用于軌道車輛軸承監測系統供電的壓電發電裝置制造方法及圖紙

本實用新型專利技術涉及一種用于軌道車輛軸承監測系統供電的壓電發電裝置，屬于軌道交通監測及壓電發電技術領域。輪軸通過軸承安裝在車架上，T型擋塊端面上鑲嵌有磁極配置方向相反的動磁鐵；軸承蓋通過螺釘安裝在車架上，軸承蓋的內部通過圓形擋片和環形擋片壓接有壓電換能器，壓電換能器由金屬基板及壓電晶片粘接而成；定磁鐵通過螺釘安裝在壓電換能器的金屬基板上；位于車架上的傳感監測系統通過導線與壓電換能器連接。優點是發電裝置集成在軸承蓋內，由旋轉的輪軸與磁力耦合非接觸激勵，無接觸沖擊及噪音；勻速及高速時均可發電。（*該技術在2022年保護過期，可自由使用*）

【技術實現步驟摘要】

本技術屬于軌道交通監測及壓電發電
，具體涉及一種用于軌道車輛軸承監測系統供電的壓電發電裝置。
技術介紹
鐵路列車及地鐵等軌道交通運輸系統承載著國民經濟命脈，而軌道車輛的輪軸及軸承是確保軌道車輛安全運行的關鍵。以往，軌道車輛輪軸及軸承等關鍵運轉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，車輛運行期間輪軸及軸承等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。對于輪軸及軸承監測系統而言，理想的方法是將各類傳感監測系統安裝在旋轉軸上或靠近軸承安裝，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的提供可靠、充足的電力供應而難于推廣應用，原因在于①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、且貨運車廂本身也無配電系統；②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。限于傳感監測系統的能源供應問題，目前實際中普遍采用的是非實時的、間接的測量方法，即將傳感監測系統至于路基之上，不隨車體移動或不隨輪軸轉動，例如中國專利CN101072985A、CN102278950A等提供的溫度監測系統，中國專利CN102120461A、CN102101484A.CN102101485A等提供的車軸監測單元，等等?？梢姡捎谲壍儡囕v輪軸及軸承工作環境特殊性以及由此所造成的電力供應難題，真正意義上的實時在線監測系統、尤其是直接測量輪軸及軸承狀態的實時監測系統還難以推廣應用。
技術實現思路
本技術提供一種用于軌道車輛軸承監測系統供電的壓電發電裝置，用于軌道車輛軸承監測系統供電，以實現實時的、直接的軸承在線健康監測。本技術采取的技術方案是輪軸通過軸承安裝在車架上；輪軸的端部通過螺釘安裝有T型擋塊，所述T型擋塊的一端壓接在軸承的內圈上，另一端面上鑲嵌有磁極配置方向相反的動磁鐵；軸承蓋通過螺釘安裝在車架上，所述軸承蓋的底部設有環形槽；在所述軸承蓋底部環形槽的端面上通過螺釘安裝有壓電換能器、圓形擋片和環形擋片；所述圓形擋片和環形擋片將壓電換能器的中心和邊緣部位壓接在軸承蓋底部環形槽的端面上；所述壓電換能器由金屬基板及壓電晶片粘接而成；定磁鐵通過螺釘安裝在壓電換能器的金屬基板上、且處于壓電晶片的中心部位；傳感監測系統通過螺釘安裝在車架上、且置于軸承蓋的內部，所述傳感監測系統通過導線組與壓電換能器連接。在本技術中，動磁鐵和定磁鐵的作用是通過相對轉動產生交替的排斥力和吸引力，壓電換能器的功能是將機械能轉換成電能。在軌道車輛運行期間，鑲嵌于T型擋塊上的第一、第二動磁鐵隨輪軸轉動，而安裝在軸承蓋內部的壓電換能器、以及安裝在所述換能器上的定磁鐵相對靜止。當第一動磁鐵旋轉至定磁鐵附近時，即動磁鐵與定磁鐵同性磁極靠近，產生排斥力；相反，當第二動磁鐵旋轉至定磁鐵附近時，即動磁鐵與定磁鐵異性磁極靠近，產生吸引力。動磁鐵與定磁鐵之間排斥力與吸引力的交替變化使得壓電換能器產生往復彎曲變形，從而將機械能轉換成電能，所產生的電能經一定的轉換處理后直接用于驅動監測系統。本技術的特點是壓電換能器的彎曲變形量及單次激勵發電量是由磁極間的磁場強度決定的，輪軸增速、減速、及速度高低等狀態變化對其無直接影響，因此對輪軸的轉速適應能力強，在各種轉動狀態下都有較強的發電能力；同時，可通過磁場強度設計限定壓電換能器的變形量，進而提高發電裝置的可靠性。