CN108448930A - 铁轨振动能收集装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种铁轨振动能收集装置，其包括外壳、拾振机构、线圈骨架、感应线圈、永磁铁单元、超磁致伸缩棒单元和底座；外壳置于碎石与钢轨之间；拾振机构置于外壳的顶端，其下端为球面结构；线圈骨架置于外壳内；感应线圈绕在线圈骨架上，经所述外壳外接至电路；永磁铁单元包括3段圆柱永磁铁，竖向布置于线圈骨架内；超磁致伸缩棒单元，包括2段圆柱超磁致伸缩棒，竖向布置于线圈骨架内，并置于所述圆柱永磁铁之间，将3段圆柱永磁铁隔开；碟簧位于拾振机构球面结构上方，并固定在拾振机构上；底座位于外壳底部。本发明能收集铁轨产生的振动能，并将其转化为电能。
Description
技术领域
本发明涉及自采能收集技术领域，具体涉及一种铁轨振动能收集装置。
背景技术
随着我国铁路建设范围的扩大，需要在地形复杂地区建设隧道。目前，国内外主要采用有线电路以及移动终端来显示铁路隧道内的情况，电路很容易受到外界的影响而导致隧道内出现监控盲区，给列车行驶带来安全隐患。对于大多数地形复杂且偏远地区的铁路隧道来说，检测节点多、电缆架设困难以及后期维护成本高的问题难以通过传统的供能系统得到解决，在这个背景下，铁轨振动能的收集成为国内外学者研究的热点。现有振动能发电方式通常分为电磁式、静电式、压电式、超磁致伸缩式四种。但压电式使用寿命短、转换效率低，电磁式尺寸较大，静电式需提供外接电源等，以上三种均不适用于铁轨振动能采集。由于超磁致伸缩材料（GMM）不存在疲劳老化的问题，且具有较高的能量转换效率，在相同条件下比其他方式输出能量密度更大。因此，如何将超磁致伸缩材料运用到铁路振动能采集上成为近年来的热点。
发明内容
本发明的目的在于提供一种铁轨振动能收集装置，该收集装置可以收集铁轨产生的振动能，并将其转化为电能。
本发明所采用的技术方案是：
一种铁轨振动能收集装置，其包括
外壳，置于碎石与钢轨之间；
拾振机构，置于外壳的顶端，其下端为球面结构；
线圈骨架，置于外壳内；
感应线圈，绕在线圈骨架上，经所述外壳外接至电路，进行电能存储；
永磁铁单元，包括3段圆柱永磁铁，竖向布置于线圈骨架内，用于提供偏振磁场，改善超磁致伸缩棒的机电耦合关系，提高能量转化效率；
超磁致伸缩棒单元，包括2段圆柱超磁致伸缩棒，竖向布置于线圈骨架内，并置于所述圆柱永磁铁之间，将3段圆柱永磁铁隔开；
碟簧，位于所述拾振机构球面结构上方，并固定在拾振机构上，作为预应力提供装置；
底座，位于外壳底部。
在机械应力（铁轨振动）作用下，拾振机构将铁轨振动应力传输到超磁致伸缩棒上，从而引起超磁致伸缩棒内部的磁化状态发生变化，引起感应线圈回路中产生感应电动势，从而实现机械能向电能的转换。
按上述方案，所述底座包括上底座、下底座、橡胶垫片、支撑杆、螺母，所述橡胶垫片位于上底座、下底座之间，支撑杆的上端依次穿过上底座、橡胶垫片、下底座，支撑杆的下端设有螺母，调节螺母以调节底座的高度。底座采用双层设计形式，使用螺母和橡胶垫圈完成上底座、下底座两部分的调节，进而控制所述铁轨振动能收集装置的高度。
按上述方案，拾振机构的力的传递方向沿所述超磁致伸缩棒的轴线方向传递，且拾振机构刚度大于超磁致伸缩材料的刚度，以保证力的传递效率。
按上述方案，所述铁轨振动能收集装置的高度为70mm-80mm。
按上述方案，所述外壳采用导磁材料制成，基于磁路闭合原理，使所述超磁致伸缩棒构成闭合回路。
本发明的有益效果在于：
通过设置拾振机构、永磁铁、超磁致伸缩棒、碟簧，以收集铁轨产生的振动能并将其转化为电能，后续再通过高效电路传输、处理并储存，可为铁路系统提供稳定可靠的能源供应，降低列车运行风险。
将拾振机构的下端设计成球面结构，以便于力的传递，提高力的传递效果，便于提高转化效率；
采用了分段圆柱永磁体的布置形式，与现有的永磁铁布置形式不同，分段圆柱永磁体在提供较高的偏置磁场的同时，保证较小漏磁的情况下，有较好的磁场均匀度，提高能量转化效率；
外壳正好放于碎石与钢轨之间，既能够完美地利用振动能，而且并不破坏铁轨的原结构；
超磁致伸缩材料是核心功能材料，传统磁致伸缩材料由于其应变量小，居里温度低，很难在实际中应用，相比较，超磁致伸缩材料具有巨大的室温磁致伸缩效应，产生的能量密度高和快速的机械响应等优点；相对压电材料，超磁致伸缩材料不存在去极化引起的失效问题，并且不存在疲劳老化问题，因而工作性能更加可靠；超磁致伸缩材料的机电耦合系数，可达0.75，能量转换效率更高；超磁致伸缩材料的应变量大，在室温下大于0.15%，因而比压电材料更灵敏，可在小振幅下产生更多电能，因此采用超磁致伸缩材料后可以实现稳定高效的铁路能源供给，同时还具有减震降噪，绿色环保等优点；
将该电能通过高效电路传输、处理并储存后可以为铁路系统提供稳定可靠的能源供应，降低列车运行风险。
