本發(fā)明屬于新能源和發(fā)電技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種徑向拉壓激勵(lì)旋轉(zhuǎn)式壓電發(fā)電機(jī)，用于旋轉(zhuǎn)體的健康監(jiān)測系統(tǒng)供電。

背景技術(shù)：

為滿足直升機(jī)螺旋槳、汽車輪胎、航空發(fā)動(dòng)機(jī)、高速列車、油氣鉆、齒輪等旋轉(zhuǎn)體或其軸承組件健康監(jiān)測系統(tǒng)的供電需求，國內(nèi)外學(xué)者已經(jīng)提出了多種形式的旋轉(zhuǎn)式壓電發(fā)電機(jī)，其共同特點(diǎn)在于：(i)以單體的圓形或懸臂梁壓電振子為能量轉(zhuǎn)換器件，變形量無法控制；(ii)工作中壓電體承受交變的拉-壓應(yīng)力作用；(iii)通過軸向激勵(lì)迫使壓電振子振動(dòng)發(fā)電。因單體壓電振子變形量無法控制、且壓電材料許用拉應(yīng)力遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于其許用壓應(yīng)力，當(dāng)變形量及所受壓應(yīng)力較大時(shí)脆性的壓電體易破碎，系統(tǒng)可靠性低；此外，齒輪箱、列車輪對等大多產(chǎn)品的軸向空間有限，無法或不便安裝激勵(lì)機(jī)構(gòu)、或無法滿足壓電振子軸向振動(dòng)發(fā)電的空間需求。顯然，現(xiàn)有旋轉(zhuǎn)式壓電發(fā)電在可靠性及環(huán)境的適應(yīng)性方面還存在較大問題，不便進(jìn)一步推廣應(yīng)用。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對現(xiàn)有旋轉(zhuǎn)式壓電發(fā)電在可靠性及環(huán)境的適應(yīng)性方面所存在的問題，本發(fā)明提出一種徑向拉壓激勵(lì)旋轉(zhuǎn)式壓電發(fā)電機(jī)。本發(fā)明采用的實(shí)施方案是：轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)軸經(jīng)軸承安裝在主體底壁上，轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)盤置于主體腔內(nèi)，轉(zhuǎn)盤上設(shè)有盤槽和盤腔，盤槽和盤腔經(jīng)導(dǎo)孔連通；端蓋經(jīng)螺釘安裝在主體側(cè)壁的端部，端蓋上經(jīng)螺釘固定有定子，定子上鑲嵌有定磁鐵，定子上鑲嵌有定磁鐵的一端置于盤腔內(nèi)；壓電振子由金屬基板和壓電晶片粘接而成，金屬基板的兩端經(jīng)螺釘和壓塊固定在盤槽的側(cè)壁上、中間經(jīng)螺釘和壓塊固定在施力桿軸肩上，施力桿軸肩將施力桿分成內(nèi)半軸和外半軸，內(nèi)半軸端部安裝有動(dòng)磁鐵，動(dòng)磁鐵置于轉(zhuǎn)子的導(dǎo)孔內(nèi)；外半軸上套有平衡彈簧，軸肩將平衡彈簧壓接在盤槽的側(cè)壁上；壓電振子裝配前的自然狀態(tài)下為平直結(jié)構(gòu)、且其長度大于轉(zhuǎn)子上盤槽的徑向長度，安裝后變?yōu)閺澢Y(jié)構(gòu)、且壓電晶片的曲率半徑小于金屬基板的曲率半徑；置于施力桿軸肩內(nèi)外兩側(cè)的各壓電振子分別構(gòu)成內(nèi)發(fā)電單元和外發(fā)電單元。

正常工作狀態(tài)下，且當(dāng)動(dòng)磁鐵與定磁鐵之間距離最遠(yuǎn)、相互作用力最小時(shí)，施力桿在平衡彈簧的彈性力、動(dòng)定磁鐵間的磁力、及旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)引起的離心力作用下處于平衡狀態(tài)，內(nèi)外發(fā)電單元中壓電振子的受力狀態(tài)與安裝后非工作時(shí)的狀態(tài)相同，壓電晶片所受壓應(yīng)力為其許用值的一半；隨著轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)，動(dòng)定磁鐵間距離縮短、作用力增加，施力桿的平衡狀態(tài)被破壞，內(nèi)外發(fā)電單元中壓電振子形狀及壓電晶片受力狀態(tài)都將發(fā)生變化。當(dāng)磁力增加使動(dòng)定磁鐵間距離減小時(shí)，內(nèi)發(fā)電單元縮短、其內(nèi)部壓電晶片所受壓應(yīng)力增加，外發(fā)電單元伸長、其內(nèi)部壓電晶片所受壓應(yīng)力減??；反之，當(dāng)磁力增加使動(dòng)定磁鐵間距離增加時(shí)，內(nèi)發(fā)電單元伸長、其內(nèi)部壓電晶片所受壓應(yīng)力減小，外發(fā)電單元縮短、其內(nèi)部壓電晶片所受壓應(yīng)力增加；在上述內(nèi)外發(fā)電單元交替伸長與縮短過程中，一個(gè)發(fā)電單元的縮短量受另一個(gè)發(fā)電單元伸長量的限制，即當(dāng)一個(gè)發(fā)電單元伸長量最大、壓電振子被拉平時(shí)，另一個(gè)發(fā)電單元的縮短量達(dá)到最大，可確保壓電晶片始終承受合理的壓應(yīng)力，可靠性高。

