一種用于機(jī)車輪對監(jiān)測系統(tǒng)供電的徑向伸縮式壓電發(fā)電機(jī)的制作方法
【專利摘要】本實(shí)用新型涉及一種用于機(jī)車輪對監(jiān)測系統(tǒng)供電的徑向伸縮式壓電發(fā)電機(jī)，屬壓電發(fā)電領(lǐng)域。車架上裝有定磁鐵和輪軸，輪軸端部裝有帶沉槽和導(dǎo)孔轉(zhuǎn)子；動(dòng)磁鐵上安裝有連接塊、套有內(nèi)外彈簧，內(nèi)外彈簧位于連接塊兩側(cè)；動(dòng)磁鐵兩端置于導(dǎo)孔內(nèi)、且與定磁鐵同性磁極相對安裝；壓電振子基板中心固定在轉(zhuǎn)子上、兩端固定在連接塊上；壓電振子裝配前為平直結(jié)構(gòu)、安裝后變?yōu)閺澢Y(jié)構(gòu)、且壓電晶片承受壓應(yīng)力；外彈簧被壓死時(shí)壓電晶片依然承受壓應(yīng)力，內(nèi)彈簧被壓死時(shí)壓電晶片所受壓應(yīng)力不超過其許用值。優(yōu)勢特色：將平直壓電振子安裝成彎曲結(jié)構(gòu)，形成伸縮式發(fā)電機(jī)，結(jié)構(gòu)及制作工藝簡單、成本低；壓電晶片受范圍可控的壓應(yīng)力、可靠性高，所需軸向空間小。
【專利說明】
一種用于機(jī)車輪對監(jiān)測系統(tǒng)供電的徑向伸縮式壓電發(fā)電機(jī)
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本實(shí)用新型屬于軌道交通監(jiān)測及壓電發(fā)電技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種用于機(jī)車輪對監(jiān)測系統(tǒng)供電的徑向伸縮式壓電發(fā)電機(jī)。
【背景技術(shù)】
[0002]鐵路列車及地鐵等軌道交通運(yùn)輸系統(tǒng)承載著國民經(jīng)濟(jì)命脈，而軌道車輛輪對是確保軌道車輛安全運(yùn)行的關(guān)鍵。以往，軌道車輛輪對等關(guān)鍵運(yùn)轉(zhuǎn)部件的健康狀況是以定期維護(hù)、檢修加以保障的；隨著車輛運(yùn)行速度的不斷提高以及人們安全意識的提升，車輛運(yùn)行期間輪對的實(shí)時(shí)在線監(jiān)測技術(shù)研究受到了國內(nèi)外學(xué)者的廣泛關(guān)注，所需監(jiān)測要素包括軸及軸承的溫度、轉(zhuǎn)速、動(dòng)態(tài)剛度、磨損及振動(dòng)等諸多方面。
[0003]對于輪對監(jiān)測系統(tǒng)而言，理想的方法是將各類傳感監(jiān)測系統(tǒng)安裝在輪對上或靠近輪對安裝，從而實(shí)現(xiàn)其運(yùn)行狀態(tài)的直接在線監(jiān)測;但這種監(jiān)測方案因無法為傳感監(jiān)測系統(tǒng)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輪系處于運(yùn)動(dòng)狀態(tài)、且輪系與車廂間存在高頻顛簸振動(dòng)，采用電纜供電時(shí)可靠性低、且貨運(yùn)車廂本身也無配電系統(tǒng);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(dāng)電池電量不足而未及時(shí)更換時(shí)將無法實(shí)現(xiàn)有效的監(jiān)測、甚至造成嚴(yán)重的安全隱患。限于傳感監(jiān)測系統(tǒng)的能源供應(yīng)問題，目前實(shí)際中依然普遍采用非實(shí)時(shí)的、間接的測量方法，即將傳感監(jiān)測系統(tǒng)至于路基之上，不隨車體移動(dòng)或不隨輪軸轉(zhuǎn)動(dòng)。