附图说明
下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：
图1是本发明铁轨振动能收集装置的结构示意图；
其中：1、拾振机构；2、碟簧；3、永磁铁；4、超磁致伸缩棒；5、外壳；6、感应线圈；7、底座；8、橡胶垫片；9、线圈骨架。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
参见图1，一种铁轨振动能收集装置，其包括外壳5、拾振机构1、线圈骨架9、感应线圈6、永磁铁单元、超磁致伸缩棒单元、碟簧2、底座7。外壳5采用导磁材料制成，置于碎石与钢轨之间，能够完美地利用铁轨的振动能，而且不破坏铁轨的原结构，方便施工。拾振机构1置于外壳5的顶端，其下端为球面结构；拾振机构1的力的传递方向沿超磁致伸缩棒4的轴线方向传递，且拾振机构1的刚度大于超磁致伸缩棒4的刚度，以保证力的传递效率，提高电能转化效率。线圈骨架9置于外壳5内，位于超磁致伸缩棒4两侧。感应线圈6绕在线圈骨架9上，经外壳5外接至电路，进行电能存储。永磁铁单元包括3段圆柱永磁铁3，竖向布置于线圈骨架9内；超磁致伸缩棒单元包括2段圆柱超磁致伸缩棒4，竖向布置于线圈骨架9内，并置于圆柱永磁铁3之间，将3段圆柱永磁铁3隔开；永磁铁3用于提供偏振磁场，改善超磁致伸缩棒4的机电耦合关系，提高能量转化效率。碟簧2位于拾振机构1的球面结构上方，并固定在拾振机构1上，作为预应力提供装置。底座7位于外壳5底部，包括上底座、下底座、橡胶垫片8、支撑杆、螺母，橡胶垫片8位于上底座、下底座之间，支撑杆的上端依次穿过下底座、橡胶垫片8、上底座，支撑杆的下端设有螺母。底座7采用双层设计形式，使用螺母和橡胶垫圈8完成上底座、下底座两部分的调节，进而控制整个铁轨振动能收集装置的高度，以方便安装及方法机械能的采集。
本发明中，拾振机构1的输入顶杆将铁轨振动应力传输到超磁致伸缩棒4上，预应力由碟簧2提供，永磁铁3用于提供偏置磁场,改善超磁致伸缩棒4的机电耦合关系，提高能量转换效率。超磁致伸缩棒4采用直径为10mm，高度为15mm。考虑到磁路闭合原理、外壳均为导磁材料，使超磁致伸缩棒4构成闭合磁路。考虑到我国铁路常用钢轨型号为60kg/m钢轨，钢轨到枕木高度为175mm，碎石到钢轨的平均高度为248mm，则钢轨下端到碎石的高度为73mm，振动能收集装置设计高度70mm-80mm，正好放于碎石与钢轨之间,既能够完美的利用振动能，而且不破坏铁轨原结构。
应当理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。
Claims (6)
1.一种铁轨振动能收集装置，其特征在于：包括
外壳，置于碎石与钢轨之间；
拾振机构，置于外壳的顶端，其下端为球面结构；
线圈骨架，置于外壳内；
感应线圈，绕在线圈骨架上，经所述外壳外接至电路；
永磁铁单元，包括3段圆柱永磁铁，竖向布置于线圈骨架内；
超磁致伸缩棒单元，包括2段圆柱超磁致伸缩棒，竖向布置于线圈骨架内，并置于所述圆柱永磁铁之间，将3段圆柱永磁铁隔开；
碟簧，位于所述拾振机构球面结构上方，并固定在拾振机构上；
底座，位于外壳底部。
2.根据权利要求1所述的铁轨振动能收集装置，其特征在于：所述底座包括上底座、下底座、橡胶垫片、支撑杆、螺母，所述橡胶垫片位于上底座、下底座之间，支撑杆的上端依次穿过上底座、橡胶垫片、下底座，支撑杆的下端设有螺母，调节螺母以调节底座的高度。
3.根据权利要求1所述的铁轨振动能收集装置，其特征在于：拾振机构的力的传递方向沿所述超磁致伸缩棒的轴线方向传递。
4.根据权利要求1或3所述的铁轨振动能收集装置，其特征在于：拾振机构刚度大于超磁致伸缩材料的刚度。
5.根据权利要求1所述的铁轨振动能收集装置，其特征在于：所述铁轨振动能收集装置的高度为70mm-80mm。
6.根据权利要求1所述的铁轨振动能收集装置，其特征在于：所述外壳采用导磁材料制成。
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|---|---|
| CN (1) | CN108448930A (zh) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN109495019A (zh) * | 2019-01-02 | 2019-03-19 | 杭州电子科技大学 | 一种机床主轴的振动能量收集装置及方法 |
| CN110029533A (zh) * | 2019-05-17 | 2019-07-19 | 西南交通大学 | 一种轨道隔振器及轨道隔振系统 |
| CN111041899A (zh) * | 2019-12-03 | 2020-04-21 | 长安大学 | 基于磁致伸缩材料的智能发电轨道板 |
