[實用新型]用于軌道車輛軸承監測系統供電的壓電發電裝置

有效

• 申請號: 201220442496.4
• 申請日: 2012-09-01
• 公開（公告）號: CN202721625U
• 公開（公告）日: 2013-02-06
• 發明（設計）人: 闞君武;王淑云;趙子超;程光明;張忠華;李勝杰
• 申請（專利權）人: 浙江師范大學
• 主分類號: H02N2/18
• 分類號: H02N2/18
• 代理公司: 吉林長春新紀元專利代理有限責任公司 22100
• 代理人: 魏征驥

技術領域

本實用新型屬于軌道交通監測及壓電發電技術領域，具體涉及一種用于軌道車輛軸承監測系統供電的壓電發電裝置。

背景技術

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，而軌道車輛的輪軸及軸承是確保軌道車輛安全運行的關鍵。以往，軌道車輛輪軸及軸承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，車輛運行期間輪軸及軸承等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。

對于輪軸及軸承監測系統而言，理想的方法是將各類傳感監測系統安裝在旋轉軸上或靠近軸承安裝，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的提供可靠、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，目前實際中普遍采用的是非實時的、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，例如：中國專利CN101072985A、CN102278950A等提供的溫度監測系統，中國專利CN102120461A、CN102101484A、CN102101485A等提供的車軸監測單元，等等。可見，由于軌道車輛輪軸及軸承工作環境特殊性以及由此所造成的電力供應難題，真正意義上的實時在線監測系統、尤其是直接測量輪軸及軸承狀態的實時監測系統還難以推廣應用。

發明內容

本實用新型提供一種用于軌道車輛軸承監測系統供電的壓電發電裝置，用于軌道車輛軸承監測系統供電，以實現實時的、直接的軸承在線健康監測。

本實用新型采取的技術方案是：輪軸通過軸承安裝在車架上；輪軸的端部通過螺釘安裝有T型擋塊，所述T型擋塊的一端壓接在軸承的內圈上，另一端面上鑲嵌有磁極配置方向相反的動磁鐵；軸承蓋通過螺釘安裝在車架上，所述軸承蓋的底部設有環形槽；在所述軸承蓋底部環形槽的端面上通過螺釘安裝有壓電換能器、圓形擋片和環形擋片；所述圓形擋片和環形擋片將壓電換能器的中心和邊緣部位壓接在軸承蓋底部環形槽的端面上；所述壓電換能器由金屬基板及壓電晶片粘接而成；定磁鐵通過螺釘安裝在壓電換能器的金屬基板上、且處于壓電晶片的中心部位；傳感監測系統通過螺釘安裝在車架上、且置于軸承蓋的內部，所述傳感監測系統通過導線組與壓電換能器連接。

在本實用新型中，動磁鐵和定磁鐵的作用是通過相對轉動產生交替的排斥力和吸引力，壓電換能器的功能是將機械能轉換成電能。

在軌道車輛運行期間，鑲嵌于T型擋塊上的第一、第二動磁鐵隨輪軸轉動，而安裝在軸承蓋內部的壓電換能器、以及安裝在所述換能器上的定磁鐵相對靜止。當第一動磁鐵旋轉至定磁鐵附近時，即動磁鐵與定磁鐵同性磁極靠近，產生排斥力；相反，當第二動磁鐵旋轉至定磁鐵附近時，即動磁鐵與定磁鐵異性磁極靠近，產生吸引力。動磁鐵與定磁鐵之間排斥力與吸引力的交替變化使得壓電換能器產生往復彎曲變形，從而將機械能轉換成電能，所產生的電能經一定的轉換處理后直接用于驅動監測系統。

本實用新型的特點是：壓電換能器的彎曲變形量及單次激勵發電量是由磁極間的磁場強度決定的，輪軸增速、減速、及速度高低等狀態變化對其無直接影響，因此對輪軸的轉速適應能力強，在各種轉動狀態下都有較強的發電能力；同時，可通過磁場強度設計限定壓電換能器的變形量，進而提高發電裝置的可靠性。

本實用新型優勢在于：①發電裝置集成在軸承蓋內，由旋轉的輪軸與磁力耦合非接觸激勵，無接觸沖擊、噪音及接觸激勵可能造成的壓電換能器損毀；②?壓電換能器沿輪軸軸向變形，變形量及發電量不受輪軸轉動狀態影響，轉速適應能力及發電能力強、勻速及高速時均可發電，且可靠性高。

附圖說明

圖1是本實用新型一個較佳實施例中壓電發電裝置的結構剖視簡圖；

?圖2是圖1的A-A視圖；

圖3是圖1的I部放大圖；

圖4是本實用新型壓電換能器的結構示意圖；

圖5是圖4的B-B視圖。?

具體實施方式