[0004]為解決輪對實(shí)時(shí)監(jiān)測系統(tǒng)的供電問題、實(shí)現(xiàn)真正意義上的在線監(jiān)測，國內(nèi)外學(xué)者提出了可與監(jiān)測系統(tǒng)集成的微小型壓電發(fā)電機(jī)，如中國專利201210318784.3及201210320165.8等?，F(xiàn)有的各種壓電發(fā)電裝置的共同特點(diǎn)是通過軸向激勵(lì)發(fā)電的、且工作中壓電晶片承受交變的拉壓應(yīng)力，故不適于軸向空間受限的場合、拉應(yīng)力過大時(shí)會(huì)破裂損毀。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]針對現(xiàn)有軌道車輛軸承監(jiān)測系統(tǒng)所面臨的供電難題、以及現(xiàn)有壓電發(fā)電裝置可靠性低的實(shí)際情況，本實(shí)用新型提出一種用于機(jī)車輪對監(jiān)測系統(tǒng)供電的徑向伸縮式壓電發(fā)電機(jī)。本實(shí)用新型采用的實(shí)施方案是:車架上經(jīng)螺釘安裝有殼體，殼體內(nèi)壁上經(jīng)螺釘安裝有定磁鐵;車架上經(jīng)軸承安裝有輪軸，輪軸端部經(jīng)螺釘安裝有轉(zhuǎn)子，轉(zhuǎn)子上設(shè)有沉槽和導(dǎo)孔，沉槽將導(dǎo)孔分隔成兩部分;動(dòng)磁鐵上安裝有連接塊、套有內(nèi)彈簧和外彈簧，內(nèi)彈簧和外彈簧分別位于連接塊的內(nèi)側(cè)和外側(cè);動(dòng)磁鐵兩端置于導(dǎo)孔內(nèi)，動(dòng)磁鐵與定磁鐵的對稱中心位于同一軸截面上，動(dòng)磁鐵與定磁鐵的同性磁極相對安裝;壓電振子由金屬基板和壓電晶片粘接而成，金屬基板的中心固定在轉(zhuǎn)子上、兩端分別固定在不同的連接塊上;壓電振子裝配前為平直結(jié)構(gòu)、安裝后變?yōu)閺澢Y(jié)構(gòu)，安裝后壓電晶片的曲率半徑小于金屬基板的曲率半徑、壓電晶片承受壓應(yīng)力;非工作時(shí)，壓電晶片所承受的壓應(yīng)力為其許用值的一半。
[0006]正常工作且當(dāng)定磁鐵與動(dòng)磁鐵之間距離最遠(yuǎn)、相互作用力最小時(shí)，動(dòng)磁鐵及壓塊的離心力將外彈簧壓縮，內(nèi)彈簧及壓電振子伸長、壓電晶片所受壓應(yīng)力降低；隨著轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)，定磁鐵和動(dòng)磁鐵間的距離縮短、相互排斥力增加，當(dāng)動(dòng)磁鐵及壓塊所受磁鐵間排斥力大于離心力時(shí)，動(dòng)磁鐵及壓塊向轉(zhuǎn)子的回轉(zhuǎn)中心方向運(yùn)動(dòng)，外彈簧伸長、內(nèi)彈簧和壓電振子縮短，壓電晶片所受壓應(yīng)力增加;隨著轉(zhuǎn)子的連續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)，壓電振子交替地伸長-縮短，從而將機(jī)械能轉(zhuǎn)換成電能;工作過程中，外彈簧被壓死時(shí)，壓電振子依然處于彎曲狀態(tài)、壓電晶片承受壓應(yīng)力；內(nèi)彈簧被壓死時(shí)，壓電晶片所受壓應(yīng)力不超過其許用值。
[0007]優(yōu)勢與特色:①將平直壓電振子變成彎曲結(jié)構(gòu)，制作工藝簡單、成本低;②壓電晶片僅工作在壓應(yīng)力狀態(tài)下、且壓應(yīng)力范圍可控，可靠性高;③通過徑向拉壓的方法激勵(lì)壓電振子，所需軸向空間小、無需改變現(xiàn)有輪對的軸向結(jié)構(gòu)。
【附圖說明】
[0008]圖1是本實(shí)用新型一個(gè)較佳實(shí)施例中發(fā)電機(jī)的結(jié)構(gòu)剖面圖；
[0009]圖2圖1的左視圖；
[0010]圖3是壓電振子自然狀態(tài)下的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0011 ]圖4是本實(shí)用新型一個(gè)較佳實(shí)施例中轉(zhuǎn)子的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0012]圖5是圖4的左視圖。
【具體實(shí)施方式】
