[发明专利]一种寄生式旋转压电俘能器

说明书

本发明涉及一种寄生式旋转压电俘能器，属新能源技术领域。俘能器置于旋转轴的空腔内，半轴法兰装在旋转轴上；吊架的吊耳经立板安装在带配重块的横板上，横板上设有楔块；吊架和激励环都装在半轴上，吊架与半轴相对转动，激励环随半轴转动；激励环的内孔轴线与外圆柱轴线平行但不重合；吊环的吊环孔套在激励环上，吊环的吊臂两侧装有压电振子，压电振子自由端顶靠在楔块的斜面上；吊架的两个吊耳之间或两个立板之间安装有挡销；激励环的内孔轴线和外圆柱轴线处于同一铅垂面内且外圆柱轴线位于内孔轴线的上方时压电振子的变形量为最小，激励环的内孔轴线和外圆柱轴线处于同一铅垂面内且外圆柱轴线位于内孔轴线下方时压电振子变形量为最大。

技术领域

本发明属于新能源与能量回收技术领域，具体涉及一种寄生式旋转压电俘能器，用于风力发电机及矿山机械等大型轴类元件的能量收集。

背景技术

近年来，随着无线传感网络技术的日趋成熟及其在机床、风力发电机及车辆轴系等旋转类健康监测系统应用的普及，为其提供持续能源供应的微小型俘能器的研究受到国内外学者的广泛关注。目前已提出的微小型俘能器基本都是基于电磁原理和压电原理的，因压电式俘能器发电过程中不会产生电磁干扰，更适用于无线网络节点等无线系统。现有利用薄片型压电振子构造的旋转俘能器主要有：惯性激励式、拨动式和旋磁激励式三大类，其中：惯性激励式俘能器仅能用于低速场合，转速高时压电振子不能产生变向弯曲变形发电，甚至会因弯曲变形量过大而损坏；拨动式俘能器存在接触冲击和噪音，高转速时会因冲击过大损毁；旋磁激励式俘能器可有效避免前两类俘能器的缺陷，但有效频带窄，仅能在有限的转速范围内输出较大的电压且存在电磁干扰；最关键的是，大多数拨动式和旋磁激励式俘能器需要固定的支撑部件用于实现与旋转体的相对转动，无法用于无固定支撑的悬臂轴端部，且因压电俘能器自身体积较小、远远小于旋转体径向尺寸，故不适于风力发电机及工程机械等大型旋转件的能量回收。

发明内容

本发明提出一种寄生式旋转压电俘能器，本发明采用的实施方案是：所提出的寄生式旋转压电俘能器置于旋转轴端部的空腔内，俘能器主要包括吊架、配重块、吊环、半轴、激励环及压电振子等。

吊架的两个吊耳经两个立板安装在带有配重块的横板上，横板上设有楔块，楔块的两个斜面对称配置；两个吊耳上设有同轴的吊架孔，两个吊耳之间的留有吊架槽，两个立板与横板构成吊架腔。

吊架的吊架孔套在半轴上，吊架与半轴可相对转动，吊架孔与半轴之间可设置滚动体以减小摩擦；激励环的内孔套在半轴上，激励环位于两个吊耳间的吊架槽内，激励环经平键固定在半轴上，激励环随半轴转动；激励环的内孔轴线与外圆柱轴线平行但不重合；挡片经螺钉安装在半轴端部，挡片的功能是限制吊架轴向移动。

吊环的吊环孔套在激励环上，吊环的吊臂两侧经压条和螺钉安装有压电振子，压电振子的平面与吊环孔的轴线垂直；压电振子由压电片和基板粘接而成，两个压电振子的基板相对安装，压电振子自由端顶靠在楔块的斜面上；压电振子经导线与吊架的立板上的电路板相连。

吊架的两个吊耳之间或两个立板之间安装有挡销，挡销的功能是限制吊环的摆动范围，防止吊环随半轴转动。

本发明的寄生式旋转压电俘能器作为独立的部件用于旋转体能量回收。旋转轴的端部设有空腔，俘能器置于旋转轴端部的空腔内，半轴的法兰经螺钉安装在旋转轴上，半轴与旋转轴的轴线重合；当激励环的内孔轴线和外圆柱轴线处于同一铅垂面内且外圆柱轴线位于内孔轴线的上方时，压电振子与楔块的斜面间接触但无相互作用力。