[實(shí)用新型]基于圓形壓電振子互激的懸垂式旋轉(zhuǎn)發(fā)電機(jī)

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201320311720.0
• 申請日: 2013-05-31
• 公開（公告）號: CN203313088U
• 公開（公告）日: 2013-11-27
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 曾平;于麗;闞君武;王淑云;程光明
• 申請（專利權(quán)）人: 浙江師范大學(xué)
• 主分類號: H02N2/18
• 分類號: H02N2/18
• 代理公司: 吉林長春新紀(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

本實(shí)用新型屬于新能源和發(fā)電技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于圓形壓電振子互激的懸垂式旋轉(zhuǎn)發(fā)電機(jī)，用于無固定支撐旋轉(zhuǎn)體的健康監(jiān)測系統(tǒng)供電。

背景技術(shù)

為滿足直升機(jī)螺旋槳/汽車輪胎/航空發(fā)動機(jī)/高速列車/油氣鉆主軸等旋轉(zhuǎn)體及其軸承組件的健康監(jiān)測系統(tǒng)供電需求，國內(nèi)外學(xué)者已經(jīng)提出了多種形式的旋轉(zhuǎn)式壓電及電磁式微小型發(fā)電機(jī)。相對而言，旋轉(zhuǎn)式電磁發(fā)電機(jī)已很成熟、且已被廣泛應(yīng)用，但因其在發(fā)電過程中會產(chǎn)生電磁干擾而不適于為無線傳感監(jiān)測系統(tǒng)供電，此外，電磁式發(fā)電機(jī)需要動子與定子作相對運(yùn)動、且動/定子尺寸相當(dāng)，故結(jié)構(gòu)復(fù)雜、體積大，無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)，尤其不適于汽車輪胎、懸臂主軸等無固定支撐的場合。與之相比，薄片型壓電振子因結(jié)構(gòu)簡單、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)激勵方式，早期的旋轉(zhuǎn)式壓電發(fā)電機(jī)主要包括3大類：(i)慣性激勵式，利用壓電振子轉(zhuǎn)動過程中受力方向的變化使其彎曲變形，該方法結(jié)構(gòu)簡單，但僅適于低速（高速、尤其是勻高速轉(zhuǎn)動時，因離心力過大而無法產(chǎn)生交替的雙向變形）、且轉(zhuǎn)動狀態(tài)驟變將使壓電振子因受力/變形過大而損毀；(ii)撥動式，利用旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)撥動壓電振子，需二者作相對轉(zhuǎn)動，不適于汽車輪胎等無固定支撐的場合、且高速時沖擊/噪音較大；(iii)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)速較低的場合、且存在較大沖擊/噪音和可能的撞擊損毀。顯然，上述沿旋轉(zhuǎn)體旋轉(zhuǎn)方向激勵，即周向激勵壓電振子發(fā)電的方法已成為制約其實(shí)際應(yīng)用的技術(shù)瓶頸，不適于高速、勻速、及使用空間/結(jié)構(gòu)受限的場合。因此，人們又提出了基于磁力耦合激勵的新型旋轉(zhuǎn)式壓電發(fā)電機(jī)，如中國專利201210319215.0、201210320165.8、201210318782.4、201210318930.2等，具有無沖擊與噪音、轉(zhuǎn)速適應(yīng)能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，但這些發(fā)電機(jī)工作時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)動實(shí)現(xiàn)壓電振子的有效激勵，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、汽車輪胎、以及各類外伸的懸臂旋轉(zhuǎn)軸等；同時，上述旋轉(zhuǎn)式壓電發(fā)電機(jī)僅在“固定件”或“旋轉(zhuǎn)體”上安裝壓電振子，未能充分利用發(fā)電機(jī)的軸向空間，發(fā)電機(jī)的體積能量密度低。

發(fā)明內(nèi)容

本實(shí)用新型提供一種基于圓形壓電振子互激的懸垂式旋轉(zhuǎn)發(fā)電機(jī)，針對螺旋槳/汽車車輪、懸臂軸等無固定支撐或支撐點(diǎn)離軸端距離較遠(yuǎn)旋轉(zhuǎn)體的健康監(jiān)測系統(tǒng)供電需求，以解決現(xiàn)有旋轉(zhuǎn)式壓電發(fā)電機(jī)所存在的未能充分利用發(fā)電機(jī)的軸向空間，發(fā)電機(jī)的體積能量密度低的問題，

本實(shí)用新型采取的技術(shù)方案是：端蓋通過螺釘安裝在主體側(cè)壁端部，所述主體外部下側(cè)通過螺釘安裝有配重塊；所述端蓋及主體底壁內(nèi)側(cè)均設(shè)有沉孔、鑲嵌有軸承；所述軸承內(nèi)圈中安裝有轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)軸，所述轉(zhuǎn)軸上設(shè)有導(dǎo)線槽的一端通過螺母固定有連接盤；所述轉(zhuǎn)軸上設(shè)有法蘭盤，法蘭盤上設(shè)有導(dǎo)線孔，法蘭盤兩側(cè)分別設(shè)有沉孔；端蓋及主體底壁內(nèi)側(cè)、以及轉(zhuǎn)子的法蘭盤兩側(cè)分別通過螺釘固定有環(huán)形金屬基板，所述金屬基板與其側(cè)面所粘接的圓形壓電晶片構(gòu)成圓形壓電振子；位于端蓋和主體上的壓電振子的中心處通過螺釘安裝有磁鐵一，位于法蘭上的壓電振子的中心處通過螺釘安裝有磁鐵二，所述各軸向相鄰的磁鐵一和磁鐵二、以及兩個磁鐵二之間的同性磁極靠近安裝，所述磁鐵一和磁鐵二到轉(zhuǎn)軸中心的距離相等；兩個電刷的內(nèi)圈通過螺釘固定在轉(zhuǎn)軸上、外圈通過螺釘分別固定在端蓋和主體的底壁內(nèi)側(cè)；位于端蓋及殼體底壁內(nèi)側(cè)的壓電振子通過導(dǎo)線組一與電刷外圈相連、位于法蘭盤兩側(cè)的壓電振子通過導(dǎo)線組二與電刷內(nèi)圈相連；所述兩個電刷的內(nèi)圈經(jīng)導(dǎo)線組三相連后再經(jīng)導(dǎo)線組四與位于連接盤上的導(dǎo)線柱組相連，導(dǎo)線組四經(jīng)位于轉(zhuǎn)軸上的導(dǎo)線槽穿出。

本實(shí)用新型所述配重塊的重力應(yīng)滿足：其中η_n為磁鐵二數(shù)量與磁鐵一數(shù)量的最大公約數(shù)，Q<150°為配重塊的圓心角，F(xiàn)_y為磁鐵二和磁鐵一之間產(chǎn)生沿圓周方向的最大排斥力，R為磁鐵二及磁鐵一中心到轉(zhuǎn)軸中心的距離，R_G為配重塊質(zhì)心到轉(zhuǎn)軸中心的距離。

磁鐵一和磁鐵二的磁矩應(yīng)滿足其中m₁和m₂分別為磁鐵一和磁鐵二的磁矩，l為磁鐵一和磁鐵二之間軸向距離，L為兩個磁鐵二之間軸向距離，μ₀為真空磁導(dǎo)率。