風(fēng)力發(fā)電機(jī)葉片監(jiān)測(cè)系統(tǒng)用自激輪式壓電發(fā)電機(jī)的制作方法
【專利摘要】本實(shí)用新型涉及一種風(fēng)力發(fā)電機(jī)葉片監(jiān)測(cè)系統(tǒng)用自激輪式壓電發(fā)電機(jī)，屬壓電發(fā)電領(lǐng)域。主軸上套有左右壁板及分流器，端部裝有壓板；左右壁板軸套與分流器軸套間分別壓接有金屬基板；左右壁板軸套、分流器軸套及金屬基板通過(guò)平鍵與主軸連接；金屬基板上的懸臂梁與所粘接的壓電晶片構(gòu)成壓電振子；分流器兩側(cè)的壓電振子對(duì)稱安裝，左右推流板對(duì)稱安裝；殼體左右兩端分別與左右壁板相連，左右壁板、殼體及分流器軸套共同構(gòu)成發(fā)電機(jī)腔體，腔體內(nèi)填充有液體。優(yōu)勢(shì)特色：利用分流器及推流板改變液體流動(dòng)狀態(tài)實(shí)現(xiàn)壓電振子振動(dòng)激勵(lì)，無(wú)剛性接觸沖擊、無(wú)電磁干擾、無(wú)需外界固定支撐，可作為獨(dú)立部件置于葉片或其轉(zhuǎn)軸上，尤其適于要求無(wú)電磁干擾的無(wú)線傳感監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。
【專利說(shuō)明】
風(fēng)力發(fā)電機(jī)葉片監(jiān)測(cè)系統(tǒng)用自激輪式壓電發(fā)電機(jī)
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本實(shí)用新型屬于新能源和發(fā)電技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種風(fēng)力發(fā)電機(jī)葉片監(jiān)測(cè)系統(tǒng)用自激輪式壓電發(fā)電機(jī)。
【背景技術(shù)】
[0002]葉片是風(fēng)力發(fā)電機(jī)接收風(fēng)能并將其轉(zhuǎn)換成動(dòng)能的關(guān)鍵部件，決定了發(fā)電機(jī)可靠性及使用壽命。風(fēng)力發(fā)電機(jī)葉片通常工作在較惡劣的環(huán)境下，且自身結(jié)構(gòu)尺度、重量及工作載荷等都很大，除因受雷擊和地震等不可抗拒自然災(zāi)害損毀外，自然腐蝕、磨損及疲勞應(yīng)力等造成損傷也不可避免。實(shí)踐表明，風(fēng)力發(fā)電機(jī)運(yùn)行過(guò)程中所發(fā)生事故的三分之一是因葉片損傷所引起的，故葉片健康監(jiān)測(cè)勢(shì)在必行。隨著風(fēng)機(jī)葉片長(zhǎng)度以及風(fēng)機(jī)總體數(shù)量的日益增加，以往依靠人工定期檢查并加以維護(hù)的方法已無(wú)法滿足生產(chǎn)需求。因此，人們提出了多種形式的風(fēng)力發(fā)電機(jī)葉片健康狀態(tài)監(jiān)測(cè)方法，為葉片裂紋、磨損及變形等狀態(tài)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)提供了有效的手段。但現(xiàn)有傳感監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的供電問(wèn)題目前尚未得到很好的解決，故難于大范圍地推廣應(yīng)用，因?yàn)閭鞲斜O(jiān)測(cè)系統(tǒng)需要安裝在葉片上并隨葉片轉(zhuǎn)動(dòng)，無(wú)法通過(guò)導(dǎo)線提供電能，而采用電池供電時(shí)需經(jīng)常停機(jī)更換電池，因此人們提出了多種壓電發(fā)電機(jī)為監(jiān)測(cè)系統(tǒng)供電?