CN116317690A - 基于钢轨吸振器的压电-电磁复合式轨道振动俘能器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于钢轨吸振器的压电‑电磁复合式轨道振动俘能器，涉及轨道振动能量回收技术领域，包括：壳体、螺旋型悬臂梁、压电装置、永磁铁以及绑线柱，螺旋型悬臂梁置于壳体内，压电装置固定连接于螺旋型悬臂梁顶面，永磁铁固定连接于螺旋型悬臂梁中心处，绑线柱固定连接于壳体内壁，绑线柱与永磁铁同心设置，绑线柱上缠绕有线圈，绑线柱与永磁铁之间留有空隙。本发明将压电俘能结构与电磁俘能结构组合在一起，构成新的复合俘能结构，应用于钢轨吸振器上，能最大程度上将轮轨系统之间的摩擦自激振动能量转换为电能，并对转换后的电能进行储存及对外供能，从而实现火车行驶过程中的振动能量回收。

Description

基于钢轨吸振器的压电-电磁复合式轨道振动俘能器

技术领域

本发明涉及轨道振动能量回收技术领域，尤其是涉及一种基于钢轨吸振器的压电-电磁复合式轨道振动俘能器。

背景技术

目前，随着轨道交通的高速发展，各类轨道监测设备的需求日益增加，轨道无线监测传感节点对小功率电源有更大的需求。轨道监测设备的供电方式主要有两种：有线供电与无线供电。有线供电需要沿轨道布设供电线路与发电站等设施，建设周期长，成本高。无线供电主要采用蓄电池为轨道监测设备提供电力，需要定期为轨道监测设备更换电池，后期维护工作复杂，且费用高昂。为各类轨道监测设备探寻一种建设成本低，后期维护简单方便的新型供能方式，是现代轨道技术急需解决的一大关键技术难题。

由于轨道并不是完全刚性，列车的运行速度，列车载客量，轨道不平顺，车轮与轨道之间的摩擦自激振动效应等因素，都会诱发轨道不同程度的振动。因此，轨道振动中蕴含着巨大能量，如果将列车运行中的振动能量转换成电能来代替有线供电或电池为轨道监测设备提供能源成了一种非常有效的解决方法。

轨道振动具有非周期以及宽频激励特点，导致现有的振动能量俘能器无法高效回收及利用；并且由于列车车速较快，导致通过振动能量俘能器的时间非常短，因此俘能器回收的有效时间短，回收效率也十分低。列车在通过加速、减速或弯道区段时，轮轨间的蠕滑力往往是饱和的，而这种饱和的蠕滑力会导致轮轨系统失稳，从而发生强烈的摩擦自激振动，因此在加减速、弯道区段往往需要更多轨道监测设备来保证列车的运行安全。摩擦自激振动是一种不依赖于外界振动源的振动能量，其振动频率较于轨道振动频率相对单一，通过回收轮轨间的摩擦自激振动能量可以有效解决轨道振动具有非周期以及宽频激励这一难题，可以实现高效率的振动能量回收。

如附图1所示，钢轨吸振器是一种转移、吸收和消耗轨道振动能量的装置，可以达到降低钢轨振动的作用。在研究过程中发现钢轨吸振器是一种被动式吸振器，相较于轨道系统的其他构件，能更大程度上吸收轮轨系统在工作过程中产生的巨大的摩擦自激振动能量；并且，钢轨吸振器在工作时振动频率更加稳定，振幅更大，相较于轨道系统的其他构件，在钢轨吸振器上更容易实现摩擦自激振动能量的高效回收利用。研究基于钢轨吸振器的振动能量俘能器，可以达到高效回收摩擦自激振动能量的目的，不仅可以为监测加减速、弯道区段的低功耗的轨道监测设备供电，甚至可以将多余的电能存储下来作为备用能源。

