中所發(fā)生事故的三分之一是因葉片損傷所引起的，故風(fēng)機(jī)葉片的健康監(jiān)測勢在必行。隨著風(fēng)機(jī)葉片長度以及風(fēng)機(jī)總體數(shù)量的日益增加，以往依靠人工定期檢查并加以維護(hù)的方法已無法滿足生產(chǎn)需求。因此，人們提出了多種形式的風(fēng)力發(fā)電機(jī)葉片健康狀態(tài)監(jiān)測方法或技術(shù)，如中國專利201210442074.1,200810057405.3,201110397347.0,201210149265.9 等，為葉片裂紋、磨損及變形等狀態(tài)的實(shí)時(shí)監(jiān)測提供了有效的手段。但現(xiàn)有自動(dòng)傳感監(jiān)測系統(tǒng)的供電問題目前尚未得到很好的解決，故難于大范圍地推廣應(yīng)用，原因在于:傳感監(jiān)測系統(tǒng)需要安裝在葉片上并隨葉片轉(zhuǎn)動(dòng)，無法通過導(dǎo)線提供電能，而采用電池供電時(shí)需經(jīng)常停機(jī)更換電池。因此，需開發(fā)一種微小型發(fā)電裝置以滿足監(jiān)測系統(tǒng)的自供電需求。近年來，為滿足各類無線傳感監(jiān)測系統(tǒng)的自供電需求，人們提出了多種微小型振動(dòng)式壓電發(fā)電機(jī)，因其以薄片型壓電振子為換能元件，故結(jié)構(gòu)簡單、體積小、集成化高，尤其適于無線傳感監(jiān)測系統(tǒng)自供電，某些類型振動(dòng)式壓電發(fā)電機(jī)已獲得成功應(yīng)用。為滿足旋轉(zhuǎn)體健康監(jiān)測系統(tǒng)的供電需求，發(fā)明人還曾提出了多種基于磁力耦合激勵(lì)旋轉(zhuǎn)式壓電發(fā)電機(jī)，如中國專利 201210319215.0,201210320165.8,201210318782.4,201210318930.2 等。上述各種旋轉(zhuǎn)式發(fā)電機(jī)的特點(diǎn)是必須通過軸承座或軸承蓋等“固定件”與軸類“旋轉(zhuǎn)體”間的相對轉(zhuǎn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)壓電振子的有效激勵(lì)，故無法用于“無固定支撐”的旋轉(zhuǎn)體發(fā)電需求，如旋轉(zhuǎn)風(fēng)力發(fā)電機(jī)的葉片及汽車 輪胎等。此外，現(xiàn)有旋轉(zhuǎn)壓電發(fā)電機(jī)采用的是等寬度壓電振子、且其固定端直徑小于安裝有磁鐵的自由端的直徑、弊端在于:壓電振子彎曲變形時(shí)根部應(yīng)力大，易造成壓電振子損毀；發(fā)電機(jī)半徑方向尺度一定時(shí)，壓電振子的面積小、總體發(fā)電能力弱；高轉(zhuǎn)速時(shí)磁鐵離心力會(huì)使壓電振子的軸向振動(dòng)位移減小、甚至無振動(dòng)，故發(fā)電效率低；最關(guān)鍵的是，工作中壓電振子承受脈沖激勵(lì)，故存在多個(gè)明顯的振動(dòng)峰值、壓電振子工作中應(yīng)力變化大、可靠性低、有效速帶窄。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一種基于夾持限位的輪式壓電梁發(fā)電機(jī)，以解決現(xiàn)有旋轉(zhuǎn)式壓電發(fā)電機(jī)需要外界固定支撐而無法應(yīng)用的問題，以滿足風(fēng)力發(fā)電機(jī)葉片監(jiān)測系統(tǒng)的供電需求。