，F(xiàn)有大部分旋轉(zhuǎn)式壓電發(fā)電機(jī)的特點(diǎn)是必須通過(guò)軸承座或軸承蓋等“固定件”與軸類“旋轉(zhuǎn)體”間的相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)壓電振子的有效激勵(lì)，無(wú)法用于“無(wú)固定支撐”的旋轉(zhuǎn)體發(fā)電需求;此外，現(xiàn)有風(fēng)力發(fā)電機(jī)葉片監(jiān)測(cè)系統(tǒng)用的壓電發(fā)電機(jī)大都采用磁力耦合實(shí)現(xiàn)非接觸激勵(lì)的，電磁干擾會(huì)降低無(wú)線監(jiān)測(cè)信號(hào)的準(zhǔn)確性和實(shí)時(shí)性，嚴(yán)重時(shí)甚至導(dǎo)致監(jiān)測(cè)系統(tǒng)無(wú)法正常工作。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]針對(duì)現(xiàn)有風(fēng)力發(fā)電機(jī)葉片監(jiān)測(cè)系統(tǒng)所面臨的供電難題，本實(shí)用新型提出一種風(fēng)力發(fā)電機(jī)葉片監(jiān)測(cè)系統(tǒng)用自激輪式壓電發(fā)電機(jī)。本實(shí)用新型采用的實(shí)施方案是:主軸上自左至右套有左壁板軸套、分流器軸套及右壁板軸套，主軸端部經(jīng)螺釘安裝有壓板，壓板壓接在右壁板上;左壁板軸套與分流器軸套間及分流器軸套與右壁板軸套間通過(guò)密封墊壓接有金屬基板;左右壁板軸套、分流器軸套及金屬基板通過(guò)平鍵與主軸連接;金屬基板上均布地設(shè)有N個(gè)金屬懸臂梁，N為偶數(shù)、且N=2?8，金屬懸臂梁與所粘接的壓電晶片構(gòu)成壓電振子;分流器軸套上均布地設(shè)有帶一定分流角的分流體，分流角為60?120度;左壁板上均布地設(shè)有帶一定推流角的左推流板，右壁板上均布地設(shè)有帶一定推流角的右推流板，左右推流板上的推流角相等、且取值范圍為30?60度，左右推流板的數(shù)量都是N/2;分流器軸套兩側(cè)的壓電振子對(duì)稱安裝，分流體介于分流器軸套左右兩側(cè)的壓電振子之間；左右推流板對(duì)稱安裝，左右推流板在圓周上與分流體間的夾角為360/N度;殼體左右兩端分別通過(guò)螺釘與左右壁板相連，殼體與左右壁板之間分別設(shè)有密封墊;左右壁板、殼體及分流器軸套共同構(gòu)成發(fā)電機(jī)腔體，發(fā)電機(jī)腔體內(nèi)填充有低粘度液體。
[0004]本實(shí)用新型中，為提高壓電振子的動(dòng)態(tài)響應(yīng)特性及發(fā)電量，金屬基板為鈹青銅，且厚度比、即金屬基板厚度與壓電振子總厚度之比范圍為0.55?0.8，此時(shí)的發(fā)電量較大。
[0005]工作過(guò)程中，主軸端部法蘭通過(guò)螺釘安裝在風(fēng)力發(fā)電機(jī)葉片轉(zhuǎn)軸上，并隨風(fēng)力發(fā)電機(jī)葉片轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)，壓電振子、分流體、左右推流板隨主軸轉(zhuǎn)動(dòng);發(fā)電機(jī)腔體內(nèi)液體在慣性力作用下處于發(fā)電機(jī)腔體的底部，在分流體、左推流板及右推流板未轉(zhuǎn)入液體內(nèi)部時(shí)，液體處于相對(duì)靜止?fàn)顟B(tài)。
[0006]當(dāng)分流體與其左右兩側(cè)的壓電振子同時(shí)轉(zhuǎn)入液體內(nèi)部時(shí)，處于分流體前面的液體因受分流體作用而向左右兩側(cè)運(yùn)動(dòng)并迫使壓電振子向遠(yuǎn)離分流體的方向彎曲變形，待所述壓電振子及分流體轉(zhuǎn)出液體時(shí)，壓電振子在其自身彈性力及離心力的作用下復(fù)位。
