一種旋磁激勵的徑向伸縮式壓電發電機的制作方法
【專利摘要】本實用新型涉及一種旋磁激勵的徑向伸縮式壓電發電機，屬壓電發電領域。車架內外凸臺上的導槽處均裝有壓塊，銷軸內半軸端部安裝的被激磁鐵及外半軸端部分別置于內外導導槽內；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上；壓電振子安裝后由原來的平直結構變成彎曲結構、壓電晶片承受壓應力；裝有轉子的輪軸安裝在車架上，轉子圓周上鑲嵌有激勵磁鐵。優勢特色：將平直壓電振子安裝成彎曲結構，形成伸縮式發電機，結構及制作工藝簡單、成本低；壓電晶片受范圍可控的壓應力、可靠性高，所需軸向空間小。
【專利說明】
一種旋磁激勵的徑向伸縮式壓電發電機
技術領域
[0001]本實用新型屬于軌道交通監測及壓電發電技術領域，具體涉及一種旋磁激勵的徑向伸縮式壓電發電機。
【背景技術】
[0002]鐵路列車及地鐵等軌道交通運輸系統承載著國民經濟命脈，而軌道車輛輪對是確保軌道車輛安全運行的關鍵。以往，軌道車輛輪對等關鍵運轉部件的健康狀況是以定期維護、檢修加以保障的；隨著車輛運行速度的不斷提高以及人們安全意識的提升，車輛運行期間輪對的實時在線監測技術研究受到了國內外學者的廣泛關注，所需監測要素包括軸及軸承的溫度、轉速、動態剛度、磨損及振動等諸多方面。
[0003]對于輪對監測系統而言，理想的方法是將各類傳感監測系統安裝在輪對上或靠近輪對安裝，從而實現其運行狀態的直接在線監測;但這種監測方案因無法為傳感監測系統提供可靠、充足的電力供應而難于推廣應用，原因在于:①輪系處于運動狀態、且輪系與車廂間存在高頻顛簸振動，采用電纜供電時可靠性低、且貨運車廂本身也無配電系統;②如采用電池供電，因電池使用壽命有限而需經常更換，當電池電量不足而未及時更換時將無法實現有效的監測、甚至造成嚴重的安全隱患。限于傳感監測系統的能源供應問題，目前實際中依然普遍采用非實時的、間接的測量方法，即將傳感監測系統至于路基之上，不隨車體移動或不隨輪軸轉動。
[0004]為解決輪對實時監測系統的供電問題、實現真正意義上的在線監測，國內外學者提出了可與監測系統集成的微小型壓電發電機，如中國專利201210318784.3及201210320165.8等。現有的各種壓電發電裝置的共同特點是通過軸向激勵發電的、且工作中壓電晶片承受交變的拉壓應力，故不適于軸向空間受限的場合、拉應力過大時會破裂損毀。
【發明內容】
[0005]針對現有軌道車輛軸承監測系統所面臨的供電難題、以及現有壓電發電裝置可靠性低的實際情況，本實用新型提出一種旋磁激勵的徑向伸縮式壓電發電機。本實用新型采用的實施方案是:車架的外凸臺上設有外導槽、內凸臺上設有內導槽，內外導槽處分別經螺釘安裝有壓塊;軸臺將銷軸分成內半軸和外半軸，外半軸上套有碟形彈簧、外半軸端部置于外導槽內，外半軸將碟形彈簧壓在外凸臺上；內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凸臺上;壓電振子的金屬基板兩端固定在壓塊上、中間固定在軸臺上;壓電振子裝配前為平直結構、安裝后變為彎曲結構，安裝后壓電晶片的曲率半徑小于金屬基板的曲率半徑、壓電晶片承受壓應力;壓電振子置于軸臺兩側的部分分別構成內發電單元和外發電單元;車架上經軸承安裝有輪軸，輪軸上安裝有轉子，轉子圓周上鑲嵌有激勵磁鐵;激勵磁鐵和被激磁鐵的對稱中心在同一軸截面上；內發電單元、外發電單元及轉子置于殼體內部，殼體經螺釘固定在車架上。
[0006]正常工作且當激勵磁鐵與受激磁鐵間距離最遠、相互作用力最小時，銷軸在銷軸及激勵磁鐵重力、激勵磁鐵與受激磁鐵間磁力作用下處于平衡狀態，內發電單元和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、碟形彈簧不受外力作用，壓電晶片所受的壓應力為其許用值的一半;隨著轉子轉動，激勵磁鐵和受激磁鐵間的距離縮短、作用力增加，銷軸的平衡狀態被破壞，內發電單元和外發電單元中壓電振子的形狀及壓電晶片的受力狀態都發生變化:內發電單元縮短、其內部壓電晶片所受壓應力增加時，外發電單元伸長、其內部壓電晶片所受壓應力減小;反之，當內發電單元伸長、其內部壓電晶片所受壓應力減小時，外發電單元縮短、其內部壓電晶片所受壓應力增加。在上述由于激勵磁鐵和受激磁鐵間距發生變化使內外發電單元交替伸長與縮短過程中，壓電振子最大伸長量和縮短量受內外凸臺間距離的限制，受拉發電單元中碟形彈簧被壓死時壓電振子未被拉平，壓電晶片不會承受拉應力、且所承受的最大壓應力可控，可靠性高。