本發(fā)明采用的技術(shù)方案是:左端蓋和右端蓋分別通過螺釘安裝在殼體的筒壁兩端，所述左、右端蓋底部內(nèi)側(cè)分別鑲嵌有限位環(huán)一和軸承；所述殼體上設(shè)有兩個(gè)環(huán)形盤，在所述兩個(gè)環(huán)形盤上通過螺釘分別安裝有限位環(huán)二 ；在左端蓋和殼體的筒壁之間、以及右端蓋和殼體的筒壁之間分別壓接有金屬基板，所述金屬基板與其兩側(cè)粘接的壓電晶片共同構(gòu)成壓電振子，所述壓電振子的另一端夾持在限位環(huán)一和限位環(huán)二的尖點(diǎn)之間，所示壓電振子的自由端通過螺釘安裝有動(dòng)磁鐵；凸輪式激勵(lì)盤的轉(zhuǎn)軸兩端分別通過軸承安裝在左端蓋及右端蓋上，激勵(lì)盤的盤體上鑲嵌有定磁鐵；所述動(dòng)磁鐵與定磁鐵的半徑相同、且所述各磁鐵中心距激勵(lì)盤的轉(zhuǎn)軸的回轉(zhuǎn)中心的距離相等；位于激勵(lì)盤盤體上的兩個(gè)圓周方向相鄰的定磁鐵的磁極方向相反，置于激勵(lì)盤盤體左右兩側(cè)壓電振子端部的動(dòng)磁鐵的異性磁極靠近安裝、且置于激勵(lì)盤盤體同一側(cè)的動(dòng)磁鐵的磁極配置方向相同。為確保發(fā)電機(jī)工作時(shí)盤體質(zhì)心始終處于轉(zhuǎn)軸中心下方，盤體重力應(yīng)滿足: -R co^)0-0i2)'其中為安裝在盤體一側(cè)壓電振子上的動(dòng)磁鐵數(shù)量與安裝在盤體
上的定磁鐵數(shù)量的最大公約數(shù)，Q〈150°為扇形環(huán)盤體的中心角，F(xiàn)y為動(dòng)磁鐵和定磁鐵之間產(chǎn)生沿圓周方向的最大排斥力，R為動(dòng)磁鐵及定磁鐵的中心到轉(zhuǎn)軸中心的距離，Re為盤體質(zhì)心到轉(zhuǎn)軸中心的距離。為確保壓電振子工作中不因所受應(yīng)力過大而損毀、且使壓電振子承受交替變
3 Li Tti in fi
化的吸引力和排斥力，發(fā)電機(jī)的各參數(shù)間應(yīng)滿足如下關(guān)系，
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Qt^arcsin(IVR),其中，^為真空磁導(dǎo)率，I為動(dòng)磁鐵與定磁鐵相鄰磁極間的軸向距離，L為兩個(gè)動(dòng)磁鐵相鄰磁極之間的軸向距離，H^m2分別為動(dòng)磁鐵及定磁鐵的磁矩，A為與壓電振子的結(jié)構(gòu)及材料參數(shù)有關(guān)的系數(shù)，O *為壓電晶片材料的許用拉應(yīng)力，Qtl為激勵(lì)盤盤體上兩相鄰定磁鐵中心與 激勵(lì)盤轉(zhuǎn)軸中心連線間的夾角。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)新穎，①利用凸輪式激勵(lì)盤重心偏移的特性使激勵(lì)盤相對其轉(zhuǎn)軸中心保持靜止，從而使安裝在激勵(lì)盤上的定磁鐵與隨壓電振子旋轉(zhuǎn)的動(dòng)磁鐵之間產(chǎn)生相對轉(zhuǎn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)壓電振子的有效激勵(lì)并發(fā)電，無需外界固定支撐；②該發(fā)電機(jī)為獨(dú)立的部件，使用過程中無需改變?nèi)~片原始結(jié)構(gòu)，且便于安裝與維護(hù)壓電振子因受限位環(huán)制約，故發(fā)電機(jī)的可靠性高、有效速帶寬、軸向尺寸??；④壓電振子軸向?qū)ΨQ配置，其振動(dòng)力相互抵消，不會(huì)傳遞給風(fēng)力發(fā)電機(jī)葉片。


圖1是本發(fā)明一個(gè)較佳實(shí)施例中發(fā)電裝置的結(jié)構(gòu)剖面圖；圖2是圖1的A-A視圖；圖3是殼體的結(jié)構(gòu)示意圖；圖4是限位環(huán)二的結(jié)構(gòu)示意圖；圖5是夾持限位發(fā)電機(jī)與懸臂梁發(fā)電機(jī)的輸出電壓-轉(zhuǎn)速特性曲線對比圖。
