[實(shí)用新型]基于懸臂梁壓電振子軸向彎曲振動(dòng)的軸式發(fā)電機(jī)

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201220443414.8
• 申請(qǐng)日: 2012-09-01
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN202721629U
• 公開(kāi)（公告）日: 2013-02-06
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 闞君武;王淑云;凌榮華;程光明;馬繼杰;陳宇航
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 浙江師范大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): H02N2/18
• 分類(lèi)號(hào): H02N2/18
• 代理公司: 吉林長(zhǎng)春新紀(jì)元專(zhuān)利代理有限責(zé)任公司 22100
• 代理人: 魏征驥

技術(shù)領(lǐng)域

本實(shí)用新型屬于壓電發(fā)電及自供電應(yīng)用技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于懸臂梁壓電振子軸向彎曲振動(dòng)的軸式發(fā)電機(jī)。?

背景技術(shù)

利用薄片型壓電振子構(gòu)造微小型壓電發(fā)電機(jī)的研究已經(jīng)成為國(guó)內(nèi)外持續(xù)多年的熱點(diǎn)。針對(duì)發(fā)電機(jī)原動(dòng)力來(lái)源及應(yīng)用目的的不同，目前國(guó)內(nèi)外均已提出了多種結(jié)構(gòu)形式的懸臂梁式壓電發(fā)電機(jī)，主要包括振動(dòng)式和旋轉(zhuǎn)式兩大類(lèi)型。其中，旋轉(zhuǎn)式壓電發(fā)電機(jī)最初是為解決直升機(jī)螺旋槳、汽車(chē)輪胎壓力、航空發(fā)動(dòng)機(jī)、高速列車(chē)、油氣鉆主軸等旋轉(zhuǎn)體的自供電傳感監(jiān)測(cè)而提出的；此外，微型風(fēng)力發(fā)電機(jī)的需求也是催生旋轉(zhuǎn)式壓電發(fā)電機(jī)的關(guān)鍵要素。就發(fā)電、供電能力而言，旋轉(zhuǎn)式電磁發(fā)電機(jī)已很成熟、且已被廣泛應(yīng)用，但因其需要?jiǎng)幼优c定子作相對(duì)運(yùn)動(dòng)、且動(dòng)、定子尺寸相當(dāng)，故結(jié)構(gòu)復(fù)雜、體積大，無(wú)法或不便用于某些需要將發(fā)電機(jī)與旋轉(zhuǎn)體相集成的微小及遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)，尤其不適于汽車(chē)輪胎壓力監(jiān)測(cè)系統(tǒng)等無(wú)相對(duì)運(yùn)動(dòng)的場(chǎng)合。與之相比，薄片型壓電振子因結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、體積小、且可與旋轉(zhuǎn)體集成，故被認(rèn)為是構(gòu)造微小型旋轉(zhuǎn)發(fā)電機(jī)的有效方法。?

根據(jù)激勵(lì)方式的不同，現(xiàn)有旋轉(zhuǎn)式壓電發(fā)電機(jī)可分為3大類(lèi)：①?慣性激勵(lì)式，利用壓電振子隨軸轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)程中受力方向的變化使其沿旋轉(zhuǎn)方向彎曲變形，該方法結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，但僅適于低速，高速、尤其是勻高速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)因離心力過(guò)大而無(wú)法產(chǎn)生交替的雙向變形、且轉(zhuǎn)動(dòng)狀態(tài)驟變將使壓電振子因受力/變形過(guò)大而損毀；②撥動(dòng)式，利用帶有撥齒的旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)撥動(dòng)固定的壓電振子、或利用固定的撥齒撥動(dòng)旋轉(zhuǎn)的壓電振子使其沿旋轉(zhuǎn)方向的變形，該方法需二者作相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)，不適于汽車(chē)輪胎、獨(dú)立的懸臂主軸等無(wú)固定支撐的場(chǎng)合、且高速時(shí)沖擊/噪音較大；③?撞擊式，利用旋轉(zhuǎn)墜落的鋼球撞擊壓電振子，該方法也僅適用于轉(zhuǎn)速較低的場(chǎng)合，且存在較大的接觸沖擊與噪音、還可使壓電振子因接觸沖擊而損毀。?