[0007]優勢與特色:①將平直壓電振子變成彎曲結構，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，所需軸向空間小、無需改變現有輪對結構。
【附圖說明】
[0008]圖1是本實用新型一個較佳實施例中發電機的結構剖面圖；
[0009]圖2圖1的B-B視圖；
[0010]圖3圖1的A部放大圖；
[0011]圖4是本實用新型一個較佳實施例中車架的結構示意圖；
[0012]圖5是圖4的左視圖。
【具體實施方式】
[0013]車架c上設有外凸臺cl和內凸臺c3，夕卜凸臺cl上設有外導槽c2，內凸臺c3上設有內導槽c4，外凸臺c I上的外導槽c2處和內凸臺c3上的內導槽c4處分別經螺釘安裝有壓塊k ；軸臺dl將銷軸d分成內半軸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cl上的外導槽c2內，外半軸d2將碟形彈簧e壓在外凸臺cl上；內半軸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壓在內凸臺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的兩端經螺釘固定在壓塊k上、中間經螺釘固定在軸臺dl上;壓電振子g裝配前的自然狀態下為平直結構、安裝后變為彎曲結構，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、壓電晶片承受壓應力;壓電振子g置于軸臺dl兩側的部分分別構成內發電單元I和外發電單元II;車架c上經軸承b安裝有輪軸a，輪軸a上經螺釘安裝有轉子i，轉子i的圓周上鑲嵌有激勵磁鐵j;激勵磁鐵j和被激磁鐵h的對稱中心在同一軸截面上；內發電單元1、外發電單元II及轉子i置于殼體f內部，殼體f經螺釘固定在車架c上。
[0014]正常工作且當激勵磁鐵j與受激磁鐵h之間距離最遠、相互作用力最小時，銷軸d在銷軸d及激勵磁鐵j重力、激勵磁鐵j與受激磁鐵h間磁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g的受力狀態與安裝后非工作時的狀態相同、碟形彈簧e不受外力作用，壓電晶片g2所受的壓應力為其許用值的一半;隨著轉子i轉動，激勵磁鐵j和受激磁鐵h間的距離縮短、作用力增加，銷軸d的平衡狀態被破壞，內發電單元I和外發電單元II中壓電振子g的形狀及壓電晶片g2的受力狀態都將發生變化:內發電單元I縮短、其內部壓電晶片g2所受壓應力增加時，外發電單元伸長、其內部壓電晶片g2所受壓應力減小；反之，當內發電單兀I伸長、其內部壓電晶片g2所受壓應力減小時，外發電單兀II縮短、其內部壓電晶片g2所受壓應力增加;在上述由于激勵磁鐵j和受激磁鐵h間距發生變化使內發電單元I和外發電單兀II交替伸長與縮短過程中，壓電振子g最大的伸長量和縮短量受外凸臺cl和內凸臺c3間距離L2的限制，受拉發電單元中碟形彈簧e被壓死時壓電振子g未被拉平，壓電晶片g2不會承受拉應力、且所承受的最大壓應力可控，可靠性高。
【主權項】
1.一種旋磁激勵的徑向伸縮式壓電發電機，其特征在于:車架外凸臺上設有外導槽、內凸臺上設有內導槽，內外導槽處分別安裝有壓塊;軸臺將銷軸分成內半軸和外半軸，外半軸上套有碟形彈簧、外半軸端部置于外導槽內，外半軸將碟形彈簧壓在外凸臺上；內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凸臺上;壓電振子的金屬基板兩端固定在壓塊上、中間固定在軸臺上;壓電振子裝配前為平直結構、安裝后變為彎曲結構，安裝后壓電晶片的曲率半徑小于金屬基板的曲率半徑、壓電晶片承受壓應力;壓電振子置于軸臺兩側的部分分別構成內發電單元和外發電單元;車架上經軸承安裝有輪軸，輪軸上安裝有轉子，轉子圓周上鑲嵌有激勵磁鐵。
【文檔編號】H02N2/18GK205681347SQ201620626113
【公開日】2016年11月9日
【申請日】2016年6月15日 公開號201620626113.7, CN 201620626113, CN 205681347 U, CN 205681347U, CN-U-205681347, CN201620626113, CN201620626113.7, CN205681347 U, CN205681347U
【發明人】闞君武, 富佳偉, 楊燦, 王淑云, 張忠華
【申請人】浙江師范大學