一种适用于交通荷载作用下的电磁感应式振动能量收集装置的制作方法

本技术涉及轨道交通，更确切地说，它涉及一种适用于交通荷载作用下的电磁感应式振动能量收集装置。

背景技术：

1、近年来各行各业越来越提倡绿色可持续发展，为了减少不必要的浪费与节约能源，能量收集装置被应用于能量回收领域，能量回收装置能够从周围的环境中获取能量，并将收集到的能量转换为电能，达到能量回收和重复利用的目的。目前，可以从环境中获取的能量主要为太阳能，风能，梯度能和机械振动能，在轨道交通领域中，由于轮轨间不平顺，时常产生机械振动，这些机械能并没有很好的被利用并逸散于环境中，这是一种极大的浪费。并且隧道内环境较为复杂，列车在隧道内行驶时常面临各种风险，如隧道管片开裂，地下水渗漏等，为了排除列车运行中的各种风险，需要对隧道进行自动化监测。

2、目前轨道交通中系统中电气设备有车载传感器、网络传感器、信号灯等，这些设备监测设备能够对结构“健康”状态进行监测和评定，对隧道运营安全和提高管理水平具有重要的指导意义。但是隧道结构的智能安全监测系统电力供应不足已经成为了一个普遍存在的问题，特别是在偏远地区的铁路相关基础设施中。虽然监测系统可以使用电池供能，但它们在寿命和更换方面有很大的限制。

技术实现思路

1、本实用新型的目的是针对现有技术的不足，提出了一种适用于交通荷载作用下的电磁感应式振动能量收集装置。

2、第一方面，提供了一种适用于交通荷载作用下的电磁感应式振动能量收集装置，包括：固定连接单元、电磁振动发电机、电能转换存储装置和螺旋弹簧阻尼单元；

3、其中，所述电磁振动发电机和所述螺旋弹簧阻尼单元通过所述固定连接单元安装于钢轨底部和无砟轨道顶面之间，所述螺旋弹簧阻尼单元随钢轨的振动而振动，所述电能转换存储装置设置于所述钢轨外侧的无砟轨道上，所述电能转换存储装置与所述电磁振动发电机相连接。

4、作为优选，所述固定连接单元包括固定板和轴向固定器，所述固定板位于钢轨下表面，并与轴向固定器固定连接；所述螺旋弹簧阻尼单元包括四个螺旋弹簧、若干阻尼器和连接板；所述螺旋弹簧和阻尼器固定连接于固定板的底部；电磁振动发电机和连接板中心预留有与轴向固定器配合的孔洞，所述轴向固定器依次穿过电磁振动发电机和连接板与无砟轨道上表面相连。

5、作为优选，螺旋弹簧和阻尼器以环形的形式均匀地固定于连接板上。

6、作为优选，所述电磁振动发电机包括磁体、圆筒和线圈组，其中，所述圆筒包括内圆筒和外圆筒，所述磁体包含于内圆筒和外圆筒之间；所述磁体包括两个轴向的环形固定永磁体和一个轴向的环形移动永磁体，环形固定永磁体位于两端，环形移动永磁体位于两端的环形固定永磁体中间；所述线圈组包括外线圈组和内线圈组，所述外线圈组缠绕在外圆筒上，内线圈组缠绕在内圆筒上。

7、作为优选，所述轴向固定器穿过所述内圆筒与无砟轨道上表面相连。

8、作为优选，还包括：封装筒；所述封装筒将所述螺旋弹簧阻尼单元和电磁振动发电机封装在内，封装筒的上沿与固定板的下表面密封。

9、作为优选，所述轴向固定器上端与固定板之间预留有一定的空间。

10、第二方面，提供了如第一方面任一所述适用于交通荷载作用下的电磁感应式振动能量收集装置的工作方法，包括：

11、步骤1、列车经过，其产生的动荷载引发钢轨振动；

12、步骤2、钢轨的振动通过螺旋弹簧传递到电磁振动发电机；

13、步骤3、电磁振动发电机中的环形移动永磁体与圆筒产生相对运动，线圈组产生感应电动势；

14、步骤4、电磁振动发电机所产生的电流通过导线传输至电能转换存储装置，并进行存储。

15、本实用新型的有益效果是：

16、1.本实用新型基于电磁感应的振动能收集装置，能够收集列车行进中竖直方向产生的低频振动能，采用电磁感应生电方式可重复多次收集振动能，有效地提升了能量收集效率，并且电磁感应式振动能收集装置具有弹性大、摩擦小、不生热、性能稳定、寿命长等特点，其抗疲劳强度远高于机械振动发电装置。