现有技术中，振动能量回收技术研究主要分为3种类型：

(1)利用电磁换能装置将振动机械能转换为电能的电磁式。

(2)利用静电发生器将振动机械能转换为电能的静电式。

(3)利用压电材料的压电效应将振动机械能转换为电能的压电式。

有关压电式振动俘能器的现有技术：①齐冀,李臻,杨浩骏，于《节能技术》2011，29(04)：315-322中发表了地铁轨道振动能量回收系统的研制[J]，公开了一种悬臂梁压电振子来收集轨道振动能量，在悬臂梁端部设有质量块，当钢轨振动时，诱发压电悬臂梁振动，压电悬臂梁发生形变，由于压电效应，电极上产生电荷。由于轨道振动具有宽频激励特点，因此该振动俘能器的振动频率不能有效匹配轨道振动频率，导致回收振动能量效率较低。②NelsonC.A.，Platt S.R.，AlbrechtD.，etal.PowerHarvestingforRailroadTrackHealthMonitoring UsingPiezoelectricandInductiveDevices[C]//ProceedingsoftheSPIE：Activeand PassiveSmartStructuresandIntegratedSystems2008，2008，6928R中公开了将压电陶瓷贴在钢轨底部，当车轮经过时，钢轨发生形变，粘贴在钢轨底部的压电陶瓷也随之变形，从而产生电荷。由于钢轨只承受了大部分的车辆垂向载荷，而该俘能器仅仅利用钢轨的弯曲形变发电，因此其发电功率较小。③袁天辰，杨俭，宋瑞刚，刘小威，汪杰，吴建宝于《城市轨道交通研究》2012，15(12)：91-96中发表了基于压电陶瓷的轨道振动能量采集方法[J].公开了一种基于压电陶瓷的轨道振动能量采集器，将压电振子安装在轨枕和道床之间，采用压电堆结构回收振动能量。④CN104283457B公开了一种轨道垂向振动能量回收装置，安装在轨道的轨枕和道床之间，可较高地回收轨道垂向振动能量。⑤CN202121523U公开了一种基于压电悬臂梁的轨道振动能量回收系统，将悬臂梁固定于轨道底面上，根据轨道振动频率的不同，设置不同的压电振子以满足轨道振动能量的回收。⑥CN206127738U公开了一种地铁轨道的储能发电装置，将该储能发电装置设置在轨道左右两侧轨道枕木下边，通过蝴蝶式压电悬臂梁将振动能量转化为电能。但由于该装置整体零部件过多，导致可靠性较低，因此能量回收效率也比较低。

有关电磁式振动俘能器的现有技术：①PourghodratA.EnergyHarvestingSystemsDesignforRailroadSafety[D].UniversityofNebraska-Lincoln，2011公开了一种电磁轨道振动能量采集装置，通过齿轮和齿条的作用，将轨道振动的直线位移转变为发电机的旋转运动，通过离合器，保持发电机的单向旋转。②John J.Wang，G.P.Penamalli，andLeiZuo.ElectromagneticEnergyHarvestingfromTrain InducedRailwayTrackVibrations[C].ProceedingsofIEEE/ASMEInternational ConferenceonMechatronicsandEmbeddedSystemsandApplications(MESA)，2012：29-34公开了一种电磁轨道振动能量俘能装置，利用与自动上链机械手表相似的结构，通过齿条、齿轮组和单向离合器，将往复直线运动转变为连续的旋转运动，并通过飞轮减少转速的波动。虽然上述的现有技术中装置性能较好，但是机械结构复杂，转换环节较多，因此振动能量采集效率不高。③CN113193783A公开了一种膜片型电磁轨道振动能量回收器，设置于轨道板上，利用膜片在大变形产生的非线性恢复力来扩宽振动采集模块的响应频带，提高采集效率。④CN213661409U公开了一种直线式变线圈密度振动俘能装置，连接在转向架侧架或车体底部，利用转向架侧架与车体底部相对运动，将车辆自身产生的动能转化为电能并储存。