[0007]當(dāng)左右推流板及其相鄰壓電振子同時(shí)轉(zhuǎn)入液體內(nèi)部時(shí)，處于左右推流板前面的流體因受左右推流板的作用而向發(fā)電機(jī)腔體的中間流動(dòng)，從而迫使壓電振子向遠(yuǎn)離它所靠近的左推流板或右推流板的方向彎曲變形，待所述壓電振子、及左右分流板轉(zhuǎn)出液體時(shí)，壓電振子在其自身彈性力及離心力的作用下復(fù)位。當(dāng)壓電振子交替地轉(zhuǎn)入流體、轉(zhuǎn)出流體時(shí)，便產(chǎn)生連續(xù)的彎曲變形，從而將機(jī)械能轉(zhuǎn)換成電能。
[0008]優(yōu)勢(shì)與特色:I)利用分流器及推流板改變液體流動(dòng)狀態(tài)實(shí)現(xiàn)壓電振子振動(dòng)激勵(lì)，無(wú)剛性接觸沖擊、無(wú)電磁干擾，尤其適于要求無(wú)電磁干擾的無(wú)線傳感監(jiān)測(cè)系統(tǒng);2)利用液體慣性力及流動(dòng)性實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)動(dòng)自激發(fā)電，無(wú)需外界固定支撐，可置于葉片或其轉(zhuǎn)軸上;3)發(fā)電機(jī)為獨(dú)立部件，無(wú)需改變風(fēng)機(jī)葉片或轉(zhuǎn)軸結(jié)構(gòu)，便于安裝與維護(hù)。
【附圖說(shuō)明】
[0009]圖1是本實(shí)用新型一個(gè)較佳實(shí)施例中發(fā)電機(jī)的結(jié)構(gòu)剖面圖；
[0010]圖2是圖1的A-A剖視圖；
[0011]圖3是圖2的B-B剖視圖；
[0012]圖4是圖2的C-C剖視圖；
[0013]圖5是本實(shí)用新型一個(gè)較佳實(shí)施例中壓電振子的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0014]圖6是圖4的左視圖；
[0015]圖7是本實(shí)用新型一個(gè)較佳實(shí)施例中分流器的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0016]圖8是壓電振子的能量比與厚度比的關(guān)系曲線。
【具體實(shí)施方式】
[0017]主軸f上自左至右套有左壁板e(cuò)的軸套el、分流器d的軸套dl及右壁板a的軸套al，主軸f端部經(jīng)螺釘安裝有壓接在右壁板a上的壓板h;左壁板e(cuò)的軸套el與分流器d的軸套dl間以及分流器d的軸套dl與右壁板a的軸套al之間通過(guò)密封墊壓接有金屬基板Cl:左壁板e(cuò)的軸套el、分流器d的軸套dl、右壁板a的軸套al及金屬基板Cl通過(guò)平鍵g與主軸f連接;金屬基板Cl上均布地設(shè)有N個(gè)金屬懸臂梁cll，N為偶數(shù)、且N = 2?8，金屬懸臂梁cll與所粘接的壓電晶片c2構(gòu)成壓電振子c;分流器d的軸套dl上均布地設(shè)有帶一定分流角Qo的分流體d2，分流角Qo的取值范圍為60?120度;左壁板e(cuò)上均布地設(shè)有帶一定推流角Q的左推流板e(cuò)2，右壁板a上均布地設(shè)有帶一定推流角Q的右推流板a2，推流角Q的取值范圍為30?60度，左推流板e(cuò)2的數(shù)量和右推流板a2的數(shù)量都是N/2;分流器d的軸套dl兩側(cè)的壓電振子c對(duì)稱安裝，分流體d2介于分流器d的軸套dl左右兩側(cè)的壓電振子c之間；左推流板e(cuò)2和右推流板a2對(duì)稱安裝，左推流板e(cuò)2和右推流板a2在圓周上與分流體d2間的夾角&為360/^度;殼體b的左右兩端分別通過(guò)螺釘與左壁板e(cuò)和右壁板a相連，殼體b與左壁板e(cuò)和右壁板a之間分別設(shè)有密封墊;左壁板e(cuò)、右壁板q、殼體b及分流器d的軸套dl共同構(gòu)成發(fā)電機(jī)腔體K，發(fā)電機(jī)腔體K的內(nèi)填充有低粘度液體。
[0018]本實(shí)用新型中，為提高壓電振子c的動(dòng)態(tài)響應(yīng)特性及發(fā)電量，金屬基板Cl為鈹青銅，且厚度比、即金屬基板Cl的厚度與壓電振子c的總厚度之比范圍為0.55?0.8，此時(shí)的發(fā)電量較大；圖8給出了外力一定時(shí)能量比與厚度比的關(guān)系曲線，其中的能量比是指各不同厚度比的壓電振子c的一次彎曲變形所產(chǎn)生的電能與其中的最大值之比。