具體實(shí)施例方式左端蓋I和右端蓋3分別通過螺釘安裝在殼體2的筒壁201的兩端，所述左端蓋I及右端蓋3底部內(nèi)側(cè)分別鑲嵌有限位環(huán)一 5和軸承8 ;所述殼體2上設(shè)有兩個(gè)環(huán)形盤202，在所述兩個(gè)環(huán)形盤202上通過螺釘分別安裝有限位環(huán)二 6 ;在左端蓋I和殼體2的筒壁202之間、以及右端蓋3和殼體2的筒壁202之間分別壓接有金屬基板401，所述金屬基板401與其兩側(cè)粘接的壓電晶片402共同構(gòu)成壓電振子4，所述壓電振子4的另一端夾持在限位環(huán)一 5和限位環(huán)二 6的尖點(diǎn)之間，所示壓電振子4的自由端通過螺釘安裝有動(dòng)磁鐵7 ;凸輪式激勵(lì)盤9的轉(zhuǎn)軸901兩端分別通過軸承8安裝在左端蓋I及右端蓋3上；激勵(lì)盤9的盤體902上鑲嵌有定磁鐵10 ;所述動(dòng)磁鐵7及定磁鐵10的半徑相同、且所述各磁鐵中心距激勵(lì)盤9的轉(zhuǎn)軸901的回轉(zhuǎn)中心的距離相等；位于激勵(lì)盤9的盤體902上的兩個(gè)圓周方向相鄰的定磁鐵10的磁極方向相反，置于盤體902左、右兩側(cè)壓電振子4端部的動(dòng)磁鐵7的異性磁極靠近安裝，且置與盤體902同一側(cè)的動(dòng)磁鐵7的磁極配置方向相同。為確保發(fā)電機(jī)工作時(shí)盤體質(zhì)心始終處于轉(zhuǎn)軸中心下方，盤體重力應(yīng)滿足:
權(quán)利要求
1.一種基于夾持限位的輪式壓電梁發(fā)電機(jī)，其特征在于:左端蓋和右端蓋分別通過螺釘安裝在殼體的筒壁兩端，所述左、右端蓋底部內(nèi)側(cè)分別鑲嵌有限位環(huán)一和軸承；所述殼體上設(shè)有兩個(gè)環(huán)形盤，在所述兩個(gè)環(huán)形盤上通過螺釘分別安裝有限位環(huán)二；在左端蓋和殼體的筒壁之間、以及右端蓋和殼體的筒壁之間分別壓接有金屬基板，所述金屬基板與其兩側(cè)粘接的壓電晶片共同構(gòu)成壓電振子，所述壓電振子的另一端夾持在限位環(huán)一和限位環(huán)二的尖點(diǎn)之間，所示壓電振子的自由端通過螺釘安裝有動(dòng)磁鐵；凸輪式激勵(lì)盤的轉(zhuǎn)軸兩端分別通過軸承安裝在左端蓋及右端蓋上，激勵(lì)盤的盤體上鑲嵌有定磁鐵；所述動(dòng)磁鐵與定磁鐵的半徑相同、且所述各磁鐵中心距激勵(lì)盤的轉(zhuǎn)軸的回轉(zhuǎn)中心的距離相等；位于激勵(lì)盤盤體上的兩個(gè)圓周方向相鄰的定磁鐵的磁極方向相反，置于激勵(lì)盤盤體左右兩側(cè)壓電振子端部的動(dòng)磁鐵的異性磁極靠近安裝、且置于激勵(lì)盤盤體同一側(cè)的動(dòng)磁鐵的磁極配置方向相同。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于夾持限位的輪式壓電梁發(fā)電機(jī)，其特征在于:激勵(lì)盤盤體重力應(yīng)滿足:
全文摘要
本發(fā)明涉一種基于夾持限位的輪式壓電梁發(fā)電機(jī)，屬于新能源和發(fā)電技術(shù)領(lǐng)域。左右端蓋通過螺釘安裝在殼體上，左右端蓋底部鑲嵌有限位環(huán)一和軸承；殼體上設(shè)有安裝有限位環(huán)的環(huán)形盤；左右端蓋和殼體間壓接有壓電振子，壓電振子的另一端夾持在限位環(huán)之間、自由端安裝有動(dòng)磁鐵；激勵(lì)盤轉(zhuǎn)軸通過軸承安裝在左右端蓋上，激勵(lì)盤盤體上鑲嵌有定磁鐵。優(yōu)點(diǎn)是利用激勵(lì)盤重心偏移的特性使其保持相對靜止，從而使安裝在激勵(lì)盤上的定磁鐵與隨壓電振子旋轉(zhuǎn)的動(dòng)磁鐵之間產(chǎn)生相對轉(zhuǎn)動(dòng)并激勵(lì)壓電振子發(fā)電，無需外界固定支撐；使用中無需改變?nèi)~片結(jié)構(gòu)，且便于安裝與維護(hù)；壓電振子因受限位環(huán)制約，可靠性高、有效速帶寬。
文檔編號(hào)H02N2/18GK103248269SQ20131021380
公開日2013年8月14日 申請日期2013年5月31日 優(yōu)先權(quán)日2013年5月31日
發(fā)明者闞君武, 李勝杰, 王淑云, 徐海龍, 曾平 申請人:浙江師范大學(xué)