一種用于風電齒輪箱監(jiān)測系統(tǒng)供電的旋流激勵發(fā)電機的制作方法
【專利摘要】本實用新型涉及一種用于風電齒輪箱監(jiān)測系統(tǒng)供電的旋流激勵發(fā)電機，屬壓電發(fā)電領(lǐng)域。主軸上自左至右依次套有殼體、左軸套、輪緣、右軸套及帶進口的右壁板，主軸端部裝有擋板，輪緣與主軸間經(jīng)鍵連接；殼體筒壁上設(shè)有出口，殼體筒壁端部與右壁板相連，殼體筒壁外側(cè)裝有配重塊；殼體筒壁端部依次裝有限位框、壓電振子和壓塊，限位框和壓電振子置于右壁板的進口內(nèi)；壓電晶片靠近限位框安裝，壓電晶片長與寬分別小于限位框空腔的長與寬，金屬基板長與寬分別大于限位框空腔的長與寬。優(yōu)勢特色：由旋轉(zhuǎn)引起的流體運動激勵壓電振子，無剛性沖擊及電磁干擾；壓電晶片僅承受范圍可控的壓應力，可靠性高；無需固定支撐，懸臂齒輪軸及多齒輪共軸的場合均可應用。
【專利說明】
-種用于風電齒輪箱監(jiān)測系統(tǒng)供電的旋流激勵發(fā)電機
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本實用新型屬于齒輪監(jiān)測及壓電發(fā)電技術(shù)領(lǐng)域，具體設(shè)及一種用于風電齒輪箱監(jiān) 測系統(tǒng)供電的旋流激勵發(fā)電機。
【背景技術(shù)】
[0002] 齒輪箱是風力發(fā)電機組的關(guān)鍵部件，其功能是傳輸動力。風力發(fā)電機正常運轉(zhuǎn)時， 風輪的轉(zhuǎn)速較低、致使發(fā)電機效率較低，故需通過齒輪箱增速W提高發(fā)電能力及效率。由于 風電齒輪箱工作在變速變載荷環(huán)境下，故易發(fā)生故障;此外，風電齒輪箱出現(xiàn)故障時維修困 難、且成本高，風電齒輪箱運行及維護成本可高達總體運行成本的30%。因此，人們提出了 多種形式的齒輪箱狀態(tài)實時監(jiān)測系統(tǒng)與方法，W期實時獲得齒輪箱的各相關(guān)參數(shù)、及時發(fā) 現(xiàn)并解決問題，從而降低設(shè)備損壞程度及維修成本。目前，風電齒輪箱監(jiān)測的要素包括齒 輪、軸承及輪軸等運動部件的載荷、振動及溫度等諸多方面。
[0003] 對于齒輪及軸的監(jiān)測而言，理想的方法是將各類傳感監(jiān)測系統(tǒng)安裝在齒輪或軸上 或靠近齒輪或軸安裝，從而實現(xiàn)其運行狀態(tài)的直接在線監(jiān)測；但運種監(jiān)測方案因無法為傳 感監(jiān)測系統(tǒng)的提供可靠、充足的電力供應而難于推廣應用，原因在于:①齒輪和軸處于旋轉(zhuǎn) 運動狀態(tài)，無法通過電纜供電；②如采用電池供電，因電池使用壽命有限而需經(jīng)常更換，當 電池電量不足而未及時更換時將無法實現(xiàn)有效的監(jiān)測;③遠離軸承座的懸臂軸及其端部齒 輪W及多個齒輪共軸時，都無法通過旋轉(zhuǎn)齒輪或軸與固定支撐件間相對運動構(gòu)造微小型發(fā) 電機。鑒于風電齒輪箱齒輪及軸的監(jiān)測系統(tǒng)能源供應問題，目前實際中還無法實現(xiàn)真正意 義上的實時在線監(jiān)測。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 針對現(xiàn)有風電齒輪箱中齒輪監(jiān)測系統(tǒng)所面臨的供電難題，本實用新型提出一種用 于風電齒輪箱監(jiān)測系統(tǒng)供電的旋流激勵發(fā)電機。