本實用新型屬于新能源和發(fā)電技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種用于風(fēng)電齒輪箱監(jiān)測系統(tǒng)供電的圓形壓電振子發(fā)電機(jī)。

背景技術(shù)：

齒輪箱是風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的關(guān)鍵部件，其功能是傳輸動力。風(fēng)力發(fā)電機(jī)正常運(yùn)轉(zhuǎn)時，風(fēng)輪的轉(zhuǎn)速較低、致使發(fā)電機(jī)效率較低，故需通過齒輪箱增速以提高發(fā)電能力及效率。由于風(fēng)電齒輪箱工作在變速變載荷環(huán)境下，故易發(fā)生故障；此外，風(fēng)電齒輪箱出現(xiàn)故障時維修困難、且成本高，風(fēng)電齒輪箱運(yùn)行及維護(hù)成本可高達(dá)總體運(yùn)行成本的30％。因此，人們提出了多種形式的齒輪箱狀態(tài)實時監(jiān)測系統(tǒng)與方法，以期實時獲得齒輪箱的各相關(guān)參數(shù)、及時發(fā)現(xiàn)并解決問題，從而降低設(shè)備損壞程度及維修成本。目前，風(fēng)電齒輪箱監(jiān)測的要素包括齒輪、軸承及輪軸等運(yùn)動部件的載荷、振動及溫度等諸多方面。

對于齒輪及軸的監(jiān)測而言，理想的方法是將各類傳感監(jiān)測系統(tǒng)安裝在齒輪或軸上或靠近齒輪或軸安裝，從而實現(xiàn)其運(yùn)行狀態(tài)的直接在線監(jiān)測；但這種監(jiān)測方案因無法為傳感監(jiān)測系統(tǒng)的提供可靠、充足的電力供應(yīng)而難于推廣應(yīng)用，原因在于：①齒輪和軸處于旋轉(zhuǎn)運(yùn)動狀態(tài)，無法通過電纜供電；②如采用電池供電，因電池使用壽命有限而需經(jīng)常更換，當(dāng)電池電量不足而未及時更換時將無法實現(xiàn)有效的監(jiān)測；③遠(yuǎn)離軸承座的懸臂軸及其端部齒輪以及多個齒輪共軸時，都無法通過旋轉(zhuǎn)齒輪或軸與固定支撐間相對運(yùn)動構(gòu)造微小型發(fā)電機(jī)。限于風(fēng)電齒輪箱齒輪及軸的監(jiān)測系統(tǒng)能源供應(yīng)問題，目前實際中還無法實現(xiàn)真正意義上的實時在線監(jiān)測。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

針對風(fēng)電齒輪箱監(jiān)測系統(tǒng)供電方面所存在的問題，本實用新型提出一種用于風(fēng)電齒輪箱監(jiān)測系統(tǒng)供電的圓形壓電振子發(fā)電機(jī)。本實用新型采用的實施方案是：齒輪軸置于盤體中心孔內(nèi)，盤體一側(cè)設(shè)有盤體沉腔及盤體導(dǎo)孔、另一側(cè)設(shè)有環(huán)形滑道；滑道端部經(jīng)螺釘安裝有側(cè)板，側(cè)板經(jīng)螺釘與齒輪軸相連；側(cè)板上設(shè)有側(cè)板沉腔和側(cè)板導(dǎo)孔；盤體導(dǎo)孔和側(cè)板導(dǎo)孔均為盲孔；盤體沉腔和側(cè)板沉腔內(nèi)都通過螺釘和端蓋安裝有壓電振子，壓電振子由金屬基板和壓電晶片粘接而成，壓電晶片靠近滑道安裝；壓電振子的中心處安裝有受激磁鐵，受激磁鐵置于盤體導(dǎo)孔內(nèi)或側(cè)板導(dǎo)孔內(nèi)；激勵器置于填充有潤滑油的滑道內(nèi)，激勵器的內(nèi)外緣上均鑲嵌有滾珠，激勵器通過滾珠與滑道的內(nèi)外緣滾動接觸；激勵器兩側(cè)均鑲嵌有激勵磁鐵；當(dāng)激勵器一側(cè)壓電振子的數(shù)量和激勵磁鐵數(shù)量都大于1時，兩相鄰激勵磁鐵的圓心與激勵器回轉(zhuǎn)中心連線間夾角和兩相鄰壓電振子的中心與盤體中心連線間的夾角之間不能互為整數(shù)倍，從而減小激勵器所受的轉(zhuǎn)動力矩。

本實用新型中，為提高壓電振子發(fā)電能力，金屬基板為0.2mm厚的鈹青銅、壓電晶片為0.3mm厚的PZT4；壓電振子一次彎曲變形生成的電壓V_g和電能E_g分別為和式中F為激勵磁鐵與受激磁鐵之間的最大軸向作用力，R_m為金屬基板的有效半徑，R_p為壓電晶片半徑；R_m給定時，合理的R_p由求得。

工作過程中，齒輪軸帶動盤體、側(cè)板、壓電振子及受激磁鐵轉(zhuǎn)動；在盤體轉(zhuǎn)動過程中，激勵器及所鑲嵌的滾珠在其慣性力的作用下處于滑道底部，從而使激勵磁鐵和受激磁鐵間產(chǎn)生相對運(yùn)動。當(dāng)壓電振子及受激磁鐵轉(zhuǎn)至與激勵磁鐵接近時，受激磁鐵與激勵磁鐵間的軸向作用力逐漸增加，壓電振子產(chǎn)生軸向彎曲變形；當(dāng)受激磁鐵與激勵磁鐵的中心重疊時，壓電振子的變形量達(dá)到最大；當(dāng)受激磁鐵與激勵磁鐵的重疊面積逐漸減小時，壓電振子變形量逐漸減小并最終恢復(fù)到自然狀態(tài)；上述受激磁鐵與激勵磁鐵相互靠近后又逐漸遠(yuǎn)離的過程中，壓電振子完成了一次發(fā)電過程。

