本發(fā)明屬于新能源和發(fā)電技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種風(fēng)力發(fā)電機葉片監(jiān)測系統(tǒng)用自供電電源。

背景技術(shù)：

葉片是風(fēng)力發(fā)電機接收風(fēng)能并將其轉(zhuǎn)換成動能的關(guān)鍵部件，決定了發(fā)電機的可靠性及使用壽命。風(fēng)力發(fā)電機葉片通常工作在惡劣的環(huán)境下，且自身結(jié)構(gòu)尺度、重量及工作載荷等都很大，除了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)力等造成的葉片損傷也不可避免。實踐表明，風(fēng)力發(fā)電機運行過程中所發(fā)生事故的三分之一是因葉片損傷所引起的，故風(fēng)力發(fā)電機葉片的健康監(jiān)測勢在必行。隨著風(fēng)力發(fā)電機葉片長度以及風(fēng)力發(fā)電機總體數(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)電機葉片健康狀態(tài)監(jiān)測方法以及相應(yīng)的自供電電源，但因現(xiàn)有自供電電源可靠性及發(fā)電量等的制約，風(fēng)力發(fā)電機葉片的在線監(jiān)測技術(shù)尚未得到廣泛應(yīng)用。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明提出一種風(fēng)力發(fā)電機葉片監(jiān)測系統(tǒng)用自供電電源，本發(fā)明采用的實施方案是：風(fēng)力發(fā)電機葉片安裝在發(fā)電機主軸上；懸臂軸的法蘭盤經(jīng)螺釘安裝在風(fēng)力發(fā)電機葉片上，懸臂軸上自左至右依次套有左軸承、軸套和右軸承，軸套的兩個軸截面上沿圓周方向均布地鑲嵌有激勵磁鐵，圓周上相鄰的兩個軸截面上的激勵磁鐵之間夾角為q＝360/n，n為兩個軸截面上均布的激勵磁鐵的數(shù)量之和，激勵磁鐵的磁極沿懸臂軸的徑向配置；壓板經(jīng)螺釘安裝在懸臂軸的自由端并經(jīng)左軸承的內(nèi)圈及軸套將右軸承的內(nèi)圈壓在懸臂軸的軸肩上；殼體經(jīng)左軸承和右軸承安裝在懸臂軸上，左軸承和右軸承的外圈分別壓在殼體的左右兩側(cè)；殼體上設(shè)有腔體，腔體的側(cè)壁端部經(jīng)螺釘安裝有端蓋和調(diào)頻質(zhì)量塊，端蓋上設(shè)有凸臺，凸臺的上端面經(jīng)螺釘安裝有電路板、側(cè)壁上經(jīng)螺釘固定有彈簧片和壓電振子，壓電振子由基板和壓電片粘接而成，壓電振子的端部經(jīng)螺釘安裝有頂塊；壓電振子對稱地配置在彈簧片的兩側(cè)，壓電振子與彈簧片之間以及兩個相鄰的壓電振子之間都壓接有墊片，基板靠近彈簧片安裝，頂塊頂靠在彈簧片上，彈簧片的自由端經(jīng)螺釘安裝有受激磁鐵；腔體的上壁為圓弧形，上壁上對稱地鑲嵌有用于調(diào)頻與增幅的定磁鐵一、經(jīng)螺釘安裝有用于緩沖與限位的定磁鐵二，定磁鐵二與受激磁鐵的幾何中心位于同一圓周上。

壓電振子安裝前為平直結(jié)構(gòu)、安裝后為彎曲結(jié)構(gòu)，非工作時壓電片上的最大壓應(yīng)力為其許用壓應(yīng)力的一半，即壓電振子的變形量為其最大允許變形量的一半并由下式確定：其中：b＝1-α+αβ，a＝α⁴(1-β)²-4α³(1-β)+6α²(1-β)-4α(1-β)+1，α＝hm/h，β＝em/ep，hm和h分別為基板厚度和壓電振子總厚度，em和ep分別為基板p1和壓電片p2的楊氏模量，k31和分別為壓電陶瓷材料的機電耦合系數(shù)和許用壓應(yīng)力，l為壓電振子的長度。

彈簧片未發(fā)生彎曲變形時彈簧片兩側(cè)的壓電振子的變形和受力狀態(tài)分別相同。工作時，即當(dāng)風(fēng)力發(fā)電機葉片帶動懸臂軸以及激勵磁鐵隨著發(fā)電機主軸轉(zhuǎn)動時，殼體、壓電振子及彈簧片相對懸臂軸轉(zhuǎn)動，從而使受激磁鐵與軸套兩個截面上的激勵磁鐵之間的距離發(fā)生變化、受激磁鐵向著與其逐漸靠近的激勵磁移動，與逐漸靠近的激勵磁鐵處于彈簧片同側(cè)的定磁鐵一提高了受激磁鐵的移動速度和位移量、定磁鐵二限制受激磁鐵的最大位移量；當(dāng)激勵磁鐵逐漸轉(zhuǎn)離受激磁鐵時，受激磁鐵所受的吸引力逐漸減小并在彈簧片彈性力的作用下逐漸復(fù)位；同時，另一個軸截面上的激勵磁鐵逐漸轉(zhuǎn)近，加速了受激磁鐵的復(fù)位并繼續(xù)向與之轉(zhuǎn)近的激勵磁鐵方向運動；受激磁鐵上述的左右往復(fù)移動過程中，通過彈簧片帶動壓電振子往復(fù)彎曲變形，從而將機械能轉(zhuǎn)換成電能；當(dāng)受激磁鐵與定磁鐵二接觸時，壓電片所受的壓應(yīng)力為其許用壓應(yīng)力。

