本發明屬于新能源和發電技術領域，具體涉及一種徑向拉壓激勵旋轉式壓電發電機，用于旋轉體的健康監測系統供電。

背景技術：

為滿足直升機螺旋槳、汽車輪胎、航空發動機、高速列車、油氣鉆、齒輪等旋轉體或其軸承組件健康監測系統的供電需求，國內外學者已經提出了多種形式的旋轉式壓電發電機，其共同特點在于：(i)以單體的圓形或懸臂梁壓電振子為能量轉換器件，變形量無法控制；(ii)工作中壓電體承受交變的拉-壓應力作用；(iii)通過軸向激勵迫使壓電振子振動發電。因單體壓電振子變形量無法控制、且壓電材料許用拉應力遠遠低于其許用壓應力，當變形量及所受壓應力較大時脆性的壓電體易破碎，系統可靠性低；此外，齒輪箱、列車輪對等大多產品的軸向空間有限，無法或不便安裝激勵機構、或無法滿足壓電振子軸向振動發電的空間需求。顯然，現有旋轉式壓電發電在可靠性及環境的適應性方面還存在較大問題，不便進一步推廣應用。

技術實現要素：

針對現有旋轉式壓電發電在可靠性及環境的適應性方面所存在的問題，本發明提出一種徑向拉壓激勵旋轉式壓電發電機。本發明采用的實施方案是：轉子的轉軸經軸承安裝在主體底壁上，轉子的轉盤置于主體腔內，轉盤上設有盤槽和盤腔，盤槽和盤腔經導孔連通；端蓋經螺釘安裝在主體側壁的端部，端蓋上經螺釘固定有定子，定子上鑲嵌有定磁鐵，定子上鑲嵌有定磁鐵的一端置于盤腔內；壓電振子由金屬基板和壓電晶片粘接而成，金屬基板的兩端經螺釘和壓塊固定在盤槽的側壁上、中間經螺釘和壓塊固定在施力桿軸肩上，施力桿軸肩將施力桿分成內半軸和外半軸，內半軸端部安裝有動磁鐵，動磁鐵置于轉子的導孔內；外半軸上套有平衡彈簧，軸肩將平衡彈簧壓接在盤槽的側壁上；壓電振子裝配前的自然狀態下為平直結構、且其長度大于轉子上盤槽的徑向長度，安裝后變為彎曲結構、且壓電晶片的曲率半徑小于金屬基板的曲率半徑；置于施力桿軸肩內外兩側的各壓電振子分別構成內發電單元和外發電單元。

正常工作狀態下，且當動磁鐵與定磁鐵之間距離最遠、相互作用力最小時，施力桿在平衡彈簧的彈性力、動定磁鐵間的磁力、及旋轉運動引起的離心力作用下處于平衡狀態，內外發電單元中壓電振子的受力狀態與安裝后非工作時的狀態相同，壓電晶片所受壓應力為其許用值的一半；隨著轉子轉動，動定磁鐵間距離縮短、作用力增加，施力桿的平衡狀態被破壞，內外發電單元中壓電振子形狀及壓電晶片受力狀態都將發生變化。當磁力增加使動定磁鐵間距離減小時，內發電單元縮短、其內部壓電晶片所受壓應力增加，外發電單元伸長、其內部壓電晶片所受壓應力減小；反之，當磁力增加使動定磁鐵間距離增加時，內發電單元伸長、其內部壓電晶片所受壓應力減小，外發電單元縮短、其內部壓電晶片所受壓應力增加；在上述內外發電單元交替伸長與縮短過程中，一個發電單元的縮短量受另一個發電單元伸長量的限制，即當一個發電單元伸長量最大、壓電振子被拉平時，另一個發電單元的縮短量達到最大，可確保壓電晶片始終承受合理的壓應力，可靠性高。

優勢與特色：①通過安裝的方法將平直壓電振子變成彎曲結構，形成沿旋轉體徑向伸縮振動的發電裝置，結構及制作工藝簡單、成本低；②壓電晶片僅工作在壓應力狀態下、且壓應力范圍可控，可靠性高；③通過徑向拉的方法壓激勵壓電振子，適于軸向尺寸受限及徑向尺寸較大的場合。

附圖說明

圖1是本發明一個較佳實施例中發電機的結構剖面圖；

圖2圖1的左視圖；

圖3圖1的A部放大圖；

圖4是本發明一個較佳實施例中壓電振子安裝前的結構示意圖；

圖5是本發明一個較佳實施例中轉子的結構示意圖。

具體實施方式

轉子k的轉軸k1經軸承j安裝在主體a的底壁a2上，轉子k的轉盤k2置于主體a的內腔a3內，轉盤k2上設有盤槽k3和盤腔k4，盤槽k3和盤腔k4經導孔k5連通；端蓋b經螺釘安裝在主體a的側壁a1的端部，端蓋b上經螺釘固定有定子f，定子f上鑲嵌有定磁鐵g，定子f上鑲嵌有定磁鐵g的一端置于盤腔k4內；壓電振子e由金屬基板e1和壓電晶片e2粘接而成，金屬基板e1的兩端經螺釘和壓塊i固定在盤槽k3的側壁上、中間經螺釘和壓塊i固定在施力桿c的軸肩c1上，施力桿c的軸肩c1將施力桿c分成內半軸c2和外半軸c3，內半軸c2的端部安裝有動磁鐵h，動磁鐵置于轉子k的導孔k5內；外半軸c3上套有平衡彈簧d，軸肩c1將平衡彈簧d壓接在盤槽k3的側壁上；壓電振子e裝配前的自然狀態下為平直結構、且其長度L1大于轉子k上盤槽k3的徑向長度L2，安裝后變為彎曲結構、且壓電晶片e2的曲率半徑小于金屬基板e1的曲率半徑；置于施力桿c的軸肩c1內外兩側的各壓電振子e分別構成內發電單元I和外發電單元II。

正常工作狀態下，且當動磁鐵h與定磁鐵g之間距離最遠、相互作用力最小時，施力桿c在平衡彈簧d的彈性力、動磁鐵h與定磁鐵g間的磁力、及旋轉運動引起的離心力作用下處于平衡狀態，內發電單元I和外發電單元II中壓電振子e的受力狀態與安裝后非工作時的狀態相同，壓電晶片e2所受的壓應力為其許用值的一半；隨著轉子k轉動，動磁鐵h和定磁鐵g間的距離縮短、作用力增加，施力桿c的平衡狀態被破壞，內發電單元I和外發電單元II中壓電振子e形狀及壓電晶片e2的受力狀態都將發生變化。當磁力增加使動磁鐵h和定磁鐵g間距離減小時，內發電單元I縮短、其內部壓電晶片e2所受壓應力增加，外發電單元伸長、其內部壓電晶片e2所受壓應力減小；反之，當磁力增加使動磁鐵h和定磁鐵g間距離增加時，內發電單元I伸長、其內部壓電晶片e2所受壓應力減小，外發電單元II縮短、其內部壓電晶片e2所受壓應力增加；在上述內外發電單元I和II交替伸長與縮短過程中，一個發電單元的縮短量受另一個發電單元伸長量的限制，即當一個發電單元伸長量最大、壓電振子e被拉平時，另一個發電單元的縮短量達到最大；故可確保壓電晶片e2始終承受合理的壓應力，可靠性高。