有关压电-电磁复合式振动俘能器的现有技术：压电式能量回收装置与电磁式能量回收装置的典型结构存在很多相似点，都需要俘能共振提高能量收集效率，将两者有机结合起来就可以得到压电-电磁复合式能量回收装置。①CN110061607A公开了一种微型能量采集器，其集成了压电与电磁，采用两组并列的悬臂梁-质量块结构，实现振动能量的持续高效转化并拓宽了工作频带。②Y.Tadesse，S.Zhang，S.Priya.MultimodalEnergyHarvestingSystem：Piezoelectric andElectromagnetic[J].JournalofIntelligentMaterialSystems&Structures，2009，20(5)：625-632中公开了将多个压电陶瓷片均匀布置在压电-电磁复合俘能装置上，发现在低频振动环境下，电磁模块比压电模块输出功率高，在高频振动环境下，压电模块的输出功率更高，从而实现宽频优化。③河南理工大学郝少帅于2017年发表了基于压电式和电磁式复合型发电机研究，公开了一种新的复合式俘能装置，通过大量参数化分析发现复合式俘能装置受到压电和电磁耦合作用的影响，输出功率有所降低，但总功率仍大于单一发电功率。④CN105375818A公开了一种双曲臂型压电-电磁复合发电装置，由于其整体结构具有一定的协同效应，因此该装置具有较低的谐振频率和较大的振幅，导致产生的电量得到明显提高。⑤CN207399009U公开了一种压电-电磁俘能装置，安装在轨道车辆的转向架与车架之间，通过压电和电磁转换的方法充分回收车架与转向架垂向振动能量，为无线传感节点工作提供了能源。

静电式具有输出电压较大、易于实现微小型化、不依赖功能材料等优点，但由于其需要外加电源，因此在能量回收方面就不适用。

通过上述现有技术分析，存在以下问题：

(1)轨道振动具有非周期及宽频激励特点

在不同的路段，轨道的主振频率各不相同，从几十赫兹到数千赫兹均有分布，因此常见的振动俘能器难以回收轨道振动能量，需要研究具有线性多模态特点的振动能量回收装置。

(2)列车经过装置具有瞬时性

轨道振动能量的产生，主要集中在车辆经过的瞬间，因此，轨道振动能量回收的有效时间短，现有的俘能器无法在如此短的时间内回收太多能量，造成回收能量较低的情况。

(3)俘能器安装位置不当

由于轨道振动的能量会向轨道上各类构件(如：枕木、吸振器、道床等)中传递，因此各类构件上的振动能量大小不一致，而如果俘能器安装位置不合理会造成能量回收率过低，进而无法为各类低功耗传感器供能。

(4)俘能器寿命短

由于俘能器可能会在人烟稀少的地方使用，但由于其工作环境比较恶劣(如：大雪、荒漠等)，现有的俘能器常常因为其恶劣的工况而产生失效，可靠性不高，从而造成寿命较短。

发明内容

本发明为解决轨道振动具有非周期以及宽频激励特点，导致现有振动俘能器回收振动能量效率较低的问题。特提供一种压电-电磁复合式轨道振动俘能器应用于钢轨吸振器上，能最大程度上吸收轮轨系统之间的摩擦自激振动能量。将吸收的摩擦自激振动能量转换为电能，不仅可以为监测加减速、弯道区段的低功耗的轨道监测设备供电，甚至可以将多余的电能存储下来作为备用能源，从而实现火车行驶过程中的振动能量回收，为各类轨道监测设备探寻一种建设成本低，后期维护简便的供能方式。

为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种基于钢轨吸振器的压电-电磁复合式轨道振动俘能器，包括壳体、螺旋型悬臂梁、压电装置、永磁铁以及绑线柱，所述螺旋型悬臂梁置于壳体内，所述压电装置固定连接于所述螺旋型悬臂梁顶面，所述永磁铁固定连接于所述螺旋型悬臂梁中心处，所述绑线柱固定连接于所述壳体内壁，所述绑线柱与所述永磁铁同心设置，所述绑线柱上缠绕有线圈，所述绑线柱与所述永磁铁之间留有空隙。

