[实用新型]基于圆形压电振子互激的悬垂式旋转发电机

说明书

技术领域

本实用新型属于新能源和发电技术领域，具体涉及一种基于圆形压电振子互激的悬垂式旋转发电机，用于无固定支撑旋转体的健康监测系统供电。

背景技术

为满足直升机螺旋桨/汽车轮胎/航空发动机/高速列车/油气钻主轴等旋转体及其轴承组件的健康监测系统供电需求，国内外学者已经提出了多种形式的旋转式压电及电磁式微小型发电机。相对而言，旋转式电磁发电机已很成熟、且已被广泛应用，但因其在发电过程中会产生电磁干扰而不适于为无线传感监测系统供电，此外，电磁式发电机需要动子与定子作相对运动、且动/定子尺寸相当，故结构复杂、体积大，无法或不便用于某些需要将发电机与旋转体相集成的微小及远程控制系统，尤其不适于汽车轮胎、悬臂主轴等无固定支撑的场合。与之相比，薄片型压电振子因结构简单、体积小、且可与旋转体集成，故被认为是构造微小型旋转发电机的有效方法。

根据激励方式，早期的旋转式压电发电机主要包括3大类：(i)惯性激励式，利用压电振子转动过程中受力方向的变化使其弯曲变形，该方法结构简单，但仅适于低速（高速、尤其是匀高速转动时，因离心力过大而无法产生交替的双向变形）、且转动状态骤变将使压电振子因受力/变形过大而损毁；(ii)拨动式，利用旋转机构拨动压电振子，需二者作相对转动，不适于汽车轮胎等无固定支撑的场合、且高速时冲击/噪音较大；(iii)撞击式，利用旋转坠落的钢球撞击压电振子，该方法也仅适用于转速较低的场合、且存在较大冲击/噪音和可能的撞击损毁。显然，上述沿旋转体旋转方向激励，即周向激励压电振子发电的方法已成为制约其实际应用的技术瓶颈，不适于高速、匀速、及使用空间/结构受限的场合。因此，人们又提出了基于磁力耦合激励的新型旋转式压电发电机，如中国专利201210319215.0、201210320165.8、201210318782.4、201210318930.2等，具有无冲击与噪音、转速适应能力强等优点，但这些发电机工作时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、汽车轮胎、以及各类外伸的悬臂旋转轴等；同时，上述旋转式压电发电机仅在“固定件”或“旋转体”上安装压电振子，未能充分利用发电机的轴向空间，发电机的体积能量密度低。

发明内容

本实用新型提供一种基于圆形压电振子互激的悬垂式旋转发电机，针对螺旋桨/汽车车轮、悬臂轴等无固定支撑或支撑点离轴端距离较远旋转体的健康监测系统供电需求，以解决现有旋转式压电发电机所存在的未能充分利用发电机的轴向空间，发电机的体积能量密度低的问题，

本实用新型采取的技术方案是：端盖通过螺钉安装在主体侧壁端部，所述主体外部下侧通过螺钉安装有配重块；所述端盖及主体底壁内侧均设有沉孔、镶嵌有轴承；所述轴承内圈中安装有转子的转轴，所述转轴上设有导线槽的一端通过螺母固定有连接盘；所述转轴上设有法兰盘，法兰盘上设有导线孔，法兰盘两侧分别设有沉孔；端盖及主体底壁内侧、以及转子的法兰盘两侧分别通过螺钉固定有环形金属基板，所述金属基板与其侧面所粘接的圆形压电晶片构成圆形压电振子；位于端盖和主体上的压电振子的中心处通过螺钉安装有磁铁一，位于法兰上的压电振子的中心处通过螺钉安装有磁铁二，所述各轴向相邻的磁铁一和磁铁二、以及两个磁铁二之间的同性磁极靠近安装，所述磁铁一和磁铁二到转轴中心的距离相等；两个电刷的内圈通过螺钉固定在转轴上、外圈通过螺钉分别固定在端盖和主体的底壁内侧；位于端盖及壳体底壁内侧的压电振子通过导线组一与电刷外圈相连、位于法兰盘两侧的压电振子通过导线组二与电刷内圈相连；所述两个电刷的内圈经导线组三相连后再经导线组四与位于连接盘上的导线柱组相连，导线组四经位于转轴上的导线槽穿出。

本实用新型所述配重块的重力应满足：其中η_n为磁铁二数量与磁铁一数量的最大公约数，Q<150°为配重块的圆心角，F_y为磁铁二和磁铁一之间产生沿圆周方向的最大排斥力，R为磁铁二及磁铁一中心到转轴中心的距离，R_G为配重块质心到转轴中心的距离。

磁铁一和磁铁二的磁矩应满足其中m₁和m₂分别为磁铁一和磁铁二的磁矩，l为磁铁一和磁铁二之间轴向距离，L为两个磁铁二之间轴向距离，μ₀为真空磁导率。