優(yōu)勢與特色：①工作中壓電片僅承受壓應(yīng)力，避免因受拉應(yīng)力過大損毀、可靠性高；②定磁鐵一具有增幅和拓頻功能、定磁鐵二具有限位和緩沖功能，提高了可靠性、發(fā)電量和有效帶寬；③彈簧片同時激勵多個壓電振子，發(fā)電和供電能力強。

附圖說明

圖1是本發(fā)明一個較佳實施例中自供電電源的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是圖1的a-a剖視圖；

圖3是本發(fā)明中軸套的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4是圖3的b-b剖視圖。

具體實施方式

風(fēng)力發(fā)電機葉片y安裝在發(fā)電機主軸z上；懸臂軸a的法蘭盤a1經(jīng)螺釘安裝在風(fēng)力發(fā)電機葉片y上，懸臂軸a上自左至右依次套有左軸承c、軸套d和右軸承c’，軸套d的兩個軸截面上沿圓周方向均布地鑲嵌有激勵磁鐵e和e’，圓周上相鄰的兩個軸截面上的激勵磁鐵e和e’之間夾角為q＝360/n，n為兩個軸截面上均布的激勵磁鐵e和e’的數(shù)量之和，激勵磁鐵e和e’的磁極沿懸臂軸a的徑向配置；壓板f經(jīng)螺釘安裝在懸臂軸a的自由端并經(jīng)左軸承c的內(nèi)圈及軸套d將右軸承c’的內(nèi)圈壓在懸臂軸a的軸肩a2上；殼體b經(jīng)左軸承c和右軸承c’安裝在懸臂軸a上，左軸承c和右軸承c’的外圈分別壓在殼體b的左右兩側(cè)；殼體b上設(shè)有腔體b1，腔體b1的側(cè)壁端部經(jīng)螺釘安裝有端蓋k和調(diào)頻質(zhì)量塊m，端蓋k上設(shè)有凸臺k1，凸臺k1的上端面經(jīng)螺釘安裝有電路板s、側(cè)壁上經(jīng)螺釘固定有彈簧片i和壓電振子p，壓電振子p由基板p1和壓電片p2粘接而成，壓電振子p的端部經(jīng)螺釘安裝有頂塊q；壓電振子p對稱地配置在彈簧片i的兩側(cè)，壓電振子p與彈簧片i之間以及兩個相鄰的壓電振子p之間都壓接有墊片n，基板p1靠近彈簧片i安裝，頂塊q頂靠在彈簧片i上，彈簧片i的自由端經(jīng)螺釘安裝有受激磁鐵r；腔體b1的上壁b2為圓弧形，上壁b2上對稱地鑲嵌有用于調(diào)頻與增幅的定磁鐵一g、經(jīng)螺釘安裝有用于緩沖與限位的定磁鐵二h，定磁鐵二h與受激磁鐵r的幾何中心位于同一圓周上。

壓電振子p安裝前為平直結(jié)構(gòu)、安裝后為彎曲結(jié)構(gòu)，非工作時壓電片p2上的最大壓應(yīng)力為其許用壓應(yīng)力的一半，即壓電振子p的變形量為其最大允許變形量的一半并由下式確定：其中：b＝1-α+αβ，a＝α⁴(1-β)²-4α³(1-β)+6α²(1-β)-4α(1-β)+1，α＝hm/h，β＝em/ep，hm和h為別為基板厚度和壓電振子總厚度，em和ep分別為基板p1和壓電片p2的楊氏模量，k31和分別為壓電陶瓷材料的機電耦合系數(shù)和許用壓應(yīng)力，l為壓電振子的長度。

彈簧片i未發(fā)生彎曲變形時，彈簧片i兩側(cè)的壓電振子p的變形和受力狀態(tài)分別相同。工作時，即當(dāng)風(fēng)力發(fā)電機葉片y帶動懸臂軸a以及激勵磁鐵e及e’隨著發(fā)電機主軸z轉(zhuǎn)動時，殼體b、壓電振子p及彈簧片i相對懸臂軸a轉(zhuǎn)動，從而使受激磁鐵r與軸套d兩個截面上的激勵磁鐵e和e’之間的距離發(fā)生變化、受激磁鐵r向著與其逐漸靠近的激勵磁鐵e或e’移動，與逐漸靠近的激勵磁鐵e或e’處于彈簧片i同側(cè)的定磁鐵一g提高了受激磁鐵r的移動速度和位移量、定磁鐵二h限制受激磁鐵r的最大位移量；當(dāng)激勵磁鐵e或e’逐漸轉(zhuǎn)離受激磁鐵r時，受激磁鐵r所受的吸引力逐漸減小并在彈簧片i彈性力的作用下逐漸復(fù)位；同時，另一個軸截面上的激勵磁鐵e’或e逐漸轉(zhuǎn)近，加速了受激磁鐵r的復(fù)位并繼續(xù)向與之轉(zhuǎn)近的激勵磁鐵e或e’方向運動；受激磁鐵r上述的左右往復(fù)移動過程中，通過彈簧片i帶動壓電振子p往復(fù)彎曲變形，從而將機械能轉(zhuǎn)換成電能；當(dāng)受激磁鐵r與定磁鐵二h接觸時，壓電片p2所受的壓應(yīng)力為其許用壓應(yīng)力。