进一步地，所述螺旋型悬臂梁由若干个长度递减的单一悬臂梁首尾拼接而成，若干个所述压电装置分别固定连接于若干个所述单一悬臂梁顶面。

进一步地，所述压电装置包括上电极、PZT压电片以及下电极，所述上电极、所述PZT压电片以及所述下电极相适配，并由上至下依次固定连接。

进一步地，所述上电极固定连接有上电极引线，所述下电极固定连接有下电极引线，所述上电极引线以及所述下电极引线作为电能输出的正负极。

进一步地，所述螺旋型悬臂梁底面固定连接有阻尼片，所述阻尼片位于所述压电装置正下方。

进一步地，所述绑线柱包括上绑线柱以及下绑线柱，所述上绑线柱与所述壳体内顶壁固定连接，所述下绑线柱与所述壳体内底壁固定连接。

进一步地，所述线圈包括上线圈以及下线圈，所述上线圈缠绕于所述上绑线柱，所述下线圈缠绕于所述下绑线柱。

进一步地，所述永磁铁包括上永磁铁以及下永磁铁，所述上永磁铁固定连接于所述螺旋型悬臂梁中心顶面，所述下永磁铁固定连接于所述螺旋型悬臂梁中心底面，所述上永磁铁与所述上绑线柱之间留有空隙，所述下永磁铁与所述下绑线柱之间留有空隙，所述上绑线柱、所述下绑线柱、所述上永磁铁以及所述下永磁铁同心设置。

进一步地，所述螺旋型悬臂梁通过第一螺栓固定连接于壳体内部，所述壳体通过第二螺栓固定连接于钢轨吸振器上。

进一步地，所述上电极引线以及所述下电极引线，电连接蓄电池，所述线圈电连接蓄电池。

本发明的有益效果在于：

本发明首次提出一种基于钢轨吸振器的压电-电磁复合式轨道振动俘能器，将压电俘能结构与电磁俘能结构组合在一起，构成新的复合俘能结构，通过螺旋形悬臂梁的垂向振动，带动中心处的永磁铁来回垂向振动，使线圈中的磁通量发生变化，从而产生电流，进而回收振动能量；同时永磁铁可当成一个质量块，利用谐振来放大振幅，增加PZT压电片的振动幅度，从而解决能量回收效率过低的问题；该俘能器中螺旋型悬臂梁结构由若干个长度递减的单一悬臂梁首尾拼接而成，在发生振动时，各段单一悬臂梁的振动状态不一致，因此可采集的共振频率更多，具有更宽的能量采集效率，可解决摩擦自激振动具有非周期以及较宽频率的问题；将阻尼片设置于压电装置正下方，使用阻尼片拓宽吸收能量的频带，对于不同的实际使用情况，具有更强的适应能力。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1是本发明现有技术中钢轨吸振器的结构示意图。

图2是本发明的轨道振动俘能器的结构示意图。

图3是本发明的螺旋型悬臂梁、压电装置、圆柱永磁铁结构示意图。

图4是本发明的轨道振动俘能器与壳体的结构示意图。

图5是发明的轨道振动俘能器与钢轨吸振器的结构示意图。

图6是本发明的压电装置、阻尼片结构示意图。

图7是本发明的绑线柱、线圈、托盘结构示意图。

图8是本发明的电路示意图。

图中标号所示：

1—螺旋型悬臂梁、2—PZT压电片、3—压电装置、4—阻尼片、5—下永磁铁、6—上永磁铁、7—下线圈、8—上线圈、9—上电极、10—下电极、11—上电极引线、12—下电极引线、13—壳体、14—钢轨吸振器、15—铁轨、16—下绑线柱、17—上绑线柱、18—托盘、19—第一螺栓、20—第二螺栓、21—钢轨、22—上层质量块、23—弹性层、24—下层质量块。

具体实施方式

下面对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅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，本领域普通技术人员在没有做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。

