一种压电式矿井提升机旋转过程连续发电装置制造方法
【专利摘要】一种压电式矿井提升机旋转过程连续发电装置，包括对称扣合并固定在转轴上的上下基座，上下基座上依次对称间隔设有能量采集模块、整流模块和储能模块，能量采集模块、整流模块和储能模块外部罩扣有固定在基座上的保护罩，能量采集模块包括呈箱体状的压电衬套，压电衬套的内设有质量棒，质量棒周围对称设有与质量棒圆柱面相贴合的四个压电片，四个压电片对称贴合安装在压电衬套中空内圆表面上开设的方形凹槽壁内。利用能量采集模块将提升机转轴旋转过程中的重力势能、振动能量等机械能连续不断地转化为电能后经整流模块和储能模块进行存储，实现为旋转监测系统提供电源，无电磁场对无线传输的干扰，使用方便，维护成本低。
【专利说明】一种压电式矿井提升机旋转过程连续发电装置
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种压电式矿井提升机旋转过程连续发电装置，属于能源和电子技术 领域。尤其适用于将振动能量等机械能转化为电能，为旋转监测系统提供电源。
【背景技术】
[0002] 目前，旋转设备的结构日益复杂，功能也丰富多样，其安全运行的要求越来越高， 因而对旋转设备关键旋转部件进行实时的健康监测受到了广泛的关注和研究。对旋转部件 进行监测系统构建时，传统的有线数据传输形式表现出很大的局限性，因而，无线传输技术 得到了广泛的应用。但是，基于无线传输的监测系统存在能源连续供给不足的问题。
[0003] 现有技术中用于解决无线监测系统供电的方法大体可以归结为三种：第一种也是 最简单的一种，就是在旋转机构上使用的监测系统中附加一次性电池或者可充电电池。此 方法虽然简单，但是需要配置和定期更换电池。第二种是通过电刷外接有线电源，通常实现 方式为：旋转体上工作的监测系统设置相应的金属片，外部设置与其配对的电刷，电刷连接 外部电源。旋转过程中，电刷始终与金属片接触，实现供电。但是，旋转机械通常工作在相 对恶劣和复杂的环境中，电刷会受到油污、灰尘的污染而使系统的供电不稳定。同时，电刷 与金属片滑动摩擦，存在磨损情况，需要定期更换。第三种是通过射频磁感应无线供电，夕卜 部电源通过线圈将频率信号通过电磁辐射的发射到接收端线圈，再通过频率电流转换实现 为在旋转机构上工作的监测系统提供电源。这种供电方式存在一定的电磁辐射，严重时影 响监测系统无线信号的有效传输。
[0004] 申请号为：201210451575. 6,公开了一种在旋转机械上为测量传感器供电的自供 电装置，所涉及的供电装置不属于上述三种传统的供电方式，其本质是一种通过旋转线圈 切割磁力线产生电流的"电动机发电"模式，但是这种自供电方式需要增加一个外部支架支 撑固定电磁铁，破环原有的设备基础。申请号为：201310216345. 6公开了一种基于压电悬 臂梁互激的悬垂式旋转发电机，和专利号为ZL201110274652. 0公开的一种对称矿井提升 机用旋转压电发电装置，是通过磁力的变化使压电片变形从而实现旋转发电的目的。三个 专利公开的文献，其原理是将机械能转化为电磁能，最终通过压电片转化为电能。由于磁场 的存在，监测系统通过无线发射传输数据时会受到一定的影响。
【发明内容】
[0005] 技术问题：本发明的目的是克服已有技术中的不足之处，提供一种压电式矿井提 升机旋转过程连续发电装置，通过将旋转的机械能转化为电能，从而为安装在旋转上的监 测系统提供自发电电源。
[0006] 技术方案：本发明的压电式矿井提升机旋转过程连续发电装置，包括对称扣合并 固定在转轴上的上下基座，上下基座上依次对称间隔设有能量采集模块、整流模块和储能 模块，能量采集模块、整流模块和储能模块外部罩扣有固定在基座上的保护罩，所述的能量 采集模块包括呈箱体状的压电衬套，压电衬套的内设有质量棒，质量棒周围对称设有与质 量棒圆柱面相贴合的四个压电片，四个压电片对称贴合安装在压电衬套中空内圆表面上开 设的方形凹槽壁内。
[0007] 所述的压电片分别包括绝缘填充层、间隔设在绝缘填充层内的多层压电陶瓷和连 接多层压电陶瓷的接线端子；所述的上下基座通过螺栓固定在转轴上；所述的绝缘填充层 为弹性的绝缘材料。
[0008] 有益效果：本发明结合压电原理实现将旋转过程中的重力势能，利用压电效应将 旋转的机械能转化为电能，可以在不破坏旋转和地基的情况下实现自发电，同时，也不存在 电磁场对监测系统无线传输的干扰。由于所设置的能量采集模块、整流模块和储能模块对 称安装，不会破坏原有旋转的平衡。上下两能量采集模块上都包含有四个压电片，充分利用 了旋转过程中的机械能，提高了发电量，实现了转轴整周旋转过程中的不间断。利用能量采 集模块将提升机转轴旋转过程中的重力势能、振动能量等机械能连续不断地转化为电能后 经整流模块和储能模块进行存储，实现为旋转监测系统提供电源，无电磁场对无线传输的 干扰，不需要安装支撑支架，使用方便，维护成本低，具有广泛的实用性。
