一種壓電式礦井提升機旋轉過程連續發電裝置制造方法
【專利摘要】一種壓電式礦井提升機旋轉過程連續發電裝置，包括對稱扣合并固定在轉軸上的上下基座，上下基座上依次對稱間隔設有能量采集模塊、整流模塊和儲能模塊，能量采集模塊、整流模塊和儲能模塊外部罩扣有固定在基座上的保護罩，能量采集模塊包括呈箱體狀的壓電襯套，壓電襯套的內設有質量棒，質量棒周圍對稱設有與質量棒圓柱面相貼合的四個壓電片，四個壓電片對稱貼合安裝在壓電襯套中空內圓表面上開設的方形凹槽壁內。利用能量采集模塊將提升機轉軸旋轉過程中的重力勢能、振動能量等機械能連續不斷地轉化為電能后經整流模塊和儲能模塊進行存儲，實現為旋轉監測系統提供電源，無電磁場對無線傳輸的干擾，使用方便，維護成本低。
【專利說明】一種壓電式礦井提升機旋轉過程連續發電裝置
【技術領域】
[0001] 本發明涉及一種壓電式礦井提升機旋轉過程連續發電裝置，屬于能源和電子技術 領域。尤其適用于將振動能量等機械能轉化為電能，為旋轉監測系統提供電源。
【背景技術】
[0002] 目前，旋轉設備的結構日益復雜，功能也豐富多樣，其安全運行的要求越來越高， 因而對旋轉設備關鍵旋轉部件進行實時的健康監測受到了廣泛的關注和研究。對旋轉部件 進行監測系統構建時，傳統的有線數據傳輸形式表現出很大的局限性，因而，無線傳輸技術 得到了廣泛的應用。但是，基于無線傳輸的監測系統存在能源連續供給不足的問題。
[0003] 現有技術中用于解決無線監測系統供電的方法大體可以歸結為三種：第一種也是 最簡單的一種，就是在旋轉機構上使用的監測系統中附加一次性電池或者可充電電池。此 方法雖然簡單，但是需要配置和定期更換電池。第二種是通過電刷外接有線電源，通常實現 方式為：旋轉體上工作的監測系統設置相應的金屬片，外部設置與其配對的電刷，電刷連接 外部電源。旋轉過程中，電刷始終與金屬片接觸，實現供電。但是，旋轉機械通常工作在相 對惡劣和復雜的環境中，電刷會受到油污、灰塵的污染而使系統的供電不穩定。同時，電刷 與金屬片滑動摩擦，存在磨損情況，需要定期更換。第三種是通過射頻磁感應無線供電，夕卜 部電源通過線圈將頻率信號通過電磁輻射的發射到接收端線圈，再通過頻率電流轉換實現 為在旋轉機構上工作的監測系統提供電源。這種供電方式存在一定的電磁輻射，嚴重時影 響監測系統無線信號的有效傳輸。
[0004] 申請號為：201210451575. 6,公開了一種在旋轉機械上為測量傳感器供電的自供 電裝置，所涉及的供電裝置不屬于上述三種傳統的供電方式，其本質是一種通過旋轉線圈 切割磁力線產生電流的"電動機發電"模式，但是這種自供電方式需要增加一個外部支架支 撐固定電磁鐵，破環原有的設備基礎。申請號為：201310216345. 6公開了一種基于壓電懸 臂梁互激的懸垂式旋轉發電機，和專利號為ZL201110274652. 0公開的一種對稱礦井提升 機用旋轉壓電發電裝置，是通過磁力的變化使壓電片變形從而實現旋轉發電的目的。三個 專利公開的文獻，其原理是將機械能轉化為電磁能，最終通過壓電片轉化為電能。由于磁場 的存在，監測系統通過無線發射傳輸數據時會受到一定的影響。
【發明內容】
[0005] 技術問題：本發明的目的是克服已有技術中的不足之處，提供一種壓電式礦井提 升機旋轉過程連續發電裝置，通過將旋轉的機械能轉化為電能，從而為安裝在旋轉上的監 測系統提供自發電電源。
[0006] 技術方案：本發明的壓電式礦井提升機旋轉過程連續發電裝置，包括對稱扣合并 固定在轉軸上的上下基座，上下基座上依次對稱間隔設有能量采集模塊、整流模塊和儲能 模塊，能量采集模塊、整流模塊和儲能模塊外部罩扣有固定在基座上的保護罩，所述的能量 采集模塊包括呈箱體狀的壓電襯套，壓電襯套的內設有質量棒，質量棒周圍對稱設有與質 量棒圓柱面相貼合的四個壓電片，四個壓電片對稱貼合安裝在壓電襯套中空內圓表面上開 設的方形凹槽壁內。
[0007] 所述的壓電片分別包括絕緣填充層、間隔設在絕緣填充層內的多層壓電陶瓷和連 接多層壓電陶瓷的接線端子；所述的上下基座通過螺栓固定在轉軸上；所述的絕緣填充層 為彈性的絕緣材料。
[0008] 有益效果：本發明結合壓電原理實現將旋轉過程中的重力勢能，利用壓電效應將 旋轉的機械能轉化為電能，可以在不破壞旋轉和地基的情況下實現自發電，同時，也不存在 電磁場對監測系統無線傳輸的干擾。由于所設置的能量采集模塊、整流模塊和儲能模塊對 稱安裝，不會破壞原有旋轉的平衡。上下兩能量采集模塊上都包含有四個壓電片，充分利用 了旋轉過程中的機械能，提高了發電量，實現了轉軸整周旋轉過程中的不間斷。利用能量采 集模塊將提升機轉軸旋轉過程中的重力勢能、振動能量等機械能連續不斷地轉化為電能后 經整流模塊和儲能模塊進行存儲，實現為旋轉監測系統提供電源，無電磁場對無線傳輸的 干擾，不需要安裝支撐支架，使用方便，維護成本低，具有廣泛的實用性。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0009] 圖1是本發明裝置的側面剖視圖；
