[发明专利]一种自激励式压电发电机

说明书

本发明涉及一种自激励式压电发电机，属压电发电领域。主要由悬臂轴、壳体、端盖、压电振子及摆圈构成，压电振子由基板和压电片粘接而成；悬臂轴上自右至左依次设有平轴、轴肩和摆轴，悬臂轴的平轴端装在风力发电机的叶片上，叶片安装在发电机主轴上；壳体立壁经轴承装在平轴上，立壁上装有电路板，壳体筒壁端部装有端盖，筒壁外侧装有惯性块；平轴线和摆轴线之间在同一平面内存在摆轴倾角；筒壁内侧装至少一组压电振子，摆轴上套有摆圈，摆圈外缘上设有环槽，压电振子自由端置于环槽内；悬臂轴转动时摆圈沿摆轴轴向往复摆动，摆圈摆动量最大时悬臂轴一侧压电振子的基板顶靠在环槽的侧壁上并产生弯曲变形且变形量最大、另一侧压电振子不变形。

技术领域

本发明属于新能源和发电技术领域，具体涉及一种自激励式压电发电机，为风力发电机叶片监测供电。

背景技术

叶片是风力发电机接收风能并将其转换成动能的关键部件，决定了发电机的可靠性及使用寿命。因叶片通常工作在恶劣的环境下，且自身结构尺度、重量及工作载荷等都很大，除因受雷击和地震等不可抗拒自然灾害损毁外，自然腐蚀、磨损及疲劳应力等造成的叶片损伤也不可避免。实践表明，风力发电机运行过程中所发生事故的三分之一是因叶片损伤所引起的，故风力发电机叶片的健康监测势在必行。随着风力发电机叶片长度以及风力发电机总体数量的日益增加，以往依靠人工定期检查并加以维护的方法已无法满足生产需求。因此，人们提出了多种形式的风力发电机叶片健康状态监测方法以及相应的发电机,但因现有发电机可靠性、发电量及电磁兼容性等相关要素的制约，风力发电机叶片的在线监测技术尚未得到广泛应用。

发明内容

本发明提出一种自激励式压电发电机，本发明采用的实施方案是：主要由悬臂轴、壳体、端盖、压电振子及摆圈构成；悬臂轴上自右至左依次设有平轴、轴肩和摆轴，平轴和轴肩同轴，平轴线和摆轴线之间在同一平面内的存在夹角、即存在摆轴倾角；平轴端部经螺钉安装在风力发电机的叶片上，叶片安装在发电机主轴上；壳体的立壁经轴承及卡簧安装在平轴上，立壁上经螺钉安装有电路板；壳体的筒壁端部经螺钉装有端盖，筒壁外侧经螺钉装有惯性块，筒壁内侧沿圆周方向经螺钉和压环安装至少一组压电振子，压电振子组数大于1时轴向相邻的两组压电振子间设有隔环；压电振子为由等厚的基板和压电片粘接而成扇形结构，压电振子的一端固定在筒壁上，每组压电振子的数量相同且都在圆周方向上均布安装，压电振子经不同的导线组与电路板相连；摆轴置于壳体内部，摆轴上经定圈和滚动体套有摆圈，滚动体为滚珠或滚柱，定圈套在摆轴上并经螺钉和压板固定；摆圈外缘上设有环槽，环槽数量与压电振子组数相同，同一组压电振子的自由端置于同一个环槽内；平轴线和摆轴线的交点与摆圈的几何对称中心重合。

工作时，即当风力发电机叶片带动悬臂轴随风力发电机主轴转动时，壳体及安装在壳体内部的压电振子在惯性块的惯性力作用下与悬臂轴相对转动，即不随悬臂轴转动；另一方面，悬臂轴转动时，摆圈与摆轴相对转动且摆圈沿摆轴轴向往复摆动，摆圈的环槽的侧壁迫使压电振子产生往复弯曲变形并将机械能转换成电能，所生成的电能经电路板上的转换电路处理后存储起来或供给传感器，传感器实时地获得相关系统参数后再经电路板上的发射单元发射出去。

本发明中，当悬臂轴转动使摆圈的摆动量最大时：悬臂轴的一侧的、如上方的压电振子的基板顶靠在环槽的侧壁上并产生弯曲变形且变形量最大，悬臂轴另一侧的、如下方的压电振子的基板和压电片与环槽的侧壁接触但无相互作用力、即压电振子不产生弯曲变形；此后，摆圈的摆动量随悬臂轴转动逐渐减小，悬臂轴一侧压电振子的变形量逐渐减小、另一侧压电振子的变形量逐渐增加，悬臂轴转过90度时悬臂轴上下两侧压电振子的变形量相等；悬臂轴转过180度时，悬臂轴一侧原来变形量最大的压电振子的变形量减小到零、而另一侧原来变形量为零的压电振子的变形量达到最大，至此完成压电振子的一次完整激励。