本實用新型采用的實施方案是:齒輪安裝 在主軸上，主軸上自左至右依次套有殼體、左軸套、帶葉片的輪緣、右軸套、及設(shè)有進口的右 壁板，主軸端部經(jīng)螺釘安裝有擋板;殼體壁板和右壁板分別經(jīng)軸承套在主軸上，殼體壁板上 的軸承內(nèi)圈左側(cè)頂靠在主軸軸肩上，右壁板上的軸承內(nèi)圈右側(cè)頂靠在擋板上，輪緣與主軸 間經(jīng)鍵連接;殼體筒壁上設(shè)有出口，殼體筒壁的端部經(jīng)螺釘與右壁板相連，殼體筒壁的外側(cè) 經(jīng)螺釘安裝有配重塊;殼體筒壁的端部經(jīng)螺釘依次安裝有限位框、壓電振子和壓塊，限位框 和壓電振子置于右壁板上的進口內(nèi)；壓電振子由金屬基板和壓電晶片粘接而成，壓電振子 自由端經(jīng)螺釘安裝有調(diào)頻質(zhì)量塊;壓電晶片靠近限位框安裝，壓電晶片的長度和寬度分別 小于限位框的空腔長度和寬度，金屬基板的長度和寬度分別大于限位框空腔的長度和寬 度;殼體、右壁板及壓電振子共同構(gòu)成工作腔。
[0005] 本實用新型中，為提高壓電振子的動態(tài)響應特性、發(fā)電量及可靠性，壓電晶片為 0.2mm~0.3mm厚的PZT4,金屬基板為被青銅、且金屬基板與壓電晶片的厚度比為a = 1~ 2.5,此時的發(fā)電量較大、即能量比較大;能量比是指各不同厚度比的壓電振子一次彎曲變 形所產(chǎn)生的電能與其中的最大值之比，一次彎曲變形是指壓電振子從自由狀態(tài)到金屬基板 完全貼靠在限位框的限位曲面上的變形過程;限位框的限位面為圓弧曲面且其合理的曲率 半徑為
其中，a = hm/hp為厚度比，hm和hp分別為金 屬基板和壓電晶片的厚度。
[0006] 非工作時，主軸不轉(zhuǎn)動、壓電振子與主軸軸線垂直，右壁板上的入口被壓電振子擋 住;工作狀態(tài)下，主軸帶動葉片轉(zhuǎn)動并引起流體運動，使工作腔內(nèi)部壓電振子所處的進口處 的流體壓強降低、出口處壓強增高，流體經(jīng)進口流入工作腔、經(jīng)出口流出，壓電振子在流體 壓力作用下向左彎曲變形、并達到某一相對固定的動平衡轉(zhuǎn)角，此后便開始往復振動、將流 體動能轉(zhuǎn)換成電能;壓電振子的動平衡轉(zhuǎn)角隨主軸轉(zhuǎn)速的增加而增加，當主軸轉(zhuǎn)速過高、壓 電振子所受流體作用力較大時，壓電振子彎曲部分的金屬基板將貼靠在限位框上，從而避 免壓電晶片因所受應力過大而損毀。
[0007] 優(yōu)勢與特色:①利用旋轉(zhuǎn)引起的流體運動激勵壓電振子發(fā)電，無剛性沖擊及電磁 干擾;②壓電晶片工作在壓應力狀態(tài)下且最大應力可控;③無需固定支撐、適用范圍廣，懸 臂軸齒輪及多齒輪共軸的場合均可應用，可實現(xiàn)真正意義的齒輪在線監(jiān)測。
【附圖說明】
[0008] 圖1是本實用新型一個較佳實施例中俘能器的結(jié)構(gòu)剖面圖；
[0009] 圖2是圖1的A-A剖視圖；
[0010] 圖3是本實用新型一個較佳實施例中限位框的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0011] 圖4是圖3的左視圖；
[0012] 圖5是壓電振子的能量比與厚度比的關(guān)系曲線。
【具體實施方式】