需要说明的是，本申请的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本申请的实施例。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

在本申请中，术语“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“中”、“竖直”、“水平”、“横向”、“纵向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系。这些术语主要是为了更好地描述本申请及其实施例，并非用于限定所指示的装置、元件或组成部分必须具有特定方位，或以特定方位进行构造和操作。

并且，上述部分术语除了可以用于表示方位或位置关系以外，还可能用于表示其他含义，例如术语“上”在某些情况下也可能用于表示某种依附关系或连接关系。对于本领域普通技术人员而言，可以根据具体情况理解这些术语在本申请中的具体含义。

此外，术语“安装”、“设置”、“设有”、“连接”、“相连”、“套接”应做广义理解。例如，可以是固定连接，可拆卸连接，或整体式构造；可以是机械连接，或电连接；可以是直接相连，或者是通过中间媒介间接相连，又或者是两个装置、元件或组成部分之间内部的连通。对于本领域普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

参阅附图1-5，本发明中公开了一种基于钢轨吸振器的压电-电磁复合式轨道振动俘能器，包括：壳体13、螺旋型悬臂梁1、压电装置3、永磁铁以及绑线柱，螺旋型悬臂梁1置于壳体内，压电装置3固定连接于螺旋型悬臂梁1顶面，永磁铁为圆柱形，永磁铁固定连接于螺旋型悬臂梁1中心处，绑线柱固定连接于壳体13内壁，绑线柱与永磁铁同心设置，绑线柱上缠绕有线圈，绑线柱靠近永磁铁的一面设有托盘18，托盘18与永磁铁之间留有空隙，给永磁铁留出振动空间，其压电装置3与永磁铁的振动方向均为垂直方向。本发明将压电俘能结构与电磁俘能结构组合在一起，构成新的复合俘能结构，永磁铁在压电俘能部分作为质量块使用，在电磁俘能部分用于产生电磁发电所需磁场。

螺旋型悬臂梁1由12个长度递减的单一悬臂梁首尾拼接而成，8个压电装置3两两对称粘结在8个单一悬臂梁顶面。当俘能器工作时，水平放置效果最优，由于螺旋型悬臂梁1发生振动时，各段单一悬臂梁的振动状态不一致，因此可采集的共振频率更多，具有更宽的能量采集效率。

压电装置3包括上电极9、PZT压电片2以及下电极10，上电极9、PZT压电片2以及下电极10相适配，并由上至下依次固定连接。

上电极9固定连接有上电极引线11，下电极10固定连接有下电极引线12，在轨道振动状态下，对于压电俘能部分，壳体13垂直振动，带动螺旋型悬臂梁1以及压电装置3垂直振动，由于压电装置3在振动状态下，压电装置3表面的上电极9与下电极10会产生相应的正电荷与负电荷，其电荷通过上电极引线11、下电极引线12引出，上电极引线11以及下电极引线12作为电能输出的正负极。

螺旋型悬臂梁1底面固定连接有阻尼片4，阻尼片4位于压电装置3正下方，阻尼片4的阻尼值要适当，以获得较长的连续频带，使用阻尼片4拓宽能量吸收频带，在不同的现实使用环境中，具有更稳定的适应能力。

绑线柱包括上绑线柱17以及下绑线柱16，上绑线柱17与壳体13内顶壁固定连接，下绑线柱16与壳体13内底壁固定连接。

线圈包括上线圈8以及下线圈7，上线圈8缠绕于上绑线柱17，下线圈7缠绕于下绑线柱16。

上绑线柱17以及下绑线柱16靠近永磁铁的一面均固定连接有托盘18，防止线圈在振动过程中脱离绑线柱。

永磁铁包括上永磁铁6以及下永磁铁5，上永磁铁6固定连接于螺旋型悬臂梁1中心顶面，下永磁铁5固定连接于螺旋型悬臂梁1中心底面，上永磁铁6以及下永磁铁5均与托盘18之间留有空隙，上绑线柱17、下绑线柱16、上永磁铁6以及下永磁铁5同心设置，壳体13垂直振动时，带动螺旋型悬臂梁1及永磁铁垂直振动，进而产生感应电流。

