CN112311276B - 一种自激励式压电发电机 - Google Patents
一种自激励式压电发电机 Download PDFInfo
- Publication number
- CN112311276B CN112311276B CN202011274370.6A CN202011274370A CN112311276B CN 112311276 B CN112311276 B CN 112311276B CN 202011274370 A CN202011274370 A CN 202011274370A CN 112311276 B CN112311276 B CN 112311276B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- shaft
- piezoelectric vibrator
- piezoelectric
- swing
- ring
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims abstract description 15
- 238000005452 bending Methods 0.000 claims abstract description 9
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 4
- 230000003993 interaction Effects 0.000 claims description 2
- 238000010248 power generation Methods 0.000 abstract description 3
- 230000005284 excitation Effects 0.000 description 4
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 description 4
- 238000005096 rolling process Methods 0.000 description 4
- 230000009471 action Effects 0.000 description 2
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 2
- 230000008878 coupling Effects 0.000 description 2
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 description 2
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 description 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 239000003292 glue Substances 0.000 description 2
- 230000036541 health Effects 0.000 description 2
- 239000000463 material Substances 0.000 description 2
- 230000008569 process Effects 0.000 description 2
- 238000005299 abrasion Methods 0.000 description 1
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 1
- 238000007796 conventional method Methods 0.000 description 1
- 238000005260 corrosion Methods 0.000 description 1
- 230000007797 corrosion Effects 0.000 description 1
- 230000005611 electricity Effects 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 238000003825 pressing Methods 0.000 description 1
- APTZNLHMIGJTEW-UHFFFAOYSA-N pyraflufen-ethyl Chemical compound C1=C(Cl)C(OCC(=O)OCC)=CC(C=2C(=C(OC(F)F)N(C)N=2)Cl)=C1F APTZNLHMIGJTEW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02N—ELECTRIC MACHINES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H02N2/00—Electric machines in general using piezoelectric effect, electrostriction or magnetostriction
- H02N2/18—Electric machines in general using piezoelectric effect, electrostriction or magnetostriction producing electrical output from mechanical input, e.g. generators
- H02N2/185—Electric machines in general using piezoelectric effect, electrostriction or magnetostriction producing electrical output from mechanical input, e.g. generators using fluid streams
