[发明专利]一种双转换模式升频旋转振动能量采集器

说明书

本发明公开了一种双转换模式升频旋转振动能量采集器，包括驱动组件、产能组件、夹具和管理电路，所述驱动组件由驱动悬臂梁和吸附在驱动悬臂梁自由端两侧的永磁体构成，驱动悬臂梁的另一端固定设置在夹具中部；所述产能组件包括产能悬臂梁和线圈绕组，产能悬臂梁的自由端在朝向永磁体的一侧均固定设置有线圈绕组，另一端固定在夹具的侧端，在线圈绕组与夹具之间的产能悬臂梁上固定设置有压电体，压电体的极化方向垂直于产能悬臂梁的表面。本发明旨在提供一种具有两种电能转化的方式，并借助升频机制改善低频环境下的输出效果，从而提高功率密度的能量采集器。

技术领域

本发明涉及能量采集的技术领域，尤其涉及一种双转换模式升频旋转振动能量采集器。

背景技术

货运铁路网络的快速发展和载重的不断提升对列车安全运行和系统可靠性均提出了巨大的挑战。一般来说，包括在轨传感器和车载传感器在内的健康监测系统不仅能实时评估列车的运营状态，还能诊断故障防患于未然。与在轨传感器相比，车载传感器能够连续监测车辆位置、轴温和空气制动故障等信号，由此提高铁路运营的安全性和可靠性。由于传统货运列车缺乏电力供应，基本靠化学电池驱动车载传感器。但是电池存在寿命有限、需定期充电或更换的问题。能量收集技术能将列车中稳定存在的旋转能转化为电能，实现列车的自传感无线监测。其中，梁式旋转能量采集器由于其方便装配、易于小型化和持久耐用等优点而得到了广泛研究。

现有梁式旋转能量收集技术主要存在以下问题：结构小型化时，增加了样机的谐振频率，使其无法有效拾取列车旋转能；能量采集器的输出功率和振动频率的立方成正比，采集器在起步或制动等低频环境下不能很好地发挥作用；单一的压电转换模式，输出能量较低且在低频环境下输出电量不稳定。综上所述，梁式旋转能量采集器普遍存在功率密度较小，结构尺寸较大等问题。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术中的不足，旨在提供一种具有两种电能转化的方式，并借助升频机制改善低频环境下的输出效果，从而提高功率密度的能量采集器。

为达到上述目的，本发明是通过下述技术方案予以实现的：

一种双转换模式升频旋转振动能量采集器，包括驱动组件、产能组件、夹具和管理电路，所述驱动组件由驱动悬臂梁和吸附在驱动悬臂梁自由端两侧的永磁体构成，驱动悬臂梁的另一端固定设置在夹具中部；所述产能组件包括产能悬臂梁和线圈绕组，产能悬臂梁的自由端在朝向永磁体的一侧均固定设置有线圈绕组，另一端固定在夹具的侧端，在线圈绕组与夹具之间的产能悬臂梁上固定设置有压电体，压电体的极化方向垂直于产能悬臂梁的表面；所述管理电路包括用于将线圈绕组、压电体与超级电容相连通的整流桥路，以及将整流桥路和超级电容固定在夹具上的电路板，各线圈绕组的两端、各压电体的电极端分别与配套设置的整流桥路的交流输入端相连接，各整流桥路的正极输出和负极输出分别并联为与超级电容相连接的正极引脚和负极引脚。

进一步的，所述永磁铁与线圈绕组的中心线相重合且二者的圆周长相等。

进一步的，所述驱动悬臂梁由1060铝板构成，所述产能悬臂梁由铍青铜构成，所述永磁铁由NdFeB35构成，所述压电体由M2807-P2MFC构成。

进一步的，所述驱动悬臂梁与产能悬臂梁的厚度为0.3-0.35mm。

进一步的，所述整流桥路由MB110S模块构成，所述超级电容由电容量为0.22F的纽扣法拉V型电容构成。

进一步的，所述夹具由均为Z型的上夹具和下夹具构成，上夹具与下夹具对称的固定设置并在侧端设置有用于固定产能悬臂梁的垫片，驱动悬臂梁夹设在上夹具与下夹具的固定端。

相对于现有技术，本发明具有以下有益效果：