本技術優勢在于①發電裝置集成在軸承蓋內，由旋轉的輪軸與磁力耦合非接觸激勵，無接觸沖擊、噪音及接觸激勵可能造成的壓電換能器損毀壓電換能器沿輪軸軸向變形，變形量及發電量不受輪軸轉動狀態影響，轉速適應能力及發電能力強、勻速及 高速時均可發電，且可靠性高。附圖說明圖I是本技術一個較佳實施例中壓電發電裝置的結構剖視簡圖；圖2是圖I的A-A視圖；圖3是圖I的I部放大圖；圖4是本技術壓電換能器的結構示意圖；圖5是圖4的B-B視圖。具體實施方式輪軸3通過軸承2安裝在車架I上；輪軸3的端部通過螺釘安裝有T型擋塊4，所述T型擋塊4的一端壓接在軸承2的內圈上，另一端面上鑲嵌有第一組動磁鐵5和第二組動磁鐵5’，且所述兩個相鄰的第一組動磁鐵5和第二組動磁鐵5’的磁極配置方向相反；軸承蓋6通過螺釘安裝在車架I上，所述軸承蓋6的底部設有環形槽601 ;在所述軸承蓋6底部環形槽601的端面上通過螺釘安裝有壓電換能器7、圓形擋片8和環形擋片9 ;所述圓形擋片8和環形擋片9將壓電換能器7的中心和邊緣部位壓接在軸承蓋6底部環形槽601的端面上；所述壓電換能器7由金屬基板701及壓電晶片702粘接而成；定磁鐵10通過螺釘安裝在壓電換能器7的金屬基板701上、且處于壓電晶片702的中心部位；傳感監測系統12通過螺釘安裝在車架I上、且置于所述軸承蓋6的內部，所述傳感監測系統12通過導線組11與壓電換能器7連接。在本技術中，動磁鐵4和定磁鐵10的作用是通過相對轉動產生交替的排斥力和吸引力，壓電換能器7的功能是將機械能轉換成電能。在軌道車輛運行期間，T型擋塊4以及鑲嵌于T型擋塊4上的第一組動磁鐵5和第二組動磁鐵5’隨輪軸3轉動，而安裝在軸承蓋6內部的壓電換能器7、以及安裝在所述換能器7上的定磁鐵10相對靜止。當第一組動磁鐵5中的旋轉至定磁鐵10附近時，動磁鐵5的N極與定磁鐵的N極靠近，產生排斥力，從而使壓電換能器7產生向左的彎曲變形；當第一組動磁鐵5轉離定磁鐵10后、磁極間的排斥力逐漸消失。與此同時，第二組動磁鐵5’靠近定磁鐵10，動磁鐵5’的S極與定磁鐵10的N極靠近，產生吸引力，從而使壓電換能器7產生向右的彎曲變形。第一組動磁鐵5和第二組動磁鐵5’交替地靠近和遠離定磁鐵10，即使壓電換能器7產生交替的往復彎曲變形，從而將機械能轉換成電能；所生成的電能通過導線組11輸送給位于車架I上的傳 感檢測系統12。權利要求1.一種用于軌道車輛軸承監測系統供電的壓電發電裝置，其特征在于輪軸通過軸承安裝在車架上；輪軸的端部通過螺釘安裝有T型擋塊，所述T型擋塊的一端壓接在軸承的內圈上，另一端面上鑲嵌有磁極配置方向相反的動磁鐵；軸承蓋通過螺釘安裝在車架上，所述軸承蓋的底部設有環形槽；在所述軸承蓋底部環形槽的端面上通過螺釘安裝有壓電換能器、圓形擋片和環形擋片；所述圓形擋片和環形擋片將壓電換能器的中心和邊緣部位壓接在軸承蓋底部環形槽的端面上；所述壓電換能器由金屬基板及壓電晶片粘接而成；定磁鐵通過螺釘安裝在壓電換能器的金屬基板上、且處于壓電晶片的中心部位；傳感監測系統通過螺釘安裝在車架上、且置于所述軸承蓋的內部，所述傳感監測系統通過導線組與壓電換能器連接。專利摘要本技術涉及一種用于軌道車輛軸承監測系統供電的壓電發電裝置，屬于軌道交通監測及壓電發電
輪軸通過軸承安裝在車架上，T型擋塊端面上鑲嵌有磁極配置方向相反的動磁鐵；軸承蓋通過螺釘安裝在車架上，軸承蓋的內部通過圓形擋片和環形擋片壓接有壓電換能器，壓電換能器由金屬基板及壓電晶片粘接而成；定磁鐵通過螺釘安裝在壓電換能器的金屬基板上；位于車架上的傳感監測系統本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種用于軌道車輛軸承監測系統供電的壓電發電裝置，其特征在于：輪軸通過軸承安裝在車架上；輪軸的端部通過螺釘安裝有T型擋塊，所述T型擋塊的一端壓接在軸承的內圈上，另一端面上鑲嵌有磁極配置方向相反的動磁鐵；軸承蓋通過螺釘安裝在車架上，所述軸承蓋的底部設有環形槽；在所述軸承蓋底部環形槽的端面上通過螺釘安裝有壓電換能器、圓形擋片和環形擋片；所述圓形擋片和環形擋片將壓電換能器的中心和邊緣部位壓接在軸承蓋底部環形槽的端面上；所述壓電換能器由金屬基板及壓電晶片粘接而成；定磁鐵通過螺釘安裝在壓電換能器的金屬基板上、且處于壓電晶片的中心部位；傳感監測系統通過螺釘安裝在車架上、且置于所述軸承蓋的內部，所述傳感監測系統通過導線組與壓電換能器連接。

【技術特征摘要】

【專利技術屬性】
技術研發人員：闞君武，王淑云，趙子超，程光明，張忠華，李勝杰，
申請(專利權)人：浙江師范大學，
類型：實用新型
國別省市：