一種旋磁激勵(lì)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)用新型涉及一種旋磁激勵(lì)的徑向伸縮式壓電發(fā)電機(jī)，屬壓電發(fā)電領(lǐng)域。車架內(nèi)外凸臺(tái)上的導(dǎo)槽處均裝有壓塊，銷軸內(nèi)半軸端部安裝的被激磁鐵及外半軸端部分別置于內(nèi)外導(dǎo)導(dǎo)槽內(nèi)；壓電振子金屬基板兩端固定在壓塊上、中間固定在銷軸軸臺(tái)上；壓電振子安裝后由原來(lái)的平直結(jié)構(gòu)變成彎曲結(jié)構(gòu)、壓電晶片承受壓應(yīng)力；裝有轉(zhuǎn)子的輪軸安裝在車架上，轉(zhuǎn)子圓周上鑲嵌有激勵(lì)磁鐵。優(yōu)勢(shì)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(jiǎn)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(shuō)明】
一種旋磁激勵(lì)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(cè)及壓電發(fā)電技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種旋磁激勵(lì)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(guó)民經(jīng)濟(jì)命脈，而軌道車輛輪對(duì)是確保軌道車輛安全運(yùn)行的關(guān)鍵。以往，軌道車輛輪對(duì)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(shí)的提升，車輛運(yùn)行期間輪對(duì)的實(shí)時(shí)在線監(jiān)測(cè)技術(shù)研究受到了國(guó)內(nèi)外學(xué)者的廣泛關(guān)注，所需監(jiān)測(cè)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(duì)于輪對(duì)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)而言，理想的方法是將各類傳感監(jiān)測(cè)系統(tǒng)安裝在輪對(duì)上或靠近輪對(duì)安裝，從而實(shí)現(xiàn)其運(yùn)行狀態(tài)的直接在線監(jiān)測(cè);但這種監(jiān)測(cè)方案因無(wú)法為傳感監(jiān)測(cè)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(wú)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(wú)法實(shí)現(xiàn)有效的監(jiān)測(cè)、甚至造成嚴(yán)重的安全隱患。限于傳感監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的能源供應(yīng)問(wèn)題，目前實(shí)際中依然普遍采用非實(shí)時(shí)的、間接的測(cè)量方法，即將傳感監(jiān)測(cè)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(duì)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的供電問(wèn)題、實(shí)現(xiàn)真正意義上的在線監(jiān)測(cè)，國(guó)內(nèi)外學(xué)者提出了可與監(jiān)測(cè)系統(tǒng)集成的微小型壓電發(fā)電機(jī)，如中國(guó)專利201210318784.3及201210320165.8等。現(xiàn)有的各種壓電發(fā)電裝置的共同特點(diǎn)是通過(guò)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(chǎng)合、拉應(yīng)力過(guò)大時(shí)會(huì)破裂損毀。