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02N—ELECTRIC MACHINES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H02N2/00—Electric machines in general using piezoelectric effect, electrostriction or magnetostriction
- H02N2/18—Electric machines in general using piezoelectric effect, electrostriction or magnetostriction producing electrical output from mechanical input, e.g. generators
- H02N2/186—Vibration harvesters
Landscapes
- General Electrical Machinery Utilizing Piezoelectricity, Electrostriction Or Magnetostriction (AREA)
Abstract
本发明涉及一种自激励式压电发电机，属压电发电领域。主要由悬臂轴、壳体、端盖、压电振子及摆圈构成，压电振子由基板和压电片粘接而成；悬臂轴上自右至左依次设有平轴、轴肩和摆轴，悬臂轴的平轴端装在风力发电机的叶片上，叶片安装在发电机主轴上；壳体立壁经轴承装在平轴上，立壁上装有电路板，壳体筒壁端部装有端盖，筒壁外侧装有惯性块；平轴线和摆轴线之间在同一平面内存在摆轴倾角；筒壁内侧装至少一组压电振子，摆轴上套有摆圈，摆圈外缘上设有环槽，压电振子自由端置于环槽内；悬臂轴转动时摆圈沿摆轴轴向往复摆动，摆圈摆动量最大时悬臂轴一侧压电振子的基板顶靠在环槽的侧壁上并产生弯曲变形且变形量最大、另一侧压电振子不变形。
Description
技术领域
本发明属于新能源和发电技术领域，具体涉及一种自激励式压电发电机，为风力发电机叶片监测供电。
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，决定了发电机的可靠性及使用寿命。因叶片通常工作在恶劣的环境下，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。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，故风力发电机叶片的健康监测势在必行。随着风力发电机叶片长度以及风力发电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以及相应的发电机,但因现有发电机可靠性、发电量及电磁兼容性等相关要素的制约，风力发电机叶片的在线监测技术尚未得到广泛应用。
发明内容
本发明提出一种自激励式压电发电机，本发明采用的实施方案是：主要由悬臂轴、壳体、端盖、压电振子及摆圈构成；悬臂轴上自右至左依次设有平轴、轴肩和摆轴，平轴和轴肩同轴，平轴线和摆轴线之间在同一平面内的存在夹角、即存在摆轴倾角；平轴端部经螺钉安装在风力发电机的叶片上，叶片安装在发电机主轴上；壳体的立壁经轴承及卡簧安装在平轴上，立壁上经螺钉安装有电路板；壳体的筒壁端部经螺钉装有端盖，筒壁外侧经螺钉装有惯性块，筒壁内侧沿圆周方向经螺钉和压环安装至少一组压电振子，压电振子组数大于1时轴向相邻的两组压电振子间设有隔环；压电振子为由等厚的基板和压电片粘接而成扇形结构，压电振子的一端固定在筒壁上，每组压电振子的数量相同且都在圆周方向上均布安装，压电振子经不同的导线组与电路板相连；摆轴置于壳体内部，摆轴上经定圈和滚动体套有摆圈，滚动体为滚珠或滚柱，定圈套在摆轴上并经螺钉和压板固定；摆圈外缘上设有环槽，环槽数量与压电振子组数相同，同一组压电振子的自由端置于同一个环槽内；平轴线和摆轴线的交点与摆圈的几何对称中心重合。
工作时，即当风力发电机叶片带动悬臂轴随风力发电机主轴转动时，壳体及安装在壳体内部的压电振子在惯性块的惯性力作用下与悬臂轴相对转动，即不随悬臂轴转动；另一方面，悬臂轴转动时，摆圈与摆轴相对转动且摆圈沿摆轴轴向往复摆动，摆圈的环槽的侧壁迫使压电振子产生往复弯曲变形并将机械能转换成电能，所生成的电能经电路板上的转换电路处理后存储起来或供给传感器，传感器实时地获得相关系统参数后再经电路板上的发射单元发射出去。
本发明中，当悬臂轴转动使摆圈的摆动量最大时：悬臂轴的一侧的、如上方的压电振子的基板顶靠在环槽的侧壁上并产生弯曲变形且变形量最大，悬臂轴另一侧的、如下方的压电振子的基板和压电片与环槽的侧壁接触但无相互作用力、即压电振子不产生弯曲变形；此后，摆圈的摆动量随悬臂轴转动逐渐减小，悬臂轴一侧压电振子的变形量逐渐减小、另一侧压电振子的变形量逐渐增加，悬臂轴转过90度时悬臂轴上下两侧压电振子的变形量相等；悬臂轴转过180度时，悬臂轴一侧原来变形量最大的压电振子的变形量减小到零、而另一侧原来变形量为零的压电振子的变形量达到最大，至此完成压电振子的一次完整激励。
本发明中，压电振子仅向使压电片承受压应力的方向变形，可避免压电片承受拉应力；压电振子的最大变形量小于其许用值，合理的摆圈的半径R与摆轴倾角Q的关系为：RsinQ≤δ*/2，其中：
为压电振子的许用变形量，
h为基板的厚度，β＝Em/Ep，Em和Ep分别为基板和压电片的杨氏模量，k31和
分别为压电材料的机电耦合系数和许用压应力，L为压电振子可弯曲部分的长度，η为与胶层厚度有关的修正系数。
优势与特色：通过悬臂轴的转动实现压电振子自己振动发电，结构及激励过程简单、激励可靠、无冲击及噪音、无电磁干扰；各转速下压电振子为单向的等幅激励，压电片仅承受量值可控的压应力，可靠性高、有效频带宽、发电与供电能力强。
附图说明
图1是本发明一个较佳实施例中发电机的结构示意图；
图2是本发明一个较佳实施例中悬臂轴的结构示意图；
图3是本发明一个较佳实施例中摆圈的结构示意图；
图4是图3左视图；
图5是图1中悬臂轴旋转180度后发电机的结构示意图。
具体实施方式