[0013] 齒輪a安裝在主軸d上，主軸d上自左至右依次套有殼體q、左軸套C、帶葉片n的輪緣 m、右軸套j、及設(shè)有進口 Pl的右壁板P，主軸d的端部經(jīng)螺釘安裝有擋板k;殼體q的壁板ql和 右壁板P分別經(jīng)軸承b套在主軸d上，殼體q的壁板ql上的軸承b的內(nèi)圈左側(cè)頂靠在主軸d的軸 肩上，右壁板P上的軸承b的內(nèi)圈右側(cè)頂靠在擋板k上，輪緣m與主軸d間經(jīng)鍵1連接;殼體q的 筒壁q2上設(shè)有出口 q3,殼體q的筒壁q2的端部經(jīng)螺釘與右壁板P相連，殼體q的筒壁q2的外側(cè) 經(jīng)螺釘安裝有配重塊g;殼體q的筒壁q2的端部經(jīng)螺釘依次安裝有限位框i、壓電振子f和壓 塊h，限位框i和壓電振子f置于右壁板P上的進口 Pi內(nèi)；所述壓電振子f由金屬基板n和壓電 晶片f2粘接而成，壓電振子f自由度經(jīng)螺釘安裝有調(diào)頻質(zhì)量塊e;壓電晶片f2靠近限位框i安 裝，壓電晶片f2的長度和寬度分別小于限位框i的空腔il的長度和寬度，金屬基板n的長度 和寬度分別大于限位框i的空腔n的長度和寬度;殼體q、右壁板P及壓電振子f共同構(gòu)成工 作腔。
[0014] 本實用新型中，為提高壓電振子f的動態(tài)響應特性、發(fā)電量及可靠性，壓電晶片f2 為0.2mm~0.3mm厚的PZT4，金屬基板n為被青銅且金屬基板n與壓電晶片f2的厚度比為a =1~2.5,此時的發(fā)電量較大、即能量比較大;能量比是指各不同厚度比的壓電振子f 一次 彎曲變形所產(chǎn)生的電能與其中的最大值之比，一次彎曲變形是指壓電振子f從自由狀態(tài)到 金屬基板n完全貼靠在限位框i的限位曲面i2上的變形過程;限位框i的限位面i2為圓弧曲 面且其合理的曲率半徑R為：
，其中a = hm/hp為厚度 比，hm和hp分別為金屬基板n和壓電晶片f 2的厚度。
[0015] 非工作時，主軸d不轉(zhuǎn)動、壓電振子f與主軸d的軸線垂直，右壁板P上的入口 Pl被壓 電振子f擋住;工作狀態(tài)下，主軸d帶動葉片n轉(zhuǎn)動并引起流體運動，使工作腔內(nèi)部壓電振子f 所處的進口 Pl處的流體壓強降低、出口 q3處的壓力增高，流體經(jīng)進口 Pl流入工作腔、經(jīng)出口 q3流出，壓電振子f在流體壓力作用下向左彎曲變形、并達到某一相對固定的動平衡轉(zhuǎn)角， 此后便開始往復振動、將流體動能轉(zhuǎn)換成電能;壓電振子f的動平衡轉(zhuǎn)角隨主軸d轉(zhuǎn)速的增 加而增加，當主軸d轉(zhuǎn)速過高、壓電振子f所受流體作用力較大時，壓電振子f的彎曲部分的 金屬基板n將貼靠在限位框i上，從而避免壓電晶片f2因所受應力過大而損毀。
【主權(quán)項】
1. 一種用于風電齒輪箱監(jiān)測系統(tǒng)供電的旋流激勵發(fā)電機，其特征在于：主軸上自左至 右依次套有殼體、左軸套、帶葉片的輪緣、右軸套及設(shè)有進口的右壁板，主軸端部安裝有擋 板;殼體壁板和右壁板分別經(jīng)軸承套在主軸上，殼體壁板上的軸承內(nèi)圈左側(cè)頂靠在主軸軸 肩上，右壁板上的軸承內(nèi)圈右側(cè)頂靠在擋板上，輪緣與主軸間經(jīng)鍵連接;殼體筒壁上設(shè)有出 口，殼體筒壁端部經(jīng)螺釘與右壁板相連，殼體筒壁的外側(cè)安裝有配重塊;殼體筒壁端部經(jīng)螺 釘依次安裝有限位框、壓電振子和壓塊，限位框和壓電振子置于右壁板上的進口內(nèi)；壓電振 子由金屬基板和壓電晶片粘接而成，壓電振子自由端安裝有調(diào)頻質(zhì)量塊。
【文檔編號】F03D17/00GK205681349SQ201620626150
【公開日】2016年11月9日
【申請日】2016年6月15日 公開號201620626150.8, CN 201620626150, CN 205681349 U, CN 205681349U, CN-U-205681349, CN201620626150, CN201620626150.8, CN205681349 U, CN205681349U
【發(fā)明人】王淑云, 余杰, 蔡建程, 闞君武, 陳松
【申請人】浙江師范大學