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]針對(duì)現(xiàn)有軌道車輛軸承監(jiān)測(cè)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)用新型提出一種旋磁激勵(lì)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:車架的外凸臺(tái)上設(shè)有外導(dǎo)槽、內(nèi)凸臺(tái)上設(shè)有內(nèi)導(dǎo)槽，內(nèi)外導(dǎo)槽處分別經(jīng)螺釘安裝有壓塊;軸臺(tái)將銷軸分成內(nèi)半軸和外半軸，外半軸上套有碟形彈簧、外半軸端部置于外導(dǎo)槽內(nèi)，外半軸將碟形彈簧壓在外凸臺(tái)上；內(nèi)半軸端部安裝有定磁鐵，定磁鐵上套有碟形彈簧，定磁鐵將碟形彈簧壓在內(nèi)凸臺(tái)上;壓電振子的金屬基板兩端固定在壓塊上、中間固定在軸臺(tái)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;壓電振子置于軸臺(tái)兩側(cè)的部分分別構(gòu)成內(nèi)發(fā)電單元和外發(fā)電單元;車架上經(jīng)軸承安裝有輪軸，輪軸上安裝有轉(zhuǎn)子，轉(zhuǎn)子圓周上鑲嵌有激勵(lì)磁鐵;激勵(lì)磁鐵和被激磁鐵的對(duì)稱中心在同一軸截面上；內(nèi)發(fā)電單元、外發(fā)電單元及轉(zhuǎn)子置于殼體內(nèi)部，殼體經(jīng)螺釘固定在車架上。
[0006]正常工作且當(dāng)激勵(lì)磁鐵與受激磁鐵間距離最遠(yuǎn)、相互作用力最小時(shí)，銷軸在銷軸及激勵(lì)磁鐵重力、激勵(lì)磁鐵與受激磁鐵間磁力作用下處于平衡狀態(tài)，內(nèi)發(fā)電單元和外發(fā)電單元中壓電振子的受力狀態(tài)與安裝后非工作時(shí)的狀態(tài)相同、碟形彈簧不受外力作用，壓電晶片所受的壓應(yīng)力為其許用值的一半;隨著轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)，激勵(lì)磁鐵和受激磁鐵間的距離縮短、作用力增加，銷軸的平衡狀態(tài)被破壞，內(nèi)發(fā)電單元和外發(fā)電單元中壓電振子的形狀及壓電晶片的受力狀態(tài)都發(fā)生變化:內(nèi)發(fā)電單元縮短、其內(nèi)部壓電晶片所受壓應(yīng)力增加時(shí)，外發(fā)電單元伸長(zhǎng)、其內(nèi)部壓電晶片所受壓應(yīng)力減小;反之，當(dāng)內(nèi)發(fā)電單元伸長(zhǎng)、其內(nèi)部壓電晶片所受壓應(yīng)力減小時(shí)，外發(fā)電單元縮短、其內(nèi)部壓電晶片所受壓應(yīng)力增加。在上述由于激勵(lì)磁鐵和受激磁鐵間距發(fā)生變化使內(nèi)外發(fā)電單元交替伸長(zhǎng)與縮短過(guò)程中，壓電振子最大伸長(zhǎng)量和縮短量受內(nèi)外凸臺(tái)間距離的限制，受拉發(fā)電單元中碟形彈簧被壓死時(shí)壓電振子未被拉平，壓電晶片不會(huì)承受拉應(yīng)力、且所承受的最大壓應(yīng)力可控，可靠性高。
[0007]優(yōu)勢(shì)與特色:①將平直壓電振子變成彎曲結(jié)構(gòu)，制作工藝簡(jiǎn)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(guò)徑向拉的方法壓激勵(lì)壓電振子，所需軸向空間小、無(wú)需改變現(xiàn)有輪對(duì)結(jié)構(gòu)。
【附圖說(shuō)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B-B視圖；
[0010]圖3圖1的A部放大圖；
[0011]圖4是本實(shí)用新型一個(gè)較佳實(shí)施例中車架的結(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c上設(shè)有外凸臺(tái)cl和內(nèi)凸臺(tái)c3，夕卜凸臺(tái)cl上設(shè)有外導(dǎo)槽c2，內(nèi)凸臺(tái)c3上設(shè)有內(nèi)導(dǎo)槽c4，外凸臺(tái)c I上的外導(dǎo)槽c2處和內(nèi)凸臺(tái)c3上的內(nèi)導(dǎo)槽c4處分別經(jīng)螺釘安裝有壓塊k ；軸臺(tái)dl將銷軸d分成內(nèi)半軸d3和外半軸d2，外半軸d2上套有碟形彈簧e、外半軸d2端部置于外凸臺(tái)cl上的外導(dǎo)槽c2內(nèi)，外半軸d2將碟形彈簧e壓在外凸臺(tái)cl上；內(nèi)半軸d3端部安裝有定磁鐵h，定磁鐵h上套有碟形彈簧e，定磁鐵h將碟形彈簧e壓在內(nèi)凸臺(tái)c3上;壓電振子g由金屬基板gl和壓電晶片g2粘接而成，金屬基板gl的兩端經(jīng)螺釘固定在壓塊k上、中間經(jīng)螺釘固定在軸臺(tái)dl上;壓電振子g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g2的曲率半徑小于金屬基板gl的曲率半徑、壓電晶片承受壓應(yīng)力;壓電振子g置于軸臺(tái)dl兩側(cè)的部分分別構(gòu)成內(nèi)發(fā)電單元I和外發(fā)電單元II;車架c上經(jīng)軸承b安裝有輪軸a，輪軸a上經(jīng)螺釘安裝有轉(zhuǎn)子i，轉(zhuǎn)子i的圓周上鑲嵌有激勵(lì)磁鐵j;激勵(lì)磁鐵j和被激磁鐵h的對(duì)稱中心在同一軸截面上；內(nèi)發(fā)電單元1、外發(fā)電單元II及轉(zhuǎn)子i置于殼體f內(nèi)部，殼體f經(jīng)螺釘固定在車架c上。
[0014]正常工作且當(dāng)激勵(lì)磁鐵j與受激磁鐵h之間距離最遠(yuǎn)、相互作用力最小時(shí)，銷軸d在銷軸d及激勵(lì)磁鐵j重力、激勵(lì)磁鐵j與受激磁鐵h間磁力作用下處于平衡狀態(tài)，內(nèi)發(fā)電單元I和外發(fā)電單元II中壓電振子g的受力狀態(tài)與安裝后非工作時(shí)的狀態(tài)相同、碟形彈簧e不受外力作用，壓電晶片g2所受的壓應(yīng)力為其許用值的一半;隨著轉(zhuǎn)子i轉(zhuǎn)動(dòng)，激勵(lì)磁鐵j和受激磁鐵h間的距離縮短、作用力增加，銷軸d的平衡狀態(tài)被破壞，內(nèi)發(fā)電單元I和外發(fā)電單元II中壓電振子g的形狀及壓電晶片g2的受力狀態(tài)都將發(fā)生變化:內(nèi)發(fā)電單元I縮短、其內(nèi)部壓電晶片g2所受壓應(yīng)力增加時(shí)，外發(fā)電單元伸長(zhǎng)、其內(nèi)部壓電晶片g2所受壓應(yīng)力減?。环粗?，當(dāng)內(nèi)發(fā)電單兀I伸長(zhǎng)、其內(nèi)部壓電晶片g2所受壓應(yīng)力減小時(shí)，外發(fā)電單兀II縮短、其內(nèi)部壓電晶片g2所受壓應(yīng)力增加;在上述由于激勵(lì)磁鐵j和受激磁鐵h間距發(fā)生變化使內(nèi)發(fā)電單元I和外發(fā)電單兀II交替伸長(zhǎng)與縮短過(guò)程中，壓電振子g最大的伸長(zhǎng)量和縮短量受外凸臺(tái)cl和內(nèi)凸臺(tái)c3間距離L2的限制，受拉發(fā)電單元中碟形彈簧e被壓死時(shí)壓電振子g未被拉平，壓電晶片g2不會(huì)承受拉應(yīng)力、且所承受的最大壓應(yīng)力可控，可靠性高。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種旋磁激勵(lì)的徑向伸縮式壓電發(fā)電機(jī)，其特征在于:車架外凸臺(tái)上設(shè)有外導(dǎo)槽、內(nèi)凸臺(tái)上設(shè)有內(nèi)導(dǎo)槽，內(nèi)外導(dǎo)槽處分別安裝有壓塊;軸臺(tái)將銷軸分成內(nèi)半軸和外半軸，外半軸上套有碟形彈簧、外半軸端部置于外導(dǎo)槽內(nèi)，外半軸將碟形彈簧壓在外凸臺(tái)上；內(nèi)半軸端部安裝有定磁鐵，定磁鐵上套有碟形彈簧，定磁鐵將碟形彈簧壓在內(nèi)凸臺(tái)上;壓電振子的金屬基板兩端固定在壓塊上、中間固定在軸臺(tái)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;壓電振子置于軸臺(tái)兩側(cè)的部分分別構(gòu)成內(nèi)發(fā)電單元和外發(fā)電單元;車架上經(jīng)軸承安裝有輪軸，輪軸上安裝有轉(zhuǎn)子，轉(zhuǎn)子圓周上鑲嵌有激勵(lì)磁鐵。
【文檔編號(hào)】H02N2/18GK205681347SQ201620626113
【公開(kāi)日】2016年11月9日
【申請(qǐng)日】2016年6月15日 公開(kāi)號(hào)201620626113.7, CN 201620626113, CN 205681347 U, CN 205681347U, CN-U-205681347, CN201620626113, CN201620626113.7, CN205681347 U, CN205681347U
【發(fā)明人】闞君武, 富佳偉, 楊燦, 王淑云, 張忠華
【申請(qǐng)人】浙江師范大學(xué)