17、2.本实用新型利用列车运行过程中钢轨振动进行电磁感应发电，实现了资源的回收利用，可有效解决隧道内用电不足、用电难的问题，符合绿色发展。

18、3.本实用新型没有改变现有的隧道与轨道结构，对列车安全行驶几乎没有影响，同时可根据实际需要选择装置安装的位置，装置简易便于施工安装、修理维护等工作的进行。

19、4.本实用新型中螺旋弹簧阻尼单元可调节振动频率、幅度至合适值，以求电磁发电装置在轨道动荷载作用下俘获的能量最大，提高工作效率，可应用于隧道内不同的使用场景。

技术特征：

1.一种适用于交通荷载作用下的电磁感应式振动能量收集装置，其特征在于，包括：固定连接单元、电磁振动发电机(5)、电能转换存储装置(8)和螺旋弹簧阻尼单元(17)；

2.根据权利要求1所述的适用于交通荷载作用下的电磁感应式振动能量收集装置，其特征在于，所述固定连接单元包括固定板(2)和轴向固定器(7)，所述固定板位于钢轨(1)下表面，并与轴向固定器(7)固定连接；所述螺旋弹簧阻尼单元(17)包括四个螺旋弹簧(4)、若干阻尼器(3)和连接板(6)；所述螺旋弹簧(4)和阻尼器(3)固定连接于固定板(2)的底部；电磁振动发电机(5)和连接板(6)中心预留有与轴向固定器(7)配合的孔洞，所述轴向固定器(7)依次穿过电磁振动发电机(5)和连接板(6)与无砟轨道(9)上表面相连。

3.根据权利要求2所述的适用于交通荷载作用下的电磁感应式振动能量收集装置，其特征在于，螺旋弹簧(4)和阻尼器(3)以环形的形式均匀地固定于连接板(6)上。

4.根据权利要求3所述的适用于交通荷载作用下的电磁感应式振动能量收集装置，其特征在于，所述电磁振动发电机(5)包括磁体、圆筒和线圈组，其中，所述圆筒包括内圆筒(14)和外圆筒(13)，所述磁体包含于内圆筒(14)和外圆筒(13)之间；所述磁体包括两个轴向的环形固定永磁体(11)和一个轴向的环形移动永磁体(12)，环形固定永磁体(11)位于两端，环形移动永磁体(12)位于两端的环形固定永磁体(11)中间；所述线圈组包括外线圈组(15)和内线圈组(16)，所述外线圈组(15)缠绕在外圆筒(13)上，内线圈组(16)缠绕在内圆筒(14)上。

5.根据权利要求4所述的适用于交通荷载作用下的电磁感应式振动能量收集装置，其特征在于，所述轴向固定器(7)穿过所述内圆筒(14)与无砟轨道(9)上表面相连。

6.根据权利要求5所述的适用于交通荷载作用下的电磁感应式振动能量收集装置，其特征在于，还包括：封装筒(10)；所述封装筒(10)将所述螺旋弹簧阻尼单元(17)和电磁振动发电机(5)封装在内，封装筒(10)的上沿与固定板(2)的下表面密封。

7.根据权利要求6所述的适用于交通荷载作用下的电磁感应式振动能量收集装置，其特征在于，所述轴向固定器(7)上端与固定板(2)之间预留有一定的空间。

技术总结本技术涉及轨道交通技术领域，更确切地说，它涉及一种适用于交通荷载作用下的电磁感应式振动能量收集装置。本技术所采用的技术方案是：该收集装置包括：固定连接单元、电磁振动发电机、电能转换存储装置和螺旋弹簧阻尼单元；所述电磁振动发电机和所述螺旋弹簧阻尼单元通过所述固定连接单元安装于钢轨底部和无砟轨道顶面之间，所述螺旋弹簧阻尼单元随钢轨的振动而振动，所述电能转换存储装置设置于所述钢轨外侧的无砟轨道上，所述电能转换存储装置与所述电磁振动发电机相连接。技术研发人员：黄勇,金涛,吴坚,刘龙,张亚鹏,周雪涛,裘露婷,李泽华,高鑫权,袁宗浩受保护的技术使用者：中国电建集团华东勘测设计研究院有限公司技术研发日：20231127技术公布日：2024/7/25