[發明專利]一種新型列車軸承監測系統用發電機

有效

• 申請號: 201710727288.6
• 申請日: 2017-08-17
• 公開（公告）號: CN107332463B
• 公開（公告）日: 2023-05-26
• 發明（設計）人: 張忠華;何恒錢;王淑云
• 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: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明涉及一種新型列車軸承監測系統用發電機，屬軌道車輛監測與壓電發電領域。輪軸經軸承裝在車架上，車架殼體端部裝有端蓋，端蓋的斜槽中裝有限位磁鐵；輪軸端部裝有激勵器，激勵器一端套在輪軸上并頂靠在軸承內圈上；激勵器的軸截面上均布地嵌有激勵磁鐵，激勵器的限位環上裝有限位磁環；車架殼體的凸臺上裝有壓電振子和簧片，壓電振子自由端裝有被懸浮磁鐵，簧片自由端裝有懸浮磁鐵與受激磁鐵，被懸浮磁鐵與懸浮磁鐵、限位磁鐵的同性磁極相對安裝，受激磁鐵與激勵磁鐵的同性磁極靠近安裝，激勵磁鐵與簧片的中介層共面；受激磁鐵與限位磁環之間為排斥力；車架上安裝有電路板和傳感器，壓電振子與電路板連接，電路板與傳感器連接。

技術領域

本發明屬于軌道交通監測及壓電發電技術領域，具體涉及一種新型列車軸承監測系統用發電機。

背景技術

軌道車輛輪對正常工作是確保軌道車輛安全運行的關鍵。以往，軌道車輛輪系關鍵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。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，因為：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；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。限于電力供應問題的制約，目前依然普遍采用非實時的、間接的測量方法，即將傳感監測系統置于路基之上，不隨車體移動或不隨輪軸轉動。為解決列車軸系實時監測系統的供電問題，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，但現有壓電發電機是周期激勵的且壓電片承受交變的拉壓應力，故可靠性較低、有效帶寬窄。

發明內容

本發明提出一種新型列車軸承監測系統用發電機，本發明采用的實施方案是：輪軸經軸承安裝在車架上，車架上的殼體端部經螺釘安裝有端蓋，端蓋的斜槽中經螺釘安裝有限位磁鐵；輪軸端部經壓板及螺釘安裝有激勵器，激勵器的一端套在輪軸上并頂靠在軸承的內圈上；激勵器的軸截面上均布地鑲嵌有激勵磁鐵，激勵器兩端的限位環上經螺釘安裝有限位磁環；車架的殼體的凸臺上經壓塊和螺釘安裝有壓電振子和簧片，簧片兩側的壓電振子的數量相等；壓電振子由基板和壓電片粘接而成，基板靠近簧片安裝，基板與簧片之間壓接有墊片；壓電振子的自由端經螺釘安裝有被懸浮磁鐵，簧片的自由端兩側經螺釘安裝有懸浮磁鐵、受激磁鐵，被懸浮磁鐵與懸浮磁鐵、限位磁鐵的同性磁極相對安裝，受激磁鐵與激勵磁鐵的同性磁極靠近安裝，激勵磁鐵的中介層與簧片的中介層位于同一平面上；受激磁鐵與限位磁環之間的作用力為排斥力；車架上安裝有電路板和傳感器，壓電振子經導線與電路板連接，電路板經導線與傳感器連接。

壓電振子安裝前為平直結構、安裝后由于懸浮磁鐵與被懸浮磁鐵的排斥力作用變為彎曲結構；簧片不發生彎曲變形時，簧片兩側壓電振子的變形及受力狀態分別相同；簧片彎曲變形使受激磁鐵與限位環接觸時、壓電振子由于被懸浮磁鐵與限位磁鐵的排斥力作用不發生相互接觸，且當利用外力使壓電振子與限位磁鐵相接觸時，壓電片上的最大壓應力不大于其許用值，即壓電振子自由端的變形量不大于其許用變形量其中：B＝1-α+αβ，A＝α⁴(1-β)²-4α³(1-β)+6α²(1-β)-4α(1-β)+1，α＝h_m/H，β＝E_m/E_p，h_m和片分別為基板的厚度和壓電振子的總厚度，E_m和E_p分別為基板和壓電片的楊氏模量，k₃₁和分別為壓電陶瓷材料的機電耦合系數和許用壓應力，L為壓電振子的長度。