| CN114123863A (zh) * | 2021-11-29 | 2022-03-01 | 河北工业大学 | 一种双棒结构的柱棒式磁致伸缩振动能量采集装置 |
| CN117600049A (zh) * | 2023-11-23 | 2024-02-27 | 沈阳航空航天大学 | 振动换能器及其优化方法 |
Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN103762890A (zh) * | 2014-01-14 | 2014-04-30 | 杭州电子科技大学 | 采用柔性铰链放大的超磁致伸缩振动能量收集器 |
| CN103840703A (zh) * | 2014-03-05 | 2014-06-04 | 上海应用技术学院 | 环形肋片式超磁致伸缩驱动器装置 |
| CN203708143U (zh) * | 2014-01-14 | 2014-07-09 | 杭州电子科技大学 | 一种柱状超磁致伸缩式俘能器 |
| CN104575478A (zh) * | 2013-10-11 | 2015-04-29 | 有研稀土新材料股份有限公司 | 一种驱动元件及包含该驱动元件的稀土超磁致伸缩换能器 |
| CN105245130A (zh) * | 2015-11-09 | 2016-01-13 | 杭州电子科技大学 | 基于超磁致伸缩棒收集轨道振动能量的装置及方法 |
| CN105397920A (zh) * | 2015-10-21 | 2016-03-16 | 清华大学 | 超磁致伸缩旋转超声振动刀柄 |
| KR101711789B1 (ko) * | 2016-03-16 | 2017-03-02 | 충남대학교산학협력단 | 자기변형부재를 이용한 에너지 하베스팅 장치 |
-
2018
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Patent Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN104575478A (zh) * | 2013-10-11 | 2015-04-29 | 有研稀土新材料股份有限公司 | 一种驱动元件及包含该驱动元件的稀土超磁致伸缩换能器 |
| CN103762890A (zh) * | 2014-01-14 | 2014-04-30 | 杭州电子科技大学 | 采用柔性铰链放大的超磁致伸缩振动能量收集器 |
| CN203708143U (zh) * | 2014-01-14 | 2014-07-09 | 杭州电子科技大学 | 一种柱状超磁致伸缩式俘能器 |
| CN103840703A (zh) * | 2014-03-05 | 2014-06-04 | 上海应用技术学院 | 环形肋片式超磁致伸缩驱动器装置 |
| CN105397920A (zh) * | 2015-10-21 | 2016-03-16 | 清华大学 | 超磁致伸缩旋转超声振动刀柄 |
| CN105245130A (zh) * | 2015-11-09 | 2016-01-13 | 杭州电子科技大学 | 基于超磁致伸缩棒收集轨道振动能量的装置及方法 |
| KR101711789B1 (ko) * | 2016-03-16 | 2017-03-02 | 충남대학교산학협력단 | 자기변형부재를 이용한 에너지 하베스팅 장치 |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN109495019A (zh) * | 2019-01-02 | 2019-03-19 | 杭州电子科技大学 | 一种机床主轴的振动能量收集装置及方法 |
| CN110029533A (zh) * | 2019-05-17 | 2019-07-19 | 西南交通大学 | 一种轨道隔振器及轨道隔振系统 |
| CN111041899A (zh) * | 2019-12-03 | 2020-04-21 | 长安大学 | 基于磁致伸缩材料的智能发电轨道板 |
| CN114123863A (zh) * | 2021-11-29 | 2022-03-01 | 河北工业大学 | 一种双棒结构的柱棒式磁致伸缩振动能量采集装置 |
| CN114123863B (zh) * | 2021-11-29 | 2023-12-22 | 河北工业大学 | 一种双棒结构的柱棒式磁致伸缩振动能量采集装置 |
| CN117600049A (zh) * | 2023-11-23 | 2024-02-27 | 沈阳航空航天大学 | 振动换能器及其优化方法 |
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