[发明专利]一种膜片型电磁轨道振动能量回收系统

说明书

本发明涉及一种膜片型电磁轨道振动能量回收系统，设于轨道板上，该系统包括依次连接的轨道振动能量采集模块、接口电路模块和超级电容储能模块，所述的轨道振动能量采集模块包括壳体，分别安装于壳体顶部和底部的上压环(3)、下压环(8)，设于上压环(3)底部的上膜片弹簧(1)，设于下压环(8)底部的下膜片弹簧(6)，以及设于上压环(3)、下压环(8)之间的可动磁体组件。与现有技术相比，本发明具有膜片弹簧变形位移大、磁路闭合机电能量转换效率高、拓宽轨道振动能量采集模块响应频带等优点。

技术领域

本发明涉及轨道环境振动能量回收技术领域，尤其是涉及一种膜片型电磁轨道振动能量回收系统。

背景技术

目前，轨道无线监测传感节点对小功率电源提出了更大的需求，环境振动能量回收则成为了十分具有发展潜力的技术方法。轨道车辆的高速行驶、轨道的不平顺性和车轮踏面不圆都会激励和诱发轨道不同程度上的强烈振动。因此，通过回收轨道振动能量，可以实现轨道无线监测传感节点自供能运行。目前将轨道振动的机械能转化为电能主要有压电转换和电磁转换两种方法。其中，压电转换虽然结构较为简单，但是压电材料寿命不高，且容易破损；电磁转换虽然结构较为复杂，但是具有不受材料性能限制、环境适应性强和可靠性高等优点。然而，目前电磁轨道振动能量回收系统未能实现良好的电磁感应效果，其主要原因是磁路中的磁阻过大，导致输出功率降低。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种膜片型电磁轨道振动能量回收系统。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种膜片型电磁轨道振动能量回收系统，该系统设于轨道板上，该系统包括依次连接的轨道振动能量采集模块、接口电路模块和超级电容储能模块，所述的轨道振动能量采集模块包括壳体，分别安装于壳体顶部和底部的上压环、下压环，设于上压环底部的上膜片弹簧，设于下压环底部的下膜片弹簧，以及设于上压环、下压环之间的可动磁体组件，所述可动磁体组件支撑在所述上膜片弹簧和所述下膜片弹簧之间。

所述轨道振动能量采集模块为轴对称结构。

所述可动磁体组件包括环形磁铁、磁极、上圆锥座和下圆锥座，所述上圆锥座与所述下圆锥座分别通过螺栓安装在所述上膜片弹簧和所述下膜片弹簧上，磁极设于所述上圆锥座与所述下圆锥座之间，所述磁极和所述环形磁铁的中间位置通过对穿螺栓、螺母连接，线圈部分包括铁轭和嵌入在铁轭中的线圈，所述线圈的输出端经由导线连接所述接口电路模块的输入端，所述上膜片弹簧、所述下膜片弹簧分别通过上压环、下压环与铁轭连接，并通过螺栓锁紧为一个整体。

进一步地，所述上圆锥座和所述下圆锥座的外表面分别设有锥形凸起部。

进一步地，所述磁极的外径小于所述铁轭的内径0.1mm。

进一步地，所述线圈为铜漆包线缠绕成空心圆柱结构。

进一步地，所述环形磁铁采用钕铁硼环形磁铁，所述环形磁铁的充磁方向为环形磁铁的垂直方向。

进一步地，所述对穿螺栓和所述螺母为不导磁的铜锌合金材料。

所述接口电路模块包括二极管桥式整流电路、同步电感L、电子开关S和二极管D。

所述超级电容储能模块包括壳体和设于壳体内的超级电容储能阵列，所述超级电容储能阵列包括多个超级电容单体和均压电阻，所述均压电阻包括等效串联内阻及等效并联内阻。

本发明提供的膜片型电磁轨道振动能量回收系统，相较于现有技术至少包括如下有益效果：

1)本发明利用电磁感应原理将轨道振动能量转换为电能，为轨道无线监测传感节点工作提供了能源，达到无线无源自供能的目的；而利用膜片作为弹性元件，膜片在大变形产生的非线性恢复力可有效拓宽振动采集模块的响应频带，提高轨道振动能量采集效果；