螺旋型悬臂梁1通过第一螺栓19，例如M10螺栓，固定连接于壳体13内部，壳体13通过第二螺栓20，例如M5螺栓，固定连接于钢轨吸振器上，本发明将一种基于压电-电磁的轨道振动俘能器应用在钢轨吸振器上，可以达到高效回收钢轨吸振器上的摩擦自激振动能量的目的。

上电极引线11以及下电极引线12，电连接所述蓄电池，线圈电连接蓄电池。

如图6所示，一种基于压电-电磁的轨道振动俘能器的压电俘能部分和电磁俘能部分的输出端与桥式整流电路及储能部分连接，能够将交流电转变为直流电并将电能储存起来对外供能。同步提取接口电路包括桥式整流电路、同步电感、电子开关、续流二极管D0和电容器，桥式整流电路由二极管D1、D2、D3、D4组成，所述的桥式整流电路的输入端与一种基于压电-电磁复合式轨道振动俘能器连接，输出侧的一个端子依次连接同步电感、电子开关和输出侧的另外一个端子，所述的续流二极管与电容器串联后与同步电感并联。

桥式整流电路将一种基于压电-电磁复合式轨道振动俘能器输出的交流电整流为直流，电子开关闭合，一种基于压电-电磁复合式轨道振动俘能器中的电能转移至同步电感中，当电能全部转移后，电子开关打开，同步电感中的电能通过续流二极管转移至电容器中。

本发明公开的一种基于压电-电磁复合式轨道振动俘能器的工作过程为：

在轮轨系统振动状态下，对于压电俘能部分，壳体垂向振动，带动螺旋型悬臂梁及压电装置垂向振动，由于压电装置在振动状态下，压电装置表明的上电极与下电极会产生相应的正电荷与负电荷，产生的电荷通过上电极引线、下电极引线引出。

对于电磁俘能部分，壳体垂向振动，带动螺旋型悬臂梁及永磁铁垂向振动，此时固定于绑线柱上的线圈中磁通量发生变化，进而产生感应电流。

压电-电磁复合式轨道振动俘能器的压电俘能部分与电磁俘能部分的输出端与桥式整流电路及储能部分连接，能够将交流电转变为直流电并将电能储存起来对外供能。

与传统电池比较，本发明公开的一种基于钢轨吸振器的压电-电磁复合式轨道振动俘能器具有如下优点：

①绿色环保，可靠性高，环境适应力强。

②不需要人工定期更换，大力节约人工物力开销。

③适用于环境恶劣、不经常更换电池的轨道以及为监测加减速、弯道区段的低功耗的轨道监测设备供电，甚至可以将多余的电能存储下来作为备用能源。

本发明公开的一种基于钢轨吸振器的压电-电磁复合式轨道振动俘能器首次应用在钢轨吸振器上，可以更大程度上吸收轮轨系统在工作过程中产生的巨大摩擦自激振动能量。

本发明公开的一种基于钢轨吸振器的压电-电磁复合式轨道振动俘能器利用压电电磁的耦合机制提高对外输出功率,可弥补单一压电俘能器或电磁俘能器输出功率不足的问题。

本发明公开的一种基于钢轨吸振器的压电-电磁复合式轨道振动俘能器结构简单，维护方便，可解决常规电池需要定期更换等问题。

本发明将振动能量俘能器运用于回收摩擦自激振动能量，代替传统的蓄电池为低能耗的轨旁设备供电，达到有效减轻化学蓄电池导致的环境污染的目的。回收摩擦自激振动能量，为轨道监测设备提供一种建设成本低，维护简便的供能方式，在如今轨道运输如此庞大的基数下，将具有巨大的应用潜力与研究价值，对推动我国铁路建设事业的蓬勃发展起到积极作用。该压电-电磁复合式振动能量俘能器能够有效回收摩擦自激振动能量，解决我国铁路线上普遍存在的监测设备供能问题，能产生巨大社会经济效益。