[0010] 圖2是本發明裝置的端部剖視圖；
[0011] 圖3是本發明裝置的壓電片斷面串聯結構示意圖；
[0012] 圖4是本發明裝置的壓電片斷面并聯結構示意圖。
[0013] 圖中：1-能量采集模塊，2-整流模塊，3-儲能模塊，4-上下基座，5-保護罩，6-轉 軸，7-質量棒，8 &、813、8(：、8(1-壓電片，9-壓電襯套，10-壓電陶瓷，11-接線端子，12-絕緣填 充層，13-螺栓。
【具體實施方式】
[0014] 下面結合附圖對本發明的一個實施例作進一步的描述：
[0015] 如圖1、圖2所示，本發明的壓電式礦井提升機旋轉過程連續發電裝置，主要由能 量采集模塊1、整流模塊2、儲能模塊3、上下基座4、保護罩5、轉軸6構成，上下基座4對稱 扣合通過螺栓13固定安裝在轉軸6上，隨轉軸6 -起轉動。上下基座4上分別設有上下對 稱間隔布置的能量采集模塊1、整流模塊2和儲能模塊3,能量采集模塊1、整流模塊2和儲 能模塊3外部設有扣合固定在上下基座4上的保護罩5,保護罩5用于保護對稱安裝在基座 4上的能量采集模塊1、整流模塊2和儲能模塊3,其中能量采集模塊1、整流模塊2和儲能 模塊3順序連接，所述的能量采集模塊1包括呈箱體狀的壓電襯套9,壓電襯套9的內設有 質量棒7,質量棒7周圍對稱設有與質量棒7圓柱面相貼合的四個壓電片8a、8b、8c、8d，壓 電襯套9中空的內圓表面開有截面呈方形的凹槽，方形凹槽的四個壁面內分別安裝四個壓 電片8a、8b、8c、8d，，四個壓電片8a、8b、8c、8d分別通過金屬膠粘貼合固定在壓電襯套9中 空內圓表面上開設的凹槽壁中。
[0016] 如圖3圖4所示，所述的四個壓電片8a、8b、8c、8d分別包括絕緣填充層12、間隔設 在絕緣填充層12內的多個壓電陶瓷10和接線端子11，壓電陶瓷10與絕緣填充層12相間 組合，可以是串聯，也可以是并聯。所述的絕緣填充層12為彈性的絕緣材料。實際使用過 程中，根據現場情況確定壓電陶瓷10的數量以及壓電陶瓷10之間的連接方式為并聯或串 聯。
[0017] 工作原理：使用時，首先將上下基座4固定于轉軸6上，上下待基座4固定好后，將 能量采集模塊1、整流模塊2和儲能模塊3對稱安裝在上下基座4上相應的位置并通過導 線依次連接。能量采集模塊1隨著轉軸旋轉時，當轉軸6的轉速恒定，質量棒7所受離心力 不變，這樣離心力作用于壓電片8a、8b、8c、8d的壓力不變，因而離心力在穩定轉速下不會 使壓電片8a、8b、8c、8d產生電量，但是由于質量棒7的重力大小和方向不變，旋轉過程中重 力在壓電片8 &、813、8(：、8(1上的分力是變化的，從而產生電量；當旋轉的速度變化時，作用在 壓電片上的離心力也是變化的，因而其發電量由重力分量和離心力作用在壓電片上合力產 生；如果旋轉存在振動，振動會使作用在壓電片上力的發生變化，從而產生電量。四個壓電 片8 &、813、8(：、8(1產生的電量通過整流模塊2的處理，由儲能模塊3儲存，以供后續電器元件 的使用。
【權利要求】
1. 一種壓電式礦井提升機旋轉過程連續發電裝置，其特征在于：它包括對稱扣合并固 定在轉軸（6)上的上下基座（4)，上下基座（4)上依次對稱間隔設有能量采集模塊（1)、整 流模塊（2)和儲能模塊（3)，能量采集模塊（1)、整流模塊（2)和儲能模塊（3)外部罩扣有 固定在基座（4)上的保護罩（5)，所述的能量采集模塊（1)包括呈箱體狀的壓電襯套（9)， 壓電襯套（9)的內設有質量棒（7)，質量棒（7)周圍對稱設有與質量棒（7)圓柱面相貼合的 四個壓電片（8a、8b、8c、8d)，四個壓電片（8a、8b、8c、8d)對稱貼合安裝在壓電襯套（9)中空 內圓表面上開設的方形凹槽壁內。
2. 根據權利1要求所述的礦井提升機用旋轉壓電發電裝置，其特征在于：所述的壓電 片（8a、8b、8c、8d)分別包括絕緣填充層（12)、間隔設在絕緣填充層（12)內的多層壓電陶瓷 (10)和連接多層壓電陶瓷（10)的接線端子（11)。
3. 根據權利1要求所述的礦井提升機用旋轉壓電發電裝置，其特征在于：所述的上下 基座（4)通過螺栓（13)固定在轉軸（6)上。
4. 根據權利1要求所述的礦井提升機用旋轉壓電發電裝置，其特征在于：所述的絕緣 填充層（12)為彈性的絕緣材料。
【文檔編號】H02N2/18GK104158437SQ201410375124
【公開日】2014年11月19日 申請日期:2014年7月31日 優先權日:2014年7月31日
【發明者】江帆, 朱真才, 李偉, 周公博, 曹國華, 彭玉興, 沈剛, 盧昊 申請人:中國礦業大學