[實用新型]基于凸塊保護的懸臂梁式旋轉壓電發電機

有效

• 申請號: 201320406764.1
• 申請日: 2013-06-30
• 公開（公告）號: CN203399016U
• 公開（公告）日: 2014-01-15
• 發明（設計）人: 富佳偉;張忠華;闞君武;蔡建程;黃芳勝;韓冰;朱航凱;范春濤
• 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: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本實用新型屬于壓電發電及自供電應用技術領域，具體涉及一種基于凸塊保護的懸臂梁式旋轉壓電發電機。?

背景技術

利用薄片型壓電振子構造微小型旋轉壓電發電機的研究已經成為國內外持續多年的熱點。針對發電機原動力來源及應用目的的不同，目前國內外均已提出了多種結構形式的懸臂梁式壓電發電機，主要包括振動式和旋轉式兩大類型。其中，旋轉式壓電發電機最初是為解決旋轉體的自供電傳感監測(如直升機螺旋槳、汽車輪胎壓力、航空發動機／高速列車／油氣鉆主軸等的自供電傳感監測)而提出的；此外，微型風力發電機的需求也是催生旋轉式壓電發電機的關鍵要素。就發電／供電能力而言，旋轉式電磁發電機已很成熟、且已被廣泛應用，但因其需要動子與定子作相對運動、且動／定子尺寸相當，故結構復雜、體積大，無法或不便用于某些需要將發電機與旋轉體相集成的微小及遠程控制系統，尤其不適于汽車輪胎壓力監測系統等無相對運動的場合。與之相比，薄片型壓電振子因結構簡單、體積小、且可與旋轉體集成，故被認為是構造微小型旋轉發電機的有效方法。?

根據激勵方式的不同，現有旋轉式壓電發電機可分為3大類：①慣性激勵式，利用壓電振子隨軸轉動過程中受力方向的變化使其沿旋轉方向彎曲變形，該方法結構簡單，但僅適于低速，高速、尤其是勻高速轉動時因離心力過大而無法產生交替的雙向變形、且轉動狀態驟變將使壓電振子因受力／變形過大而損毀；②撥動式，利用帶有撥齒的旋轉機構撥動固定的壓電振子、或利用固定的撥齒撥動旋轉的壓電振子使其沿旋轉方向的變形，該方法需二者作相對轉動，不適于汽車輪胎、獨立的懸臂主軸等無固定支撐的場合、且高速時沖擊／噪音較?大；③撞擊式，利用旋轉墜落的鋼球撞擊壓電振子，該方法也僅適用于轉速較低的場合，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類旋轉式壓電發電機的共同特點是壓電振子均沿旋轉體的旋轉方向變形，其變形量和發電量完全取決于旋轉體的轉速及轉動狀態，由此所帶來的弊端在于：①壓電振子變形量不可控，過大的變形會導致壓電振子碎裂，故可靠性低；②在高速、勻速、尤其是勻-高速時，壓電振子不會被有效激勵，環境適應能力及頻帶寬度有限。顯然，上述沿旋轉體旋轉方向激勵(周向激勵)壓電振子發電的方法已成為制約其實際應用的技術瓶頸，現有旋轉式壓電發電機并不適于直升機螺旋槳、汽車輪胎、航空發動機／高速列車／油氣鉆主軸等高轉速或使用空間／結構受限的場合。因此，結構簡單、可靠性高、頻帶寬、無沖擊／噪音、且適用于勻速／高速、尤其是勻-高速轉動的新型旋轉式壓電發電機依然是很多領域所急需的。?

發明內容

針對各類旋轉構件健康監測系統自供電的需求現狀、以及現有旋轉壓電發電機在可靠性及轉速適應能力等方面所存在的弊端，本實用新型提出一種使懸臂梁壓電振子在凸塊保護下軸向彎曲振動并發電的旋轉式壓電發電機，簡稱基于凸塊保護的懸臂梁式旋轉壓電發電機。?

本實用新型采用的實施方案是：機架的側壁上鑲嵌有軸承，所述機架側壁的凸臺上安裝有懸臂梁壓電振子和擋圈，所述懸臂梁壓電振子由金屬基板和壓電晶片粘接而成；所述懸臂梁壓電振子自由端一側與機架側壁上的凸塊壓接在一起，第一定磁鐵通過螺釘固定在所述懸臂梁壓電振子自由端的一側；機架的箱體端部通過螺釘安裝在端蓋上，所述端蓋上安裝有懸臂梁壓電振子和擋圈；所述懸臂梁壓電振子自由端一側與端蓋側壁上的凸塊壓接在一起；第二定磁鐵通過螺釘固定在所述懸臂梁壓電振子自由端的一側；旋轉軸的一端通過軸承安裝?在所述機架上，所述旋轉軸的軸肩上通過螺釘安裝有磁鐵轉盤和擋圈；第一動磁鐵和第二動磁鐵的同性磁極相對通過螺釘安裝在所述磁鐵轉盤上；所述第一動磁鐵與位于機架側壁上的第一定磁鐵的同性磁極相對安裝，所述第二動磁鐵與位于端蓋上的第二定磁鐵的同性磁極相對安裝；所述第一、第二定磁鐵的數量相等。?

本實用新型中，在旋轉軸連續轉動的情況下，安裝在機架和端蓋側壁上的懸臂梁壓電振子以及安裝于所述壓電振子上的第一、第二定磁鐵相對靜止，而安裝在轉軸上的第一動磁鐵和第二動磁鐵相對轉動。當轉動的第一動磁鐵與第一定磁鐵靠近時，兩個同性的磁極之間產生排斥力、并使機架側壁上的壓電振子沿旋轉軸的軸線方向向左彎曲，同時機架側壁上的凸塊對懸臂梁壓電振子接觸支撐；相反，當轉動的第二動磁鐵與第二定磁鐵靠近時，兩個同性磁極間產生排斥力、并使端蓋側壁上的壓電振子沿旋轉軸的軸線方向向右彎曲，端蓋側壁上的凸塊對懸臂梁壓電振子接觸支撐。隨著旋轉軸的連續轉動，兩側壓電振子在排斥力的推動下即產生連續的軸向往復彎曲振動，并將機械能轉換成電能。?