[发明专利]用于风力发电机叶片监测系统的压电悬臂梁发电机

说明书

技术领域

本发明属于新能源和发电技术领域，具体涉及一种用于风力发电机叶片监测系统的压电悬臂梁发电机。

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，决定了发电机总体的可靠性及使用寿命。风力发电机叶片通常工作在较恶劣的环境下，且自身结构尺度、重量及工作载荷等都很大，除了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。生产实践表明，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，故风机叶片的健康监测势在必行。随着风机叶片长度以及风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或技术，如中国专利201210442074.1、200810057405.3、201110397347.0、201210149265.9等，为叶片裂纹、磨损及变形等状态的实时监测提供了有效的手段。但现有自动传感监测系统的供电问题目前尚未得到很好的解决，故难于大范围地推广应用，原因在于：传感监测系统需要安装在叶片上并随叶片转动，无法通过导线提供电能，而采用电池供电时需经常停机更换电池。因此，需开发一种微小型发电装置以满足监测系统的自供电需求。

近年来，为满足各类无线传感监测系统的自供电需求，人们提出了多种微小型振动式压电发电机，因其以薄片型压电振子为换能元件，故结构简单、体积小、集成化高，尤其适于无线传感监测系统自供电，某些类型振动式压电发电机已获得成功应用。为满足旋转体健康监测系统的供电需求，发明人还曾提出了多种基于磁力耦合激励旋转式压电发电机，如中国专利201210319215.0、201210320165.8、201210318782.4、201210318930.2等。上述各种旋转式发电机的特点是必须通过轴承座或轴承盖等“固定件”与轴类“旋转体”间的相对转动实现压电振子的有效激励，故无法用于“无固定支撑”的旋转体发电需求，如旋转风力发电机的叶片及汽车轮胎等。

此外，现有悬臂梁式旋转压电发电机采用的压电振子大都是等宽度的、且其固定端直径小于安装有磁铁的自由端的直径、弊端在于：压电振子弯曲变形时根部应力过大，易造成压电振子损毁；在发电机半径方向尺度一定的情况下，压电振子的面积小，总体发电能力弱；采用多个压电振子时各压电振子自由端质量相等，仅在某些特定转速时发生共振，转速适应能力低；最关键的是，高转速时磁铁离心力会使压电振子的轴向振动位移减小、甚至无振动，故发电效率低。

发明内容

本发明提供一种用于风力发电机叶片监测系统的压电悬臂梁发电机，以解决目前微小型发电装置不能满足监测系统的自供电需求、及悬臂梁式旋转压电发电机无振动，发电效率低的问题。

本发明采取的技术方案是：左端盖和右端盖分别通过螺钉安装在壳体的两端，所述左端盖及右端盖底部内侧分别镶嵌有第一磁铁和轴套；在左端盖和壳体之间、以及右端盖和壳体之间压接有金属基板，所述金属基板与其两侧所粘接的压电晶片共同构成扇形悬臂梁压电振子，所述压电振子的自由端通过螺钉安装有第二磁铁，且所述第二磁铁与安装于左端盖及右端盖底部内侧第一磁铁的中心线重合；激励盘的转轴分别置于镶嵌在左端盖及右端盖底部内侧的轴套的孔内，所述转轴与轴套的内孔铰接；激励盘的盘体的外边缘上焊接有扇形环质量块，激励盘的盘体上还镶嵌有第三磁铁；所述第一磁铁、第二磁铁及第三磁铁的半径相同，所述各磁铁圆心距激励盘转轴轴心的距离相同；所述第一磁铁与第二磁铁之间、以及第二磁铁与第三磁铁之间相邻磁极的极性相同；位于左端盖与壳体之间和位于右端盖与壳体之间的两个横截面上且中心重合的两个压电振子上的第二磁铁的规格相同，位于同一个横截面上的两个圆周方向相邻的第二磁铁的规格不同，其中最大的第二磁铁质量为：最小的第二磁铁质量为：相邻两个第二磁铁的质量差为：其中，n_高和n_低分别为最高和最低转速，n₀为转盘上圆周方向均布的磁铁数，K为压电振子的刚度。