一种轴向拉伸激励的旋转式风力发电机的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于新能源技术领域，具体涉及一种轴向拉伸激励的旋转式风力发电机， 为无线传感器节点等微功率无线系统提供实时的能量供应。
【背景技术】
[0002] 风能广泛存在于自然界中，风力发电已成为当今世界主流的能源之一。以往人们 只注重大规模风力发电系统的研宄，近年来，随着无线传感网络技术的日趋成熟及其在环 境监测、大型建筑物及桥梁的健康监测、工业、军事及公共安全等领域应用的普及，为其提 供持续能源供应的微小型风力发电机的研宄受到国内外学者的广泛关注，其原因在于：化 学电池的能量有限、其使用时间远远小于无线传感监测系统的寿命，故需经常更换，严重制 约了无线传感网络监测系统在远程及危险环境中的推广应用。目前已提出的微小型风力发 电机基本都是基于电磁原理和压电原理的，因压电式发电机的发电过程中不会产生电磁干 扰，更适用于无线网络节点等无线系统的应用需求。根据机械能的来源形式及能量密度，可 采用块状和薄片型压电振子发电，其中块状压电振子需要较大冲击力、而薄片型压电振子 所需激振力较小，因此更适合构造能量密度相对较低的风力发电机。现有的利用薄片型压 电振子构造的风力发电机主要有两大类：一是吹拂激励式，即直接利用风力吹动压电振子 使其产生弯曲变形并发电，如中国专利97101500. 7、201110175062. 2、200910104106. 5 ;其 二是旋转激励式，即首先利用风使叶片旋转、再由叶片带动转动机构拨动压电振子弯曲变 形并发电，如中国专利200910081331. 1、201010519391.X等。上述压电发电机的共同特点 是都是利用压电振子的弯曲变形发电，其弊端之一是压电振子弯曲变形量不可控、易因所 受拉应力过大而损毁，弊端之二是弯曲变形时悬臂梁压电振子应力差异较大，根部所受应 力最大、而自由端应力为零，故发电能力和可靠性均较低。
【发明内容】
[0003] 本发明提供一种轴向拉伸激励的旋转式风力发电机，以提高实时的发电供电能力 和可靠性。本发明采用的实施方案是：主体由支架、筒壁及隔板构成，隔板上设有导向孔，筒 壁一端经螺钉安装有盖板，盖板上均布地设有径向燕尾槽；主体隔板及盖板上设有燕尾槽 一侧的中心处分别镶嵌有轴承；主轴经轴承安装在主体隔板及盖板上，主轴经主体隔板伸 出，主轴端部安装有叶片；转盘经卡簧和平键固定在主轴上，转盘置于筒壁内且与隔板滑动 接触，转盘侧面镶嵌有磁柱，置于同一圆周上各磁柱均匀分布、且两相邻磁柱间的距离小于 磁柱自身半径；两个在其圆弧凸起处粘接有压电片的金属片经铆钉铆接构成压电振子，压 电振子通过与其两端所铆接的楔块和磁块构成换能器，磁块上设有导柱；换能器上磁块的 导柱置于隔板的导向孔中，换能器上楔块置于盖板的燕尾槽中并经主体的筒壁压紧，同一 换能器上楔块的径向宽度大于磁块的径向宽度；各换能器上磁块的磁极配置方向相同、且 均与镶嵌在转盘上磁柱的异性磁极靠近安装；转盘转动时磁块始终承受来磁柱的吸引力。
[0004] 为使压电振子最大限度地利用振动能量发电、并避免压电 片因拉应力过大而损坏，装机前金属片上圆弧凸起的最小半径应为
【主权项】
1. 一种轴向拉伸激励的旋转式风力发电机，其特征在于：主体由支架、筒壁及隔板构 成，隔板上设有导向孔，筒壁一端经螺钉装有盖板，盖板上均布地设有径向燕尾槽；隔板及 盖板中心处分别镶嵌有轴承；主轴经轴承安装在隔板及盖板上，主轴经隔板伸出，主轴端部 装有叶片；转盘经卡簧和平键固定在主轴上，转盘置于筒壁内且与隔板滑动接触，转盘侧面 镶有磁柱，置于同一圆周上各磁柱均匀分布、且两相邻磁柱间距小于磁柱半径；两个在其圆 弧凸起处粘接有压电片的金属片经铆接构成压电振子，压电振子与其两端铆接的楔块和磁 块构成换能器，磁块上设有导柱；换能器上磁块的导柱置于隔板的导向孔中，换能器上的楔 块置于盖板的燕尾槽中并经主体的筒壁压紧，同一换能器上楔块的径向宽度大于磁块的径 向宽度；各换能器上磁块的磁极配置方向相同、且均与镶嵌在转盘上磁柱的异性磁极靠近 安装，转盘转动时磁块始终承受来磁柱的吸引力；装机前金属片上圆弧凸起的最小半径应
，式中hp和hj别为压 电片和金属片的厚度，a=hm/(hm+hp)，
，|3 =Em/ Ep，Ep和Ej别为压电片和金属片的杨氏模量，@、Tp分别为压电材料的机电親合系数和 许用拉应力。
【专利摘要】本发明涉及一种轴向拉伸激励的旋转式风力发电机，属于新能源领域。主轴经轴承安装在主体隔板及盖板上，主轴端部装有叶片；转盘经卡簧和平键固定在主轴上，转盘上镶有磁柱，两个在其圆弧凸起处粘接有压电片的金属片经铆接构成压电振子，压电振子与其两端铆接的楔块和磁块构成换能器；换能器上磁块的导柱置于隔板的导向孔中、楔块置于盖板的燕尾槽中并经主体的筒壁压紧；各换能器上磁块的磁极配置方向相同、且均与镶嵌在转盘上磁柱的异性磁极靠近安装。特色与优势：利用预弯型压电振子长度方向的伸缩变形发电，压电片仅受压应力作用、可靠性高；利用镶嵌磁柱的转盘同时非接触激励多组压电振子发电，发供电能量强、且无机械冲击及噪音。
【IPC分类】F03D9-00, H02N2-18
【公开号】CN104578909
【申请号】CN201510007290
【发明人】王淑云, 富佳伟, 李凝, 阚君武, 费翔, 方江海
【申请人】浙江师范大学
【公开日】2015年4月29日
【申请日】2015年1月7日