[发明专利]一种可调频磁励旋转压电发电机

说明书

本发明涉及一种可调频磁励旋转压电发电机，属发电技术领域。旋转轴装在底壳上，端部装有转盘，转盘上嵌有激励磁铁，激励磁铁为长条形磁铁；壳体右侧装在底壳上，左侧装有端盖；壳体顶端设有螺纹孔，内侧设有凸台；调节螺栓从壳体内部伸出，外侧旋有锁紧螺母；调节螺栓底部设有圆凸台，圆凸台伸入加载块的豁口中；金属基板两端分别装在加载块和凸台上，中部通过带豁口的导向块约束其横向位移，并由此分为上、下压电振子；受激磁铁装在上、下压电振子上，且与激励磁铁相对安装；当调节螺栓调至上极限位置时上下压电振子处于其弹性变形之内，于下极限位置时上下压电振子工作在其最大许用压应力之内。

技术领域

本发明属于发电技术领域，具体涉及一种可调频磁励旋转压电发电机。

背景技术

随着微功率无线传感器和分布式传感技术在健康监测、航天航空与程序控制系统等领域中的普及，作为其主要供能方式的化学电池所带来的环境污染问题变得不容忽视。为此，回收自然环境中振动能、人体运动能、旋转动能和流体能等能量的微小型发电机在国内外广受青睐。旋转式压电发电机是回收旋转体动能的重要方法之一，其实现能量回收的主要方式大致有惯性激励、拨动激励、冲击激励以及旋磁激励，其中旋磁激励由于无冲击、低噪声、安全性相对较高，而在近年来倍受关注。旋磁激励虽很大程度上解决了冲击与噪声的问题，但依然无法避免不同工作环境下激励频率与发电机固有频率不匹配导致的发电效率低下的问题。为了便于适应不同激励频率下的工作环境，可调频概念被提出，如中国专利201210592977.8、201310211521.7分别通过电控方式与引入非线性力进行调频，但前者的调频能力低下，而后者由于磁力的非线性作用，故不易精确控制；此外，两者都采用了悬臂梁式压电振子作为发电单元，故工作过程中容易损毁，安全性较差。

发明内容

针对现有旋转式压电发电机所存在的问题，本发明提出一种可调频磁励旋转压电发电机，本发明采用的实施方案是：旋转轴经轴承安装在底壳上，端部安装有转盘，转盘端面上均布地镶嵌有激励磁铁，激励磁铁为长条形磁铁，其长边的中心轴线方向为指向转盘中心，且各激励磁铁间磁极方向相同；壳体的右侧法兰端经螺钉安装在底壳上，左侧经螺钉安装有端盖；壳体的顶端设有螺纹孔，内侧设有凸台；调节螺栓经由螺纹孔从壳体的内部伸出，外侧旋有锁紧螺母；调节螺栓的底部设有圆凸台，圆凸台伸入加载块的豁口中；金属基板的两端分别经螺钉和压块安装在加载块和凸台上，中部通过带豁口的导向块约束其横向位移，并由此分为上下压电振子；导向块经螺钉安装在端盖上；上下压电振子由金属基板与压电晶片粘结而成；受激磁铁经螺钉安装在上下压电振子上，且与激励磁铁相对安装；当激励磁铁与受激磁铁的磁极方向相同时，压电晶片位于金属基板的右侧，当激励磁铁与受激磁铁的磁极方向相反时，压电晶片位于金属基板的左侧；当调节螺栓向上或向下调至极限位置时，受激磁铁的上下边界均在激励磁铁的上下边界之内，激励磁铁不与受激磁铁发生碰触，且于上极限位置时，上下压电振子处于其弹性变形之内，于下极限位置时，上下压电振子工作在其最大许用压应力之内。

工作时，旋转轴带动转盘转动，激励磁铁也随之转动，而安装在上下压电振子上的受激磁铁相对静止；当激励磁铁靠近受激磁铁时，激励磁铁、受激磁铁间产生相互排斥或吸引的作用力，从而使上下压电振子沿旋转轴的轴线方向弯曲变形，当激励磁铁远离受激磁铁时，由于金属基板的弹性恢复力上下压电振子逐渐恢复变形；激励磁铁与受激磁铁间作用力的交替变化即构成了上下压电振子的往复弯曲变形，从而将机械能转换成电能。

本发明中，发电机即上下压电振子的固有频率可根据不同工作环境或不同的需求加以调整，以便获得更高的发电效率，方法为：松开锁紧螺母，旋转调节螺栓至理想位置并重新锁紧。调节螺栓的位置变动将以端部拉力或端部压力的方式作用至上下压电振子，此时发电机的固有频率为：