一种自激励式压电发电机，主要由悬臂轴c、壳体a、端盖b、压电振子d及摆圈g构成，悬臂轴c上自右至左依次设有平轴c1、轴肩c3和摆轴c2，平轴c1和轴肩c3同轴，平轴线c4和摆轴线c5之间在同一平面内的存在夹角Q、即存在摆轴倾角；平轴c1的端部经螺钉安装在风力发电机的叶片Y上，叶片Y安装在发电机主轴Z上；壳体a的立壁a1经轴承k及卡簧j安装在平轴c1上，立壁a1上经螺钉安装有电路板p；壳体a的筒壁a2端部经螺钉装有端盖b，筒壁a2外侧经螺钉装有惯性块G，筒壁a2内侧经螺钉和压环f安装至少一组压电振子d，压电振子d组数大于1时轴向相邻的两组压电振子d间设有隔环e；压电振子d为由等厚的基板d1和压电片d2粘接而成扇形结构，压电振子d的一端固定在筒壁a2上，每组压电振子d的数量相同且都在圆周方向上均布安装，压电振子d经不同的导线组与电路板p相连；摆轴c2置于壳体a内部，摆轴c2上经定圈n和滚动体h套有摆圈g，滚动体h为滚珠或滚柱，定圈n套在摆轴c2上并经螺钉和压板i固定；摆圈g外缘上设有环槽g1，环槽g1的数量与压电振子d的组数相同，同一组压电振子d的自由端置于同一个环槽g1内；平轴线c4和摆轴线c5的交点o与摆圈g的几何对称中心o’重合。
工作时，即当风力发电机叶片Y带动悬臂轴c随风力发电机主轴Z转动时，壳体a及安装在壳体a内部的压电振子d在惯性块G的惯性力作用下与悬臂轴c呈相对转动关系，即不随悬臂轴c转动；另一方面，悬臂轴c转动时，摆圈g与摆轴c2相对转动且摆圈g沿摆轴c2轴向往复摆动，摆圈g的环槽g1的侧壁迫使压电振子d产生往复弯曲变形并将机械能转换成电能，所生成的电能经电路板p上的转换电路处理后存储起来或供给传感器，传感器实时地获得相关系统参数后再经电路板p上的发射单元发射出去。
本发明中，当悬臂轴c转动使摆圈g的摆动量最大时：悬臂轴c的一侧的、如上方的压电振子d的基板d1顶靠在环槽g1的侧壁上并产生弯曲变形且变形量最大，悬臂轴c另一侧的、如下方的压电振子d的基板d1和压电片d2与环槽g1的侧壁接触但无相互作用力、即压电振子d不产生弯曲变形；此后，随悬臂轴c转动，摆圈g的摆动量逐渐减小，悬臂轴c一侧压电振子d的变形量逐渐减小、另一侧压电振子d的变形量逐渐增加，悬臂轴c转过90度时悬臂轴c上下两侧的压电振子d的变形量相等；悬臂轴c转过180度时，悬臂轴c一侧原来变形量最大的压电振子d的变形量减小到零、而另一侧原来变形量为零的压电振子d的变形量达到最大，至此完成压电振子d的一次完整激励。
本发明中，压电振子d仅向使压电片d2承受压应力的方向变形，可避免压电片d2承受拉应力；压电振子d的最大变形量小于其许用值，合理的摆圈g的半径R与摆轴倾角Q的关系为：RsinQ≤δ*/2，其中：
为压电振子d的许用变形量，
h为基板d1的厚度，β＝Em/Ep，Em和Ep分别为基板d1和压电片d2的杨氏模量，k31和
分别为压电材料的机电耦合系数和许用压应力，L为压电振子d可弯曲部分的长度，η为与胶层厚度有关的修正系数。
Claims (1)
1.一种自激励式压电发电机，主要由悬臂轴、壳体、端盖、压电振子及摆圈构成，压电振子为由等厚的基板和压电片粘接而成扇形结构；悬臂轴上自右至左依次设有平轴、轴肩和摆轴，平轴端部经螺钉安装在风力发电机的叶片上，叶片安装在发电机主轴上；壳体的立壁经轴承装在平轴上，立壁上装有电路板，壳体的筒壁端部装有端盖，筒壁外侧装有惯性块；其特征在于：平轴线和摆轴线之间在同一平面内存在摆轴倾角；筒壁内侧沿圆周方向安装至少一组压电振子，摆轴置于壳体内部，摆轴上套有摆圈，摆圈外缘上设有环槽，压电振子自由端置于环槽内；悬臂轴转动时壳体及压电振子不随悬臂轴转动，摆圈与摆轴相对转动且摆圈沿摆轴轴向往复摆动，当摆圈摆动量最大时：悬臂轴一侧的压电振子的基板顶靠在环槽的侧壁上并产生弯曲变形且变形量最大，悬臂轴另一侧的压电振子的基板和压电片与环槽的侧壁接触但无相互作用力、压电振子不产生弯曲变形；此后，摆圈摆动量随悬臂轴转动逐渐减小，悬臂轴一侧压电振子的变形量逐渐减小、另一侧压电振子的变形量逐渐增加；悬臂轴转过180度时，悬臂轴一侧原来变形量最大的压电振子的变形量减小到零、而另一侧原来变形量为零的压电振子的变形量达到最大；压电振子仅向使压电片承受压应力的方向变形，可避免压电片承受拉应力；合理的摆圈的半径R与摆轴倾角Q的关系为R sinQ≤δ*/2，其中δ*为压电振子的许用变形量。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202011274370.6A CN112311276B (zh) | 2020-11-15 | 2020-11-15 | 一种自激励式压电发电机 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202011274370.6A CN112311276B (zh) | 2020-11-15 | 2020-11-15 | 一种自激励式压电发电机 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN112311276A CN112311276A (zh) | 2021-02-02 |
| CN112311276B true CN112311276B (zh) | 2021-10-08 |
Family
ID=74334505
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202011274370.6A Active CN112311276B (zh) | 2020-11-15 | 2020-11-15 | 一种自激励式压电发电机 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN112311276B (zh) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN114033605B (zh) * | 2021-11-26 | 2023-05-12 | 浙江师范大学 | 一种压电式波浪能发电机 |
Family Cites Families (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE102015004208B4 (de) * | 2015-03-31 | 2016-12-22 | Physik Instrumente (Pi) Gmbh & Co. Kg | Verfahren zur Steuerung eines Ultraschallmotors und entsprechende Steueranordnung |