優(yōu)勢與特色：1)利用慣性力實現(xiàn)盤體與激勵器間的相對運(yùn)動并激勵壓電振子軸向彎曲，無需外界固定支撐、結(jié)構(gòu)簡單且激勵器所受轉(zhuǎn)動力矩?。?)壓電振子的結(jié)構(gòu)參數(shù)合理，發(fā)電量大、有效頻帶寬；3)工作中壓電晶片承受壓應(yīng)力激勵、可靠性高；4)可作為標(biāo)準(zhǔn)部件用于懸臂軸齒輪及多齒輪共軸的場合，實現(xiàn)真正意義的齒輪在線監(jiān)測。

附圖說明

圖1是本實用新型一個較佳實施例中發(fā)電機(jī)的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是圖1的A-A剖視圖；

圖3是本實用新型一個較佳實施例中激勵器的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4是本實用新型一個較佳實施例中盤體與側(cè)板裝配后的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖5是本實用新型一個較佳實施例中壓電振子發(fā)電量與結(jié)構(gòu)參數(shù)的關(guān)系圖；

圖6是本實用新型一個較佳實施例中壓電振子發(fā)電量與壓電晶片半徑的關(guān)系曲線。

具體實施方式

齒輪a的懸臂軸b置于盤體c的中心孔c4內(nèi)，盤體c的一側(cè)設(shè)有盤體沉腔c1及盤體導(dǎo)孔c2、另一側(cè)設(shè)有環(huán)形滑道c3；滑道c3的端部經(jīng)螺釘安裝有側(cè)板h，側(cè)板h經(jīng)螺釘與懸臂軸b相連；側(cè)板h上設(shè)有側(cè)板沉腔h1和側(cè)板導(dǎo)孔h2；盤體導(dǎo)孔c2和側(cè)板導(dǎo)孔h2均為盲孔；盤體沉腔c1和側(cè)板沉腔h1內(nèi)都通過螺釘和端蓋e安裝有壓電振子d，壓電振子d由金屬基板d1和壓電晶片d2粘接而成，壓電晶片d2靠近滑道c3安裝；壓電振子d的中心處安裝有受激磁鐵g，受激磁鐵g置于盤體導(dǎo)孔c2內(nèi)或側(cè)板導(dǎo)孔h2內(nèi)；激勵器i置于填充有潤滑油的滑道c3內(nèi)，激勵器i的內(nèi)緣i1及外緣i2上均鑲嵌有滾珠k，激勵器i通過滾珠k與滑道c3的內(nèi)緣及外緣滾動接觸；激勵器i的兩側(cè)均鑲嵌有激勵磁鐵f；當(dāng)激勵器i的一側(cè)壓電振子d的數(shù)量和激勵磁鐵f的數(shù)量都大于1時，兩個相鄰激勵磁鐵f的圓心與激勵器i回轉(zhuǎn)中心連線間夾角Q2和兩個相鄰壓電振子d的中心與盤體c的中心連線間的夾角Q1之間不能互為整數(shù)倍，從而減小激勵器i所受的轉(zhuǎn)動力矩。

本實用新型中，為提高壓電振子d的發(fā)電能力，金屬基板d1為0.2mm厚度的鈹青銅、壓電晶片d2為厚度0.3mm的PZT4；壓電振子d一次彎曲變形生成的電壓V_g和電能E_g分別為和式中F為受激磁鐵g與激勵磁鐵f之間的最大軸向作用力，R_m為金屬基板d1的有效半徑，R_p為壓電晶片d2的半徑；R_m給定時，合理的R_p由求得。

工作過程中，齒輪a的懸臂軸b帶動盤體c、側(cè)板h、壓電振子d及受激磁鐵g轉(zhuǎn)動；在盤體c轉(zhuǎn)動過程中，激勵器i及所鑲嵌的滾珠k在其慣性力的作用下處于滑道c3的底部，從而使激勵磁鐵f和受激磁鐵g之間產(chǎn)生相對運(yùn)動。當(dāng)壓電振子d及受激磁鐵g轉(zhuǎn)至與激勵磁鐵f接近時，受激磁鐵g與激勵磁鐵f間的軸向作用力逐漸增加，壓電振子d產(chǎn)生軸向彎曲變形；當(dāng)受激磁鐵g與激勵磁鐵f的中心重疊時，壓電振子d的變形量達(dá)到最大：當(dāng)受激磁鐵g與激勵磁鐵f的重疊面積逐漸減小時，壓電振子d的變形量逐漸減小并最終恢復(fù)到自然狀態(tài)；上述受激磁鐵g與激勵磁鐵f相互靠近后又逐漸遠(yuǎn)離的過程中，壓電振子d完成了一次發(fā)電過程。

顯然，本實用新型利用激勵器i的慣性力實現(xiàn)與盤體c間的相對運(yùn)動、并激勵壓電振子d軸向彎曲，無需外界固定支撐、結(jié)構(gòu)簡單且激勵器所受轉(zhuǎn)動力矩??；壓電振子d的結(jié)構(gòu)參數(shù)合理，發(fā)電量大、有效頻帶寬；工作中壓電晶片d2承受壓應(yīng)力激勵、可靠性高；可用于懸臂軸齒輪及多齒輪共軸的場合，實現(xiàn)真正意義的齒輪及軸系的在線監(jiān)測。