[0013]車架b上經(jīng)螺釘安裝有殼體d，殼體d的內(nèi)壁上經(jīng)螺釘安裝有定磁鐵c;車架b上經(jīng)軸承j安裝有輪軸a，輪軸a的端部經(jīng)螺釘安裝有轉(zhuǎn)子e，轉(zhuǎn)子e上設(shè)有沉槽e2和導(dǎo)孔el，沉槽e2將導(dǎo)孔el分隔成兩部分;動(dòng)磁鐵h上安裝有連接塊f、套有內(nèi)彈簧g2和外彈簧gl，內(nèi)彈簧g2和外彈簧gl分別位于連接塊f的內(nèi)側(cè)和外側(cè);動(dòng)磁鐵h兩端置于導(dǎo)孔el內(nèi)，動(dòng)磁鐵h與定磁鐵c的對稱中心位于同一軸截面上，動(dòng)磁鐵h與定磁鐵c的同性磁極相對安裝;壓電振子i由金屬基板i I和壓電晶片i 2粘接而成，金屬基板i I的中心固定在轉(zhuǎn)子e的端面上、兩端分別固定在不同的連接塊f上;壓電振子i裝配前的自然狀態(tài)下為平直結(jié)構(gòu)、安裝后變?yōu)閺澢Y(jié)構(gòu)，安裝后壓電晶片i2的曲率半徑小于金屬基板il的曲率半徑、壓電晶片i2承受壓應(yīng)力;非工作時(shí)，壓電晶片i2所承受的壓應(yīng)力為其許用值的一半。
[0014]正常工作且當(dāng)定磁鐵c與動(dòng)磁鐵h之間距離最遠(yuǎn)、相互作用力最小時(shí)，動(dòng)磁鐵h及壓塊f的離心力將外彈簧gl壓縮，內(nèi)彈簧g2及壓電振子i伸長、壓電晶片i2所受壓應(yīng)力降低;隨著轉(zhuǎn)子e轉(zhuǎn)動(dòng)，定磁鐵c和動(dòng)磁鐵h間的距離縮短、相互排斥力增加，當(dāng)動(dòng)磁鐵h及壓塊f所受磁鐵間排斥力大于離心力時(shí)，動(dòng)磁鐵h及壓塊f向轉(zhuǎn)子e的回轉(zhuǎn)中心方向運(yùn)動(dòng)，外彈簧gl伸長、內(nèi)彈簧g2和壓電振子i縮短，壓電晶片i2所受壓應(yīng)力增加；隨著轉(zhuǎn)子e的連續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)，壓電振子i交替地伸長-縮短，從而將機(jī)械能轉(zhuǎn)換成電能;工作過程中，外彈簧gl被壓死時(shí)，壓電振子i依然處于彎曲狀態(tài)、壓電晶片i2承受壓應(yīng)力；內(nèi)彈簧g2被壓死時(shí)，壓電晶片i2所受壓應(yīng)力不超過其許用值。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種用于機(jī)車輪對監(jiān)測系統(tǒng)供電的徑向伸縮式壓電發(fā)電機(jī)，其特征在于:車架上安裝有殼體，殼體內(nèi)壁上安裝有定磁鐵;車架上經(jīng)軸承安裝有輪軸，輪軸端部安裝有轉(zhuǎn)子，轉(zhuǎn)子上設(shè)有沉槽和導(dǎo)孔，沉槽將導(dǎo)孔分隔成兩部分;動(dòng)磁鐵上安裝有連接塊、套有內(nèi)彈簧和外彈簧，內(nèi)彈簧和外彈簧分別位于連接塊的內(nèi)側(cè)和外側(cè);動(dòng)磁鐵兩端置于導(dǎo)孔內(nèi)，動(dòng)磁鐵與定磁鐵的對稱中心位于同一軸截面上，動(dòng)磁鐵與定磁鐵的同性磁極相對安裝;壓電振子的金屬基板的中心固定在轉(zhuǎn)子上、兩端分別固定在不同的連接塊上;壓電振子裝配前為平直結(jié)構(gòu)、安裝后變?yōu)閺澢Y(jié)構(gòu)，安裝后壓電晶片的曲率半徑小于金屬基板的曲率半徑、壓電晶片承受壓應(yīng)力。
【文檔編號】H02N2/18GK205681350SQ201620626218
【公開日】2016年11月9日
【申請日】2016年6月15日 公開號201620626218.2, CN 201620626218, CN 205681350 U, CN 205681350U, CN-U-205681350, CN201620626218, CN201620626218.2, CN205681350 U, CN205681350U
【發(fā)明人】曾平, 范春濤, 闞君武, 楊燦, 王淑云
【申請人】浙江師范大學(xué)