[0019]工作過(guò)程中，主軸f端部的法蘭通過(guò)螺釘安裝在風(fēng)力發(fā)電機(jī)葉片y的轉(zhuǎn)軸z上，并隨風(fēng)力發(fā)電機(jī)葉片y的轉(zhuǎn)軸z旋轉(zhuǎn)，壓電振子C、分流體d2、左推流板e(cuò)2及右推流板a2隨主軸f轉(zhuǎn)動(dòng);發(fā)電機(jī)腔體K內(nèi)的液體在慣性力作用下處于發(fā)電機(jī)腔體的底部，在分流體d2、左推流板e(cuò)2及右推流板a2未轉(zhuǎn)入液體內(nèi)部時(shí)，液體處于相對(duì)靜止?fàn)顟B(tài)。
[0020]如圖3所示，當(dāng)分流體d2與其左右兩側(cè)的壓電振子c同時(shí)轉(zhuǎn)入液體內(nèi)部時(shí)，處于分流體d2前面的液體因受分流體d2作用而向左右兩側(cè)運(yùn)動(dòng)并迫使壓電振子c向遠(yuǎn)離分流體d2的方向彎曲變形，待所述壓電振子c及分流體d2轉(zhuǎn)出液體時(shí)，壓電振子c在其自身彈性力及離心力的作用下復(fù)位。
[0021 ]如圖4所示，當(dāng)左推流板e(cuò)2、右推流板a2及其相鄰壓電振子c同時(shí)轉(zhuǎn)入液體內(nèi)部時(shí)，處于左推流板e(cuò)2及右推流板a2前面的流體因受所述左推流板e(cuò)2或右推流板a2的作用而向發(fā)電機(jī)腔體K的中間流動(dòng)，從而迫使壓電振子c向遠(yuǎn)離它所靠近的左推流板e(cuò)2或右推流板a2的方向彎曲變形，待所述壓電振子c、左分流板e(cuò)2及右分流板a2轉(zhuǎn)出液體時(shí)，所述壓電振子c在其自身彈性力及離心力的作用下復(fù)位。當(dāng)壓電振子c交替地轉(zhuǎn)入流體、轉(zhuǎn)出流體時(shí)，便產(chǎn)生連續(xù)的彎曲變形，從而將機(jī)械能轉(zhuǎn)換成電能。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.風(fēng)力發(fā)電機(jī)葉片監(jiān)測(cè)系統(tǒng)用自激輪式壓電發(fā)電機(jī)，其特征在于:主軸上自左至右套有左壁板軸套、分流器軸套及右壁板軸套，主軸端部裝有壓板，壓板壓在右壁板上；左壁板軸套與分流器軸套間及分流器軸套與右壁板軸套間壓接有金屬基板;左右壁板軸套、分流器軸套及金屬基板通過(guò)平鍵與主軸連接;金屬基板上均布地設(shè)有N個(gè)金屬懸臂梁，N為偶數(shù)、且N=2?8，金屬懸臂梁與所粘接的壓電晶片構(gòu)成壓電振子;分流器軸套上均布地設(shè)有帶一定分流角的分流體;左壁板上均布地設(shè)有帶一定推流角的左推流板，右壁板上均布地設(shè)有帶一定推流角的右推流板，左右推流板數(shù)量都是N/2;分流器軸套兩側(cè)的壓電振子對(duì)稱安裝，分流體介于兩個(gè)壓電振子之間；左右推流板對(duì)稱安裝，左右推流板在圓周上與分流體間的夾角為360/N度;殼體左右兩端分別與左右壁板相連；左右壁板、殼體及分流器軸套共同構(gòu)成發(fā)電機(jī)腔體，發(fā)電機(jī)腔體內(nèi)填充有液體。
【文檔編號(hào)】F03D17/00GK205681337SQ201620625823
【公開日】2016年11月9日
【申請(qǐng)日】2016年6月15日 公開號(hào)201620625823.8, CN 201620625823, CN 205681337 U, CN 205681337U, CN-U-205681337, CN201620625823, CN201620625823.8, CN205681337 U, CN205681337U
【發(fā)明人】何恒錢, 唐紅艷, 錢超平, 呂鵬, 闞君武
【申請(qǐng)人】浙江師范大學(xué)