優(yōu)勢與特色：①通過安裝的方法將平直壓電振子變成彎曲結(jié)構(gòu)，形成沿旋轉(zhuǎn)體徑向伸縮振動(dòng)的發(fā)電裝置，結(jié)構(gòu)及制作工藝簡單、成本低；②壓電晶片僅工作在壓應(yīng)力狀態(tài)下、且壓應(yīng)力范圍可控，可靠性高；③通過徑向拉的方法壓激勵(lì)壓電振子，適于軸向尺寸受限及徑向尺寸較大的場合。

附圖說明

圖1是本發(fā)明一個(gè)較佳實(shí)施例中發(fā)電機(jī)的結(jié)構(gòu)剖面圖；

圖2圖1的左視圖；

圖3圖1的A部放大圖；

圖4是本發(fā)明一個(gè)較佳實(shí)施例中壓電振子安裝前的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖5是本發(fā)明一個(gè)較佳實(shí)施例中轉(zhuǎn)子的結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實(shí)施方式

轉(zhuǎn)子k的轉(zhuǎn)軸k1經(jīng)軸承j安裝在主體a的底壁a2上，轉(zhuǎn)子k的轉(zhuǎn)盤k2置于主體a的內(nèi)腔a3內(nèi)，轉(zhuǎn)盤k2上設(shè)有盤槽k3和盤腔k4，盤槽k3和盤腔k4經(jīng)導(dǎo)孔k5連通；端蓋b經(jīng)螺釘安裝在主體a的側(cè)壁a1的端部，端蓋b上經(jīng)螺釘固定有定子f，定子f上鑲嵌有定磁鐵g，定子f上鑲嵌有定磁鐵g的一端置于盤腔k4內(nèi)；壓電振子e由金屬基板e(cuò)1和壓電晶片e2粘接而成，金屬基板e(cuò)1的兩端經(jīng)螺釘和壓塊i固定在盤槽k3的側(cè)壁上、中間經(jīng)螺釘和壓塊i固定在施力桿c的軸肩c1上，施力桿c的軸肩c1將施力桿c分成內(nèi)半軸c2和外半軸c3，內(nèi)半軸c2的端部安裝有動(dòng)磁鐵h，動(dòng)磁鐵置于轉(zhuǎn)子k的導(dǎo)孔k5內(nèi)；外半軸c3上套有平衡彈簧d，軸肩c1將平衡彈簧d壓接在盤槽k3的側(cè)壁上；壓電振子e裝配前的自然狀態(tài)下為平直結(jié)構(gòu)、且其長度L1大于轉(zhuǎn)子k上盤槽k3的徑向長度L2，安裝后變?yōu)閺澢Y(jié)構(gòu)、且壓電晶片e2的曲率半徑小于金屬基板e(cuò)1的曲率半徑；置于施力桿c的軸肩c1內(nèi)外兩側(cè)的各壓電振子e分別構(gòu)成內(nèi)發(fā)電單元I和外發(fā)電單元II。

正常工作狀態(tài)下，且當(dāng)動(dòng)磁鐵h與定磁鐵g之間距離最遠(yuǎn)、相互作用力最小時(shí)，施力桿c在平衡彈簧d的彈性力、動(dòng)磁鐵h與定磁鐵g間的磁力、及旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)引起的離心力作用下處于平衡狀態(tài)，內(nèi)發(fā)電單元I和外發(fā)電單元II中壓電振子e的受力狀態(tài)與安裝后非工作時(shí)的狀態(tài)相同，壓電晶片e2所受的壓應(yīng)力為其許用值的一半；隨著轉(zhuǎn)子k轉(zhuǎn)動(dòng)，動(dòng)磁鐵h和定磁鐵g間的距離縮短、作用力增加，施力桿c的平衡狀態(tài)被破壞，內(nèi)發(fā)電單元I和外發(fā)電單元II中壓電振子e形狀及壓電晶片e2的受力狀態(tài)都將發(fā)生變化。當(dāng)磁力增加使動(dòng)磁鐵h和定磁鐵g間距離減小時(shí)，內(nèi)發(fā)電單元I縮短、其內(nèi)部壓電晶片e2所受壓應(yīng)力增加，外發(fā)電單元伸長、其內(nèi)部壓電晶片e2所受壓應(yīng)力減??；反之，當(dāng)磁力增加使動(dòng)磁鐵h和定磁鐵g間距離增加時(shí)，內(nèi)發(fā)電單元I伸長、其內(nèi)部壓電晶片e2所受壓應(yīng)力減小，外發(fā)電單元II縮短、其內(nèi)部壓電晶片e2所受壓應(yīng)力增加；在上述內(nèi)外發(fā)電單元I和II交替伸長與縮短過程中，一個(gè)發(fā)電單元的縮短量受另一個(gè)發(fā)電單元伸長量的限制，即當(dāng)一個(gè)發(fā)電單元伸長量最大、壓電振子e被拉平時(shí)，另一個(gè)發(fā)電單元的縮短量達(dá)到最大；故可確保壓電晶片e2始終承受合理的壓應(yīng)力，可靠性高。