[發明專利]一種懸錘自激輪式發電機

有效

• 申請號: 201310215432.X
• 申請日: 2013-05-31
• 公開（公告）號: CN103269181A
• 公開（公告）日: 2013-08-28
• 發明（設計）人: 闞君武;劉殿龍;王淑云;徐海龍;曾平
• 申請（專利權）人: 浙江師范大學
• 主分類號: H02N2/18
• 分類號: H02N2/18
• 代理公司: 吉林長春新紀元專利代理有限責任公司 22100
• 代理人: 魏征驥

技術領域

本發明屬于新能源和發電技術領域，具體涉及一種懸錘自激輪式發電機，用于風力發電機葉片監測系統供電。

背景技術

葉片是風力發電機接收風能并將其轉換成動能的關鍵部件，決定了發電機總體的可靠性及使用壽命。風力發電機葉片通常工作在較惡劣的環境下，且自身結構尺度、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害損毀外，自然腐蝕、磨損及疲勞應力等造成的葉片損傷也不可避免。生產實踐表明，風力發電機運行過程中所發生事故的三分之一是因葉片損傷所引起的，故風機葉片的健康監測勢在必行。隨著風機葉片長度以及風機總體數量的日益增加，以往依靠人工定期檢查并加以維護的方法已無法滿足生產需求。因此，人們提出了多種形式的風力發電機葉片健康狀態監測方法或技術，如中國專利201210442074.1、200810057405.3、201110397347.0、201210149265.9等，為葉片裂紋、磨損及變形等狀態的實時監測提供了有效的手段。但現有自動傳感監測系統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用，原因在于：傳感監測系統需要安裝在葉片上并隨葉片轉動，無法通過導線提供電能，而采用電池供電時需經常停機更換電池。因此，需開發一種微小型發電裝置以滿足監測系統的自供電需求。

近年來，為滿足各類無線傳感監測系統的自供電需求，人們提出了多種微小型振動式壓電發電機，因其以薄片型壓電振子為換能元件，故結構簡單、體積小、集成化高，尤其適于無線傳感監測系統自供電，某些類型振動式壓電發電機已獲得成功應用。為滿足旋轉體健康監測系統的供電需求，發明人還曾提出了多種基于磁力耦合激勵旋轉式壓電發電機，如中國專利201210319215.0、201210320165.8、201210318782.4、201210318930.2等。上述各種旋轉式發電機的特點是必須通過軸承座或軸承蓋等“固定件”與軸類“旋轉體”間的相對轉動實現壓電振子的有效激勵，故無法用于“無固定支撐”的旋轉體發電需求，如旋轉風力發電機的葉片及汽車輪胎等。

此外，現有懸臂梁式旋轉壓電發電機采用的壓電振子是等寬度的、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根部應力大，易造成壓電振子損毀；發電機半徑方向尺度一定時，壓電振子的面積小、總體發電能力弱；最關鍵的是，高轉速時磁鐵離心力會使壓電振子的軸向振動位移減小、甚至無振動，故發電效率低。

發明內容

本發明提供一種懸錘自激輪式發電機，以解決現有旋轉式壓電發電機需要外界固定支撐而無法應用的問題，以滿足風力發電機葉片監測系統的供電需求。

本發明采用的技術方案是：左端蓋和右端蓋分別通過螺釘安裝在殼體的兩端，所述左、右端蓋底部內側分別鑲嵌有限位環和軸承；在左端蓋和殼體之間、以及右端蓋和殼體之間均壓接有金屬基板，所述金屬基板與其一側所粘接的壓電晶片構成扇形壓電振子，所述壓電振子頂靠在限位環的尖點上，所述壓電晶片粘接在靠近限位環的一側，所述壓電振子的自由端通過螺釘安裝有動磁鐵；激勵盤的轉軸兩端分別固定在鑲嵌在左端蓋及右端蓋底部內側的軸承的內圈中；激勵盤的盤體的外邊緣上焊接有懸錘，激勵盤的盤體上還鑲嵌有定磁鐵；所述動磁鐵及定磁鐵的半徑相同、且所述各磁鐵中心距激勵盤回轉中心的距離相等；所述動磁鐵與定磁鐵相鄰磁極的極性相同。

本發明所述懸錘的重力G應滿足：

其中R為動磁鐵及定磁鐵的中心到轉軸中心的距離，R_G為懸錘的質心到轉軸中心的距離，F_y為動磁鐵和定磁鐵之間產生沿圓周方向的最大排斥力，η_n為盤體一側的動磁鐵數量n_a與盤體上的定磁鐵數量n_b的最大公約數，Q<150°為扇形環懸錘的中心角。

本發明所述激勵盤上圓周方向兩相鄰定磁鐵中心與激勵盤轉軸中心連線間的夾角Q₀應滿足：