一種風電齒輪箱監(jiān)測用旋流激勵壓電俘能器的制造方法
【專利摘要】本實用新型涉及一種風電齒輪箱監(jiān)測用旋流激勵壓電俘能器，屬壓電發(fā)電領(lǐng)域。主軸上自左至右依次套有左壁板、左軸套、輪緣、右軸套及右壁板，端部裝有擋板；左壁板上軸承的內(nèi)圈左側(cè)頂靠在軸肩上，右壁板上軸承的內(nèi)圈右側(cè)頂靠在擋板上；葉片與輪緣母線間存在一定的夾角；殼體兩端分別與左右壁板相連，殼體外壁上裝有配重塊；殼體左右兩端均裝有限位框和壓電振子，壓電晶片長度和寬度分別小于限位框空腔的長度和寬度，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。優(yōu)勢特色：由旋轉(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；壓電晶片僅承受范圍可控的壓應(yīng)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(yīng)用。
【專利說明】
-種風電齒輪箱監(jiān)測用旋流激勵壓電停能器
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)及一種風電齒輪箱監(jiān)測用 旋流激勵壓電俘能器。
【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(yīng)而難于推廣應(yīng)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(yīng)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風 電齒輪箱監(jiān)測用旋流激勵壓電俘能器。本實用新型采用的實施方案是:齒輪的主軸上自左 至右依次套有設(shè)有出口的左壁板、左軸套、安裝有葉片的輪緣、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;左壁板和右壁板分別經(jīng)軸承套在主軸上，左壁板上的軸承 內(nèi)圈左側(cè)頂靠在主軸的軸肩上，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，葉片與輪緣母線間存在一定的夾角;殼體的兩端分別經(jīng)螺釘與左壁板和右壁板相 連，殼體的外壁上經(jīng)螺釘安裝有配重塊;殼體的左端經(jīng)螺釘依次安裝有限位框和壓電振子， 殼體右端經(jīng)螺釘依次安裝有限位框、壓電振子和壓塊;所述壓電振子由金屬基板和壓電晶 片粘接而成，壓電振子自由端通過螺釘安裝有調(diào)頻質(zhì)量塊;壓電振子安裝時壓電晶片靠近 限位框安裝，壓電晶片長度和寬度分別小于限位框空腔的長度和寬度，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、左壁板、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(yīng)特性、發(fā)電能力及可靠性，壓電晶片為 0.2~0.3mm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 = l~2.5,此 時壓電振子發(fā)電能力較佳、即電力比較大;能量比是指各不同厚度比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；限位曲面為圓弧面且其合理的半徑為
其中，a = hm/hp為厚度比，hm和hp分別為金屬基板和 壓電晶片厚度;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 晶片的厚度之比范圍為1~2.5。
[0006] 非工作時，主軸不轉(zhuǎn)動、壓電振子與主軸軸線垂直，左壁板上的出口和右壁板上的 入口均被壓電振子擋住;工作狀態(tài)下，即主軸帶動葉片轉(zhuǎn)動時，由于葉片與輪緣母線間存在 夾角，葉片將迫使流體自右向左流動，從而使工作腔內(nèi)部流體壓強發(fā)生變化:右壁板一側(cè)的 流體壓力降低、左壁板一側(cè)的流體壓力增加，置于左壁板及右壁板上的壓電振子在流體壓 力差的作用下均向左彎曲變形、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，壓電振子的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(yīng)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(yīng)力狀態(tài)下、且最大應(yīng)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(yīng)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是本實用新型一個較佳實施例中葉片與輪緣裝配后的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0013] 圖6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】
[0014] 齒輪a安裝在主軸d上，主軸d上自左至右依次套有設(shè)有出口rl的左壁板r、左軸套 C、安裝有葉片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;左壁板r和右壁板P分別經(jīng)軸承b套在主軸d上，左壁板r上的軸承b的內(nèi)圈左側(cè)頂靠在主 軸d的軸肩上，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，葉 片n與輪緣m的母線間存在一定的夾角Q;殼體q的兩端分別經(jīng)螺釘與左壁板r和右壁板P相 連，殼體q的外壁上經(jīng)螺釘安裝有配重塊g;殼體q的左端經(jīng)螺釘依次安裝有限位框i和壓電 振子f，殼體q右端經(jīng)螺釘依次安裝有限位框i、壓電振子f和壓塊h;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自由度通過螺釘安裝有調(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il的長度和寬度;殼體q、左壁板r、右壁板P及 壓電振子f共同構(gòu)成工作腔；
[0015] 本實用新型中，為提高壓電振子f的動態(tài)響應(yīng)特性、發(fā)電量及可靠性，壓電晶片f2 為0.2~0.3mm厚的PZT4,金屬基板n為被青銅、且金屬基板n與壓電晶片f 2的厚度比為a = 1~2.5,此時壓電振子發(fā)電能力較佳、即電能比較大;能量比是指各不同厚度比壓電振子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的服仿曲而1' 2 H的巧化討賴.服仿巧1?的限位曲面i2為 圓弧面，且限位曲面i2的合理半徑為
，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f2的厚度。
[0016] 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，左壁板r上的出口 rl和右 壁板P上的入口Pl均被壓電振子f擋住;工作狀態(tài)下，即主軸d帶動葉片n轉(zhuǎn)動時，由于葉片n 與輪緣m的母線間存在夾角Q，片n將迫使流體自右向左流動，從而使工作腔內(nèi)部流體壓強發(fā) 生變化:右壁板P-側(cè)的流體壓力降低、左壁板r 一側(cè)的流體壓力增加，置于左壁板r及右壁 板P上的壓電振子f在流體壓力差的作用下均向左彎曲變形、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(yīng)力過大而損毀。
【主權(quán)項】
1. 一種風電齒輪箱監(jiān)測用旋流激勵壓電俘能器，其特征在于：齒輪的主軸上自左至右 依次套有設(shè)有出口的左壁板、左軸套、裝有葉片的輪緣、右軸套及設(shè)有進口的右壁板，主軸 端部裝有擋板;左右壁板分別經(jīng)軸承套在主軸上，左壁板上的軸承內(nèi)圈左側(cè)頂靠在主軸的 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，葉片與輪緣母線 間存在一定的夾角;殼體兩端分別經(jīng)螺釘與左右壁板相連，殼體的外壁上安裝有配重塊;殼 體左端經(jīng)螺釘依次安裝有限位框和壓電振子，殼體右端經(jīng)螺釘依次安裝有限位框、壓電振 子和壓塊;壓電振子由金屬基板和壓電晶片粘接而成，壓電振子自由端裝有調(diào)頻質(zhì)量塊;壓 電晶片為0 · 2~0 · 3mm厚的PZT4。
【文檔編號】H02N2/18GK205681351SQ201620626220
【公開日】2016年11月9日
【申請日】2016年6月15日 公開號201620626220.X, CN 201620626220, CN 205681351 U, CN 205681351U, CN-U-205681351, CN201620626220, CN201620626220.X, CN205681351 U, CN205681351U
【發(fā)明人】曾平, 范春濤, 闞君武, 王鴻云, 王淑云
【申請人】浙江師范大學