[实用新型]基于轴向激励接触支撑的旋转式压电发电机

说明书

技术领域

本实用新型属于压电发电及自供电应用技术领域，具体涉及一种基于轴向激励接触支撑的旋转式压电发电机。

背景技术

利用薄片型压电振子构造微小型压电发电机的研究已经成为国内外持续多年的热点。针对发电机原动力来源及应用目的的不同，目前国内外均己提出了多种结构形式的悬臂梁式压电发电机，主要包括振动式和旋转式两大类型。其中，旋转式压电发电机最初是为解决直升机螺旋桨、汽车轮胎压力、航空发动机/高速列车/油气钻主轴等旋转体的自供电传感监测而提出的；此外，微型风力发电机的需求也是催生旋转式压电发电机的关键要素。就发电/供电能力而言，旋转式电磁发电机己很成熟、且已被广泛应用，但因其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压力监测系统等无相对运动的场合。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。

根据激励方式的不同，现有旋转式压电发电机可分为3大类：①惯性激励式，利用压电振子随轴转动过程中受力方向的变化使其沿旋转方向弯曲变形，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；②拨动式，利用带有拨齿的旋转机构拨动固定的压电振子、或利用固定的拨齿拨动旋转的压电振子使其沿旋转方向的变形，该方法需二者作相对转动，不适于汽车轮胎、独立的悬臂主轴等无固定支撑的场合、且高速时冲击/噪音较大；③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，且存在较大的接触冲击与噪音、还可使压电振子因接触冲击而损毁。

上述已有的3类旋转式压电发电机的共同特点是压电振子均沿旋转体的旋转方向变形，其变形量和发电量完全取决于旋转体的转速及转动状态，由此所带来的弊端在于：①压电振子变形量不可控，过大的变形会导致压电振子碎裂，故可靠性低；②在高速、匀速、尤其是匀-高速时，压电振子不会被有效激励，环境适应能力及频带宽度有限。可见，现有旋转式压电发电机并不适于直升机螺旋桨、汽车轮胎、航空发动机/高速列车/油气钻主轴等高转速或使用空间/结构受限的场合。因此，可靠性高、频带宽、无冲击/噪音、且适用于匀速/高速、尤其是匀-高速转动的新型旋转式压电发电机依然是很多领域所急需的。

发明内容

针对各类旋转构件健康监测系统自供电的需求现状、以及现有旋转压电发电机在可靠性及转速适应能力等方面所存在的弊端，本实用新型提出一种使悬臂梁压电振子在接触支撑时轴向弯曲振动并发电的旋转式压电发电机，简称基于轴向激励接触支撑的旋转式压电发电机。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：旋转轴通过轴承安装在机架上，旋转轴的端部通过螺钉安装有一根短轴，所述短轴上轴肩右端通过螺钉安装有监测系统，所述监测系统通过导线组与悬臂梁压电振子连接；轴肩左端套有一对对称安置的接触支撑侧板，所述接触支撑侧板中间销接有悬臂梁压电振子，所述悬臂梁压电振子由压电晶片和金属基板粘接而成，所述短轴左端通过螺钉压接有一端块；箱体通过螺钉安装在机架上，所述箱体侧壁上镶有定磁铁，悬臂梁压电振子自由端通过螺钉对称安装有第一组动磁铁与第二组动磁铁，且所述第一组动磁铁与第二组动磁铁的磁极配置相反，所述定磁铁与靠近定磁铁的第一组动磁铁同性磁极相对安装。

在本实用新型中，在旋转轴连续转动的情况下，悬臂梁压电振子自由端的第一组动磁铁随旋转轴一起转动，当转动的第一组动磁铁与位于箱体侧壁上的定磁铁靠近时，两个同性的磁极之间产生排斥力、并使悬臂梁压电振子沿旋转轴的轴线方向向右弯曲，随之悬臂梁压电振子在惯性作用下恢复变形。随着旋转轴的连续转动，悬臂梁压电振子在磁力的推动下即产生连续的轴向往复弯曲振动，并将机械能转换成电能。

本实用新型的优势在于：悬臂梁压电振子两侧的接触支撑侧板对悬臂梁压电振子有接触支撑，可将自由端的变形通过接触支撑过渡到固定端，使悬臂梁压电振子产生更大变形，提高了发电量；压电振子的弯曲变形量及发电量主要由磁极间的磁场强度决定，旋转轴增速、减速、及转速高低等状态变化对其无直接影响，因此对转速适应能力强，在各种转动状态下都有较强的发电能力。

附图说明

图1是本实用新型一个较佳实施例中发电装置在自然状态下的剖视图。

图2是图1中的A-A剖视图。

图3是大变形保护侧板的结构示意图。