[發(fā)明專利]用于風(fēng)力發(fā)電機(jī)葉片監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的壓電懸臂梁發(fā)電機(jī)

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201310215433.4
• 申請(qǐng)日: 2013-05-31
• 公開（公告）號(hào): CN103259453A
• 公開（公告）日: 2013-08-21
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 闞君武;于麗;王淑云;徐海龍;李勝杰;程光明
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 浙江師范大學(xué)
• 主分類號(hào): H02N2/18
• 分類號(hào): H02N2/18
• 代理公司: 吉林長(zhǎng)春新紀(jì)元專利代理有限責(zé)任公司 22100
• 代理人: 魏征驥

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，具體涉及一種用于風(fēng)力發(fā)電機(jī)葉片監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的壓電懸臂梁發(fā)電機(jī)。

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(cè)勢(shì)在必行。隨著風(fēng)機(jī)葉片長(zhǎng)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(cè)方法或技術(shù)，如中國(guó)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(cè)提供了有效的手段。但現(xiàn)有自動(dòng)傳感監(jiān)測(cè)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(cè)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(cè)系統(tǒng)的自供電需求。

近年來，為滿足各類無線傳感監(jiān)測(cè)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(jiǎn)單、體積小、集成化高，尤其適于無線傳感監(jiān)測(cè)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(cè)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(guó)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(duì)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)有懸臂梁式旋轉(zhuǎn)壓電發(fā)電機(jī)采用的壓電振子大都是等寬度的、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(shí)根部應(yīng)力過大，易造成壓電振子損毀；在發(fā)電機(jī)半徑方向尺度一定的情況下，壓電振子的面積小，總體發(fā)電能力弱；采用多個(gè)壓電振子時(shí)各壓電振子自由端質(zhì)量相等，僅在某些特定轉(zhuǎn)速時(shí)發(fā)生共振，轉(zhuǎn)速適應(yīng)能力低；最關(guān)鍵的是，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。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明提供一種用于風(fēng)力發(fā)電機(jī)葉片監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的壓電懸臂梁發(fā)電機(jī)，以解決目前微小型發(fā)電裝置不能滿足監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的自供電需求、及懸臂梁式旋轉(zhuǎn)壓電發(fā)電機(jī)無振動(dòng)，發(fā)電效率低的問題。

本發(fā)明采取的技術(shù)方案是：左端蓋和右端蓋分別通過螺釘安裝在殼體的兩端，所述左端蓋及右端蓋底部?jī)?nèi)側(cè)分別鑲嵌有第一磁鐵和軸套；在左端蓋和殼體之間、以及右端蓋和殼體之間壓接有金屬基板，所述金屬基板與其兩側(cè)所粘接的壓電晶片共同構(gòu)成扇形懸臂梁壓電振子，所述壓電振子的自由端通過螺釘安裝有第二磁鐵，且所述第二磁鐵與安裝于左端蓋及右端蓋底部?jī)?nèi)側(cè)第一磁鐵的中心線重合；激勵(lì)盤的轉(zhuǎn)軸分別置于鑲嵌在左端蓋及右端蓋底部?jī)?nèi)側(cè)的軸套的孔內(nèi)，所述轉(zhuǎn)軸與軸套的內(nèi)孔鉸接；激勵(lì)盤的盤體的外邊緣上焊接有扇形環(huán)質(zhì)量塊，激勵(lì)盤的盤體上還鑲嵌有第三磁鐵；所述第一磁鐵、第二磁鐵及第三磁鐵的半徑相同，所述各磁鐵圓心距激勵(lì)盤轉(zhuǎn)軸軸心的距離相同；所述第一磁鐵與第二磁鐵之間、以及第二磁鐵與第三磁鐵之間相鄰磁極的極性相同；位于左端蓋與殼體之間和位于右端蓋與殼體之間的兩個(gè)橫截面上且中心重合的兩個(gè)壓電振子上的第二磁鐵的規(guī)格相同，位于同一個(gè)橫截面上的兩個(gè)圓周方向相鄰的第二磁鐵的規(guī)格不同，其中最大的第二磁鐵質(zhì)量為：最小的第二磁鐵質(zhì)量為：相鄰兩個(gè)第二磁鐵的質(zhì)量差為：其中，n_高和n_低分別為最高和最低轉(zhuǎn)速，n₀為轉(zhuǎn)盤上圓周方向均布的磁鐵數(shù)，K為壓電振子的剛度。