CN110247464A - 一种基于振动能量采集的微电源装置 - Google Patents

Abstract

一种基于振动能量采集的微电源装置，包括振动能量采集器、电能收集模块，其安装于铁路轨旁平整且振动传导良好的地面，列车通过时，通过吸收振动环境中的振动机械能，将机械能转化为电能，整流并储存进蓄电装置，并可向轨旁低功耗电子设备输出稳定的电压。

Description

一种基于振动能量采集的微电源装置

技术领域

本发明属于能量收集技术领域，具体是涉及一种应用于铁路道旁设备供电的小型化电源装置。

背景技术

在高铁和城际线路上，安装有大量的轨道设备和检测设备，这些设备需定期保养和维护检修，因为人工现场作业天窗时间短，施工难度大，维护成本较高，所以电子自动化设备逐步取代人工上道作业将是一种需求和趋势，但是大量的电子设备上道，面临的最大问题就是如何解决电源问题，在没有供电的铁路区段，部分道旁设备需要使用电池进行供电，而电池作为电源供电需要频繁更换电池，或定期为电池充电，从而产生高维护成本的问题，还有部分轨旁设备需要铺设远距离的电缆至固定电源位置或者站房取电，成本较高。

列车在轨道上运行时，轨道及其附近道路会产生振动，通过振动采集装置吸收列车经过时产生的振动机械能，将之转化成电能并存入蓄电装置，并可以向外部负载输出稳定的电压和电流，替代上述电池或电源为道旁低功耗设备进行供电，从而解决了电源问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于振动能量采集的微电源装置，通过吸收振动环境中的振动机械能，将机械能转化为电能并储存进蓄电装置，并适时向外部负载输出稳定的电压。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种基于振动能量采集的微电源装置，包括能量采集器、电能收集模块，其特征在于，所述能量采集器包含壳体、平面弹簧、永磁振子、线圈；所述电能收集模块包含整流电路单元、电能收集单元、充放电单元、放电接口；

所述永磁振子通过平面弹簧连接壳体，在特定频率和外界振动形成谐振并产生移动磁场，用于使线圈切割磁感线产生电流；

所述电能收集模块通过导线与线圈连接，用于收集能量采集器输出的不稳定电能，储存电能并稳定输出；

所述整流电路单元、电能收集单元、充放电单元、放电接口依次序电连接。

所述壳体为非导体、低磁导率材料制成，用于机械支撑并防水防尘。

所述永磁振子包括两块永磁铁块，所述两块永磁铁块被三块电工纯铁两两相夹使用中轴固定，并整体固定在平面弹簧上，两块永久磁铁块N极相互靠近并且分别位于线圈的正上方和正下方；

所述线圈固定在壳体内侧支架上，为多匝圆形。

所述整流电路单元用于将能量采集器输出的电压不稳定交流电转化为电压持续变化的直流电。

所述电能收集单元可以设置电压输入阈值，当输入电压高于设置阈值时开始收集，并稳压输出。

所述充放电单元包含可充电电池，通过放电接口向外部输出电能。

本发明提供了一种基于振动能量采集的微电源，其可以安装于铁路轨旁平整且振动传导良好的地面，列车通过时，所形成的振动能通过能量采集器壳体传导给由平面弹簧和永磁振子组成的弹簧振子系统，振动时和固定于壳体内部线圈安装支架上的线圈相对运动，进而使线圈切割磁感线产生电信号，并通过后端电能收集模块对电信号整流、稳压并存储。

附图说明

图1为本发明的系统架构图。

具体实施方式

下面结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行描述，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1所示，一种基于振动能量采集的微电源装置，包括能量采集器、电能收集模块，其中能量采集器包含壳体、平面弹簧、永磁振子、线圈，电能收集模块包含整流电路单元、电能收集单元、充放电单元、放电接口。

进一步地，所述壳体为非导体、低磁导率材料制成，用于机械支撑并防水防尘；优选地，所述壳体采用亚克力材料制作。

进一步地，所述永磁振子包括两块永磁铁块，所述两块永磁铁块N极相互靠近并被三块电工纯铁两两相夹后用中轴固定，并使用多个平面弹簧安装在壳体上；优选地，所述中轴为铜质中轴，所述多个平面弹簧为4个。

进一步地，所述永磁振子与平面弹簧组成振子系统，在特定频率和外界振动形成谐振并产生移动磁场。

进一步地，所述线圈安装于壳体内线圈安装支架上，并使两块永磁铁块分别位于线圈的正上方和正下方；优选地，所述线圈采用多匝圆形，用于使线圈切割磁感线产生电流。

进一步地，所述能量采集器安装于铁路轨旁平整且振动传导良好的地面，列车通过时，所形成的振动能通过能量采集器壳体传导给由平面弹簧和永磁振子组成的弹簧振子系统，振动时和固定于壳体内部线圈安装支架上的线圈相对运动，进而使线圈切割磁感线产生电信号。

进一步地，所述电能收集模块整流电路单元通过导线与能量采集器线圈连接，用于收集能量采集器输出的不稳定电能，储存电能并稳定输出。

所述整流电路单元、电能收集单元、充放电单元、放电接口依次序电连接。

进一步地，所述整流电路单元用于将能量采集器输出的电压不稳定交流电转化为电压持续变化的直流电。

进一步地，所述电能收集单元可以设置电压输入阈值，当输入电压高于设置阈值时开始收集，并稳压输出。

进一步地，所述充放电单元包含可充电电池，通过放电接口向外部输出电能；优选地，所述可充电电池采用锂离子电池组。

需要说明的是，在本说明书中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来讲是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其他实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽范围。

Claims (7)

1.一种基于振动能量采集的微电源装置，包括能量采集器、电能收集模块，其特征在于，所述能量采集器包含壳体、平面弹簧、永磁振子、线圈；所述电能收集模块包含整流电路单元、电能收集单元、充放电单元、放电接口；

所述永磁振子通过平面弹簧连接壳体，在特定频率和外界振动形成谐振并产生移动磁场，用于使线圈切割磁感线产生电流；

所述电能收集模块通过导线与线圈连接，用于收集能量采集器输出的不稳定电能，储存电能并稳定输出；

所述整流电路单元、电能收集单元、充放电单元、放电接口依次序电连接。

2.根据权利要求1所述的一种基于振动能量采集的微电源装置，其特征是：所述壳体含有线圈安装支架，为非导体、低磁导率材料制成，用于机械支撑并防水防尘。

3.根据权利要求1所述的一种基于振动能量采集的微电源装置，其特征是：所述永磁振子包括两块永磁铁块，所述两块永磁铁块被三块电工纯铁两两相夹并使用中轴固定，并整体固定在平面弹簧上，两块永磁铁块N极相互靠近并且分别位于线圈的正上方和正下方。

4.根据权利要求1所述的一种基于振动能量采集的微电源装置，其特征是：所述线圈固定在壳体内部线圈安装支架上，为多匝圆形。

5.根据权利要求1所述的一种基于振动能量采集的微电源装置，其特征是：所述整流电路单元用于将能量采集器输出的电压不稳定交流电转化为电压持续变化的直流电。

6.根据权利要求1所述的一种基于振动能量采集的微电源装置，其特征是：所述电能收集单元可以设置电压输入阈值，当输入电压高于设置阈值时开始收集，并稳压输出。

7.根据权利要求1所述的一种基于振动能量采集的微电源装置，其特征是：所述充放电单元包含可充电电池，通过放电接口向外部输出电能。