【专利附图】
【附图说明】
[0009] 图1是本发明装置的侧面剖视图；
[0010] 图2是本发明装置的端部剖视图；
[0011] 图3是本发明装置的压电片断面串联结构示意图；
[0012] 图4是本发明装置的压电片断面并联结构示意图。
[0013] 图中：1-能量采集模块，2-整流模块，3-储能模块，4-上下基座，5-保护罩，6-转 轴，7-质量棒，8 &、813、8(：、8(1-压电片，9-压电衬套，10-压电陶瓷，11-接线端子，12-绝缘填 充层，13-螺栓。
【具体实施方式】
[0014] 下面结合附图对本发明的一个实施例作进一步的描述：
[0015] 如图1、图2所示，本发明的压电式矿井提升机旋转过程连续发电装置，主要由能 量采集模块1、整流模块2、储能模块3、上下基座4、保护罩5、转轴6构成，上下基座4对称 扣合通过螺栓13固定安装在转轴6上，随转轴6 -起转动。上下基座4上分别设有上下对 称间隔布置的能量采集模块1、整流模块2和储能模块3,能量采集模块1、整流模块2和储 能模块3外部设有扣合固定在上下基座4上的保护罩5,保护罩5用于保护对称安装在基座 4上的能量采集模块1、整流模块2和储能模块3,其中能量采集模块1、整流模块2和储能 模块3顺序连接，所述的能量采集模块1包括呈箱体状的压电衬套9,压电衬套9的内设有 质量棒7,质量棒7周围对称设有与质量棒7圆柱面相贴合的四个压电片8a、8b、8c、8d，压 电衬套9中空的内圆表面开有截面呈方形的凹槽，方形凹槽的四个壁面内分别安装四个压 电片8a、8b、8c、8d，，四个压电片8a、8b、8c、8d分别通过金属胶粘贴合固定在压电衬套9中 空内圆表面上开设的凹槽壁中。
[0016] 如图3图4所示，所述的四个压电片8a、8b、8c、8d分别包括绝缘填充层12、间隔设 在绝缘填充层12内的多个压电陶瓷10和接线端子11，压电陶瓷10与绝缘填充层12相间 组合，可以是串联，也可以是并联。所述的绝缘填充层12为弹性的绝缘材料。实际使用过 程中，根据现场情况确定压电陶瓷10的数量以及压电陶瓷10之间的连接方式为并联或串 联。
[0017] 工作原理：使用时，首先将上下基座4固定于转轴6上，上下待基座4固定好后，将 能量采集模块1、整流模块2和储能模块3对称安装在上下基座4上相应的位置并通过导 线依次连接。能量采集模块1随着转轴旋转时，当转轴6的转速恒定，质量棒7所受离心力 不变，这样离心力作用于压电片8a、8b、8c、8d的压力不变，因而离心力在稳定转速下不会 使压电片8a、8b、8c、8d产生电量，但是由于质量棒7的重力大小和方向不变，旋转过程中重 力在压电片8 &、813、8(：、8(1上的分力是变化的，从而产生电量；当旋转的速度变化时，作用在 压电片上的离心力也是变化的，因而其发电量由重力分量和离心力作用在压电片上合力产 生；如果旋转存在振动，振动会使作用在压电片上力的发生变化，从而产生电量。四个压电 片8 &、813、8(：、8(1产生的电量通过整流模块2的处理，由储能模块3储存，以供后续电器元件 的使用。
【权利要求】
1. 一种压电式矿井提升机旋转过程连续发电装置，其特征在于：它包括对称扣合并固 定在转轴（6)上的上下基座（4)，上下基座（4)上依次对称间隔设有能量采集模块（1)、整 流模块（2)和储能模块（3)，能量采集模块（1)、整流模块（2)和储能模块（3)外部罩扣有 固定在基座（4)上的保护罩（5)，所述的能量采集模块（1)包括呈箱体状的压电衬套（9)， 压电衬套（9)的内设有质量棒（7)，质量棒（7)周围对称设有与质量棒（7)圆柱面相贴合的 四个压电片（8a、8b、8c、8d)，四个压电片（8a、8b、8c、8d)对称贴合安装在压电衬套（9)中空 内圆表面上开设的方形凹槽壁内。
2. 根据权利1要求所述的矿井提升机用旋转压电发电装置，其特征在于：所述的压电 片（8a、8b、8c、8d)分别包括绝缘填充层（12)、间隔设在绝缘填充层（12)内的多层压电陶瓷 (10)和连接多层压电陶瓷（10)的接线端子（11)。
3. 根据权利1要求所述的矿井提升机用旋转压电发电装置，其特征在于：所述的上下 基座（4)通过螺栓（13)固定在转轴（6)上。
4. 根据权利1要求所述的矿井提升机用旋转压电发电装置，其特征在于：所述的绝缘 填充层（12)为弹性的绝缘材料。
【文档编号】H02N2/18GK104158437SQ201410375124
【公开日】2014年11月19日 申请日期:2014年7月31日 优先权日:2014年7月31日
【发明者】江帆, 朱真才, 李伟, 周公博, 曹国华, 彭玉兴, 沈刚, 卢昊 申请人:中国矿业大学