| KR20180138521A (ko) * | 2017-06-21 | 2018-12-31 | 주식회사 에이엠씨글로비즈 | 자력을 이용한 비접촉 연속 압전 발전기 |
| CN107359816B (zh) * | 2017-08-17 | 2023-06-30 | 浙江师范大学 | 一种悬垂自激式风力发电机监测系统用供电装置 |
| CN107345540B (zh) * | 2017-08-17 | 2023-05-26 | 浙江师范大学 | 一种自监测圆锥轴承 |
| CN110319114B (zh) * | 2018-03-30 | 2021-01-01 | 比亚迪股份有限公司 | 摆动轴承和可穿戴设备 |
| CN109495018A (zh) * | 2018-12-25 | 2019-03-19 | 长江大学 | 压电条单元压电发电机 |
-
2020
- 2020-11-15 CN CN202011274370.6A patent/CN112311276B/zh active Active
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN112311276A (zh) | 2021-02-02 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN112152508B (zh) | 一种旋转激励的摩擦-压电复合发电机 | |
| CN106160574B (zh) | 一种基于悬臂梁压电振子的非共振型轮式发电机 | |
| CN112187103B (zh) | 一种等幅激励的涡轮式压电-摩擦发电机 | |
| CN107395059B (zh) | 一种风力致振俘能器 | |
| CN112187102B (zh) | 一种旋转激励的摆动式压电-摩擦发电机 | |
| CN202721630U (zh) | 与螺旋桨主轴随动的发电装置 | |
| CN104506083B (zh) | 一种径向拉伸激励的旋转式压电风力发电机 | |
| CN102790550A (zh) | 与螺旋桨主轴随动的发电装置 | |
| CN112311276B (zh) | 一种自激励式压电发电机 | |
| CN102832846A (zh) | 基于悬臂梁压电振子轴向弯曲振动的轴式发电机 | |
| CN107359816B (zh) | 一种悬垂自激式风力发电机监测系统用供电装置 | |
| CN107359814B (zh) | 一种旋转式压电风力发电机 | |
| CN207200552U (zh) | 一种非接触旋磁激励垂吊俘能器 | |
| CN112332702B (zh) | 一种悬垂式旋转发电机 | |
| CN107359773A (zh) | 一种便携式俘能器 | |
| CN112332700B (zh) | 一种风力发电机叶片监测用自发电电源 | |
| CN107370415B (zh) | 一种宽带悬垂俘能器 | |
| CN107359770B (zh) | 一种非接触旋磁激励垂吊俘能器 | |
| CN112217420B (zh) | 一种寄生式旋转压电俘能器 | |
| CN112187100B (zh) | 一种轴端悬垂的旋转自激俘能器 | |
| CN107317517B (zh) | 一种风力发电机叶片监测系统用自供电电源 | |
| CN107359810B (zh) | 一种超低频压电振动俘能器 | |
| CN113271034A (zh) | 一种非接触间接激励的两用发电机 | |
| CN107395061B (zh) | 一种风致压电俘能器 | |
| CN107359818B (zh) | 一种压电风车 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| TR01 | Transfer of patent right |
Effective date of registration: 20230105 Address after: 274000 in Bohai Road intelligent manufacturing machinery and equipment Industrial Park, Heze Economic Development Zone, Shandong Province Patentee after: Shandong Kangwo Holding Co.,Ltd. Address before: 230000 Room 203, building 2, phase I, e-commerce Park, Jinggang Road, Shushan Economic Development Zone, Hefei City, Anhui Province Patentee before: Hefei Jiuzhou Longteng scientific and technological achievement transformation Co.,Ltd. Effective date of registration: 20230105 Address after: 230000 Room 203, building 2, phase I, e-commerce Park, Jinggang Road, Shushan Economic Development Zone, Hefei City, Anhui Province Patentee after: Hefei Jiuzhou Longteng scientific and technological achievement transformation Co.,Ltd. Address before: 321004 Zhejiang Normal University, 688 Yingbin Avenue, Wucheng District, Jinhua City, Zhejiang Province Patentee before: ZHEJIANG NORMAL University |
|
| TR01 | Transfer of patent right |