CN110912454A - 一种适用于高铁车轮传感系统的能量收集系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种适用于高铁车轮传感系统的能量收集系统，其特征在于：包括设置在高铁车轮上的能量收集器，所述能量收集器包括基座、悬臂梁、压电片、质量块、能量收集电路模块及电能存储器，所述基座固定在高铁车轮靠近轮轴一侧，所述悬臂梁底端与所述基座固定连接，所述悬臂梁顶端设置有所述质量块，所述悬臂上粘贴设置所述压电片，所述压电片与所述能量收集电路模块连接，所述能量收集电路模块连接至所述电能存储器。本发明结构设计科学合理，能够将车轮的旋转机械能转化为电能，解决了高铁车轮无线传感器的供电难题，可为无线传感器提供电能供给。
Description
技术领域
本发明属于能量转化与收集技术领域，涉及能量收集装置，特别涉及一种适用于高铁车轮传感系统的能量收集系统。
背景技术
近几十年来，高速铁路的发展极大地促进了城市之间的交通效率。与普通列车相比，高速铁路的速度更快，其运行安全性尤为重要。作为车辆和轨道之间的传动结构，车轮的结构完整性及行驶状态直接影响驾驶安全。因此，为了保证高铁的行驶安全，需通过传感系统来获取高铁的状态及结构健康。
目前，高铁车轮的结构健康监测技术正在快速发展，可通过布置传感器随时监控车轮，轴承，制动盘和其他结构的健康状况，以确保高速铁路的安全运行。能源供应是健康监测无线传感器网络发展和应用的障碍。无论使用哪种无线传感器用于高铁车轮的性能监测，都需要能量的供给。目前，能量是限制智能高铁车轮发展的一个瓶颈。传统的电池供电方法具有维护频繁、体积大等缺点，对于具有多种传感器的高铁车轮来说，不是一种理想的解决方案。
通过对公开专利文献的检索，并未发现与本专利申请相似的公开专利文献。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种适用于高铁车轮传感系统的能量收集系统，能够将车轮的旋转机械能转化为电能，解决了高铁车轮无线传感器的供电难题，可为无线传感器提供电能供给。
本发明解决其技术问题是通过以下技术方案实现的：
一种适用于高铁车轮传感系统的能量收集系统，其特征在于：包括设置在高铁车轮上的能量收集器，所述能量收集器包括基座、悬臂梁、压电片、质量块、能量收集电路模块及电能存储器，所述基座固定在高铁车轮靠近轮轴一侧，所述悬臂梁底端与所述基座固定连接，所述悬臂梁顶端设置有所述质量块，所述悬臂上粘贴设置所述压电片，所述压电片与所述能量收集电路模块连接，所述能量收集电路模块连接至所述电能存储器。
而且，所述悬臂梁宽度方向垂直于高铁车轮幅面，悬臂梁长度方向的延长线经过高铁车轮的轮轴。
而且，所述压电片可采用压电陶瓷或压电纤维复合材料或聚偏氟乙烯。
而且，所述质量块采用非铁磁性材料。
而且，能量收集电路模块为桥式整流电路模块。
而且，所述电能存储器为电池或超级电容器。
本发明的优点和有益效果为：
1、本发明的能量收集系统，结构设计科学合理，能够将车轮的旋转机械能转化为电能，解决了高铁车轮无线传感器的供电难题，可为无线传感器提供电能供给。
附图说明
图1为本发明的结构示意图。
附图标记说明
1-压电片、2-质量块、3-悬臂梁、4-基座、5-轮轴、6-电能存储器、7-高铁车轮、8-铁轨、9-能量收集电路模块。
具体实施方式
下面通过具体实施例对本发明作进一步详述，以下实施例只是描述性的，不是限定性的，不能以此限定本发明的保护范围。
一种适用于高铁车轮传感系统的能量收集系统，其创新之处在于：包括设置在高铁车轮7上的能量收集器，所述能量收集器包括基座4、悬臂梁3、压电片1、质量块2、能量收集电路模块9及电能存储器6，所述基座固定在高铁车轮靠近轮轴5一侧，所述悬臂梁底端与所述基座固定连接，所述悬臂梁顶端设置有所述质量块，所述悬臂上粘贴设置所述压电片，所述压电片与所述能量收集电路模块连接，所述能量收集电路模块连接至所述电能存储器，本发明的能量收集系统，结构设计科学合理，能够将车轮的旋转机械能转化为电能，解决了高铁车轮无线传感器的供电难题，可为无线传感器提供电能供给。
悬臂梁宽度方向垂直于高铁车轮幅面，悬臂梁长度方向的延长线经过高铁车轮的轮轴。
压电片可采用压电陶瓷或压电纤维复合材料或聚偏氟乙烯。
质量块采用非铁磁性材料，防止其与高铁车轮之间的相互作用，保证高铁车轮的稳定运转。
能量收集电路模块为桥式整流电路模块，保证电能的稳定收集。
电能存储器为电池或超级电容器，保证电能的充分收集存储，为无线传感器提供电能供给。
本发明的工作原理为：
高铁车轮在铁轨8上运行的过程中进行高速旋转，能量收集器通过基座与高铁车轮固定，借助高铁车轮的转动带动其他部件共同旋转；在此过程中，质量块由于重力作用将会呈现周期性加速度，悬臂梁及压电片将会随之产生振动与形变，通过压电效应产生交变电压，再通过能量采集电路将其转换成稳定的电压，在电能存储器件中存储，为传感器供给能量。
尽管为说明目的公开了本发明的实施例和附图，但是本领域的技术人员可以理解：在不脱离本发明及所附权利要求的精神和范围内，各种替换、变化和修改都是可能的，因此，本发明的范围不局限于实施例和附图所公开的内容。
Claims (6)
1.一种适用于高铁车轮传感系统的能量收集系统，其特征在于：包括设置在高铁车轮上的能量收集器，所述能量收集器包括基座、悬臂梁、压电片、质量块、能量收集电路模块及电能存储器，所述基座固定在高铁车轮靠近轮轴一侧，所述悬臂梁底端与所述基座固定连接，所述悬臂梁顶端设置有所述质量块，所述悬臂上粘贴设置所述压电片，所述压电片与所述能量收集电路模块连接，所述能量收集电路模块连接至所述电能存储器。
2.根据权利要求1所述的适用于高铁车轮传感系统的能量收集系统，其特征在于：所述悬臂梁宽度方向垂直于高铁车轮幅面，悬臂梁长度方向的延长线经过高铁车轮的轮轴。
3.根据权利要求1所述的适用于高铁车轮传感系统的能量收集系统，其特征在于：所述压电片可采用压电陶瓷或压电纤维复合材料或聚偏氟乙烯。
4.根据权利要求1所述的适用于高铁车轮传感系统的能量收集系统，其特征在于：所述质量块采用非铁磁性材料。
5.根据权利要求1所述的适用于高铁车轮传感系统的能量收集系统，其特征在于：能量收集电路模块为桥式整流电路模块。
6.根据权利要求1所述的适用于高铁车轮传感系统的能量收集系统，其特征在于：所述电能存储器为电池或超级电容器。
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Citations (5)
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