以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种基于钢轨吸振器的压电-电磁复合式轨道振动俘能器，其特征在于，包括：壳体(13)、螺旋型悬臂梁(1)、压电装置(3)、永磁铁以及绑线柱，所述螺旋型悬臂梁(1)置于壳体内，所述压电装置(3)固定连接于所述螺旋型悬臂梁(1)顶面，所述永磁铁固定连接于所述螺旋型悬臂梁(1)中心处，所述绑线柱固定连接于所述壳体(13)内壁，所述绑线柱与所述永磁铁同心设置，所述绑线柱上缠绕有线圈，所述绑线柱与所述永磁铁之间留有空隙。

2.根据权利要求1所述的一种基于钢轨吸振器的压电-电磁复合式轨道振动俘能器，其特征在于，所述螺旋型悬臂梁(1)由若干个长度递减的单一悬臂梁首尾拼接而成，若干个所述压电装置(3)分别固定连接于若干个所述单一悬臂梁顶面。

3.根据权利要求1或2所述的一种基于钢轨吸振器的压电-电磁复合式轨道振动俘能器，其特征在于，所述压电装置(3)包括上电极(9)、PZT压电片(2)以及下电极(10)，所述上电极(9)、所述PZT压电片(2)以及所述下电极(10)相适配，并由上至下依次固定连接。

4.根据权利要求3所述的一种基于钢轨吸振器的压电-电磁复合式轨道振动俘能器，其特征在于，所述上电极(9)固定连接有上电极引线(11)，所述下电极(10)固定连接有下电极引线(12)，所述上电极引线(11)以及所述下电极引线(12)作为电能输出的正负极。

5.根据权利要求4所述的一种基于钢轨吸振器的压电-电磁复合式轨道振动俘能器，其特征在于，所述螺旋型悬臂梁(1)底面固定连接有阻尼片(4)，所述阻尼片(4)位于所述压电装置(3)正下方。

6.根据权利要求1或5所述的一种基于钢轨吸振器的压电-电磁复合式轨道振动俘能器，其特征在于，所述绑线柱包括上绑线柱(17)以及下绑线柱(16)，所述上绑线柱(17)与所述壳体(13)内顶壁固定连接，所述下绑线柱(16)与所述壳体(13)内底壁固定连接。

7.根据权利要求6所述的一种基于钢轨吸振器的压电-电磁复合式轨道振动俘能器，其特征在于，所述线圈包括上线圈(8)以及下线圈(7)，所述上线圈(8)缠绕于所述上绑线柱(17)，所述下线圈(7)缠绕于所述下绑线柱(16)。

8.根据权利要求7所述的一种基于钢轨吸振器的压电-电磁复合式轨道振动俘能器，其特征在于，所述永磁铁包括上永磁铁(6)以及下永磁铁(5)，所述上永磁铁(6)固定连接于所述螺旋型悬臂梁(1)中心顶面，所述下永磁铁(5)固定连接于所述螺旋型悬臂梁(1)中心底面，所述上永磁铁(6)与所述上绑线柱(17)之间留有空隙，所述下永磁铁(6)与所述下绑线柱(16)之间留有空隙，所述上绑线柱(17)、所述下绑线柱(16)、所述上永磁铁(6)以及所述下永磁铁(5)同心设置。

9.根据权利要求1所述的一种基于钢轨吸振器的压电-电磁复合式轨道振动俘能器，其特征在于，所述螺旋型悬臂梁(1)通过第一螺栓(19)固定连接于壳体(13)内部，所述壳体(13)通过第二螺栓(20)固定连接于钢轨吸振器上。

10.根据权利要求4所述的一种基于钢轨吸振器的压电-电磁复合式轨道振动俘能器，其特征在于，所述上电极引线(11)以及所述下电极引线(12)，电连接蓄电池，所述线圈电连接蓄电池。

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