上述已有的3類(lèi)旋轉(zhuǎn)式壓電發(fā)電機(jī)的共同特點(diǎn)是壓電振子均沿旋轉(zhuǎn)體的旋轉(zhuǎn)方向變形，其變形量和發(fā)電量完全取決于旋轉(zhuǎn)體的轉(zhuǎn)速及轉(zhuǎn)動(dòng)狀態(tài)，由此所帶來(lái)的弊端在于：①壓電振子變形量不可控，過(guò)大的變形會(huì)導(dǎo)致壓電振子碎裂，故可靠性低；②在高速、勻速、尤其是勻-高速時(shí)，壓電振子不會(huì)被有效激勵(lì)，環(huán)境適應(yīng)能力及頻帶寬?度有限。可見(jiàn)，現(xiàn)有旋轉(zhuǎn)式壓電發(fā)電機(jī)并不適于直升機(jī)螺旋槳、汽車(chē)輪胎、航空發(fā)動(dòng)機(jī)、高速列車(chē)、油氣鉆主軸等高轉(zhuǎn)速或使用空間、結(jié)構(gòu)受限的場(chǎng)合。因此，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、可靠性高、頻帶寬、無(wú)沖擊、噪音、且適用于勻速、高速、尤其是勻高速轉(zhuǎn)動(dòng)的新型旋轉(zhuǎn)式壓電發(fā)電機(jī)依然是很多領(lǐng)域所急需的。?

發(fā)明內(nèi)容

本實(shí)用新型提供一種基于懸臂梁壓電振子軸向彎曲振動(dòng)的軸式發(fā)電機(jī)，針對(duì)各類(lèi)旋轉(zhuǎn)構(gòu)件健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)自供電的需求現(xiàn)狀、以解決現(xiàn)有旋轉(zhuǎn)壓電發(fā)電機(jī)在可靠性及轉(zhuǎn)速適應(yīng)能力等方面所存在的問(wèn)題。?

本實(shí)用新型采取的技術(shù)方案是：機(jī)架的側(cè)壁上鑲嵌有軸承和第一定磁鐵，機(jī)架的箱體端部通過(guò)螺釘安裝有磁鐵架，所述磁鐵架上鑲嵌有第二定磁鐵；旋轉(zhuǎn)軸的一端通過(guò)軸承安裝在所述機(jī)架上，所述旋轉(zhuǎn)軸的軸肩上通過(guò)螺釘安裝有懸臂梁壓電振子、擋圈和監(jiān)測(cè)系統(tǒng)；所述壓電振子和監(jiān)測(cè)系統(tǒng)通過(guò)導(dǎo)線(xiàn)組連接；所述懸臂梁壓電振子由金屬基板和壓電晶片粘接而成；第一動(dòng)磁鐵和第二動(dòng)磁鐵通過(guò)螺釘固定在所述懸臂梁壓電振子自由端的兩側(cè)；所述第一動(dòng)磁鐵、第二動(dòng)磁鐵的異性磁極相對(duì)安裝，所述第一動(dòng)磁鐵與位于機(jī)架側(cè)壁上的第一定磁鐵的同性磁極相對(duì)安裝，所述第二動(dòng)磁鐵與位于磁鐵架上的第二定磁鐵的同性磁極相對(duì)安裝；所述第一定磁鐵、第二定磁鐵的數(shù)量相等，所述第一定磁鐵和第二定磁鐵與所述第一動(dòng)磁鐵和第二動(dòng)磁鐵的幾何中心至旋轉(zhuǎn)軸中心的距離相等；所述第一定磁鐵、第二定磁鐵幾何中心與旋轉(zhuǎn)軸中心的連線(xiàn)之間的夾角為Q=360o/n,其中n=2-20為所述各定磁鐵的數(shù)量之和。?

在本實(shí)用新型中，位于機(jī)架側(cè)壁上的第一動(dòng)磁鐵和位于磁鐵架上的第二動(dòng)磁鐵作用是對(duì)隨旋轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動(dòng)的第一、第二動(dòng)磁鐵產(chǎn)生交替的推力，從而是懸臂梁壓電振子產(chǎn)生沿旋轉(zhuǎn)軸軸向的彎曲振動(dòng)、并將機(jī)械能轉(zhuǎn)換成電能；懸臂梁壓電振子固定旋轉(zhuǎn)軸上且隨其轉(zhuǎn)動(dòng)，便于將其生成的電能提供給隨旋轉(zhuǎn)軸一同旋轉(zhuǎn)的傳感監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。?