用于城市轨道交通桥梁健康监测的电磁振动能量采集器

本发明公开了一种用于城市轨道交通桥梁的健康监测的电磁振动能量收集器，其包括: 壳体和弹簧组件，质量，线圈和放置在壳体中的两个永磁体，两个相对的磁极. 永磁体相对布置，弹簧组件布置在两个永磁体之间，线圈安装在弹簧组件的上端，质量布置圈中，质量，弹簧的总刚度组件和能量收集器的固有频率是三个. 满足以下关系: f =（k /4mπ2）1/2，其中m是质量的质量，单位是kg； k为弹簧组件的总刚度，单位为kN / m； f是能量收集器发射机的固有频率为5‑6，单位为Hz. 电磁振动能量采集器应用于城市轨道交通桥梁的监测，具有较高的储能效率，较高的输出功率和较高的输出功率密度.

技术领域

本发明涉及桥梁健康监测的自供电技术领域能量收集器，尤其涉及一种城市轨道交通桥梁健康监测的电磁振动能量采集器.

背景技术

作为快速施工的桥梁，预制和组装的桥梁（SPA桥梁）已越来越广泛地用于城市轨道交通高架线上. 与传统的现浇桥相比，SPA桥具有绿色，节能和高效的优势. 然而，由于它们的接头的存在，预制组装桥的截面刚度和使用寿命一直是人们关注的焦点. 为了保证桥的正常运行，有必要对桥进行长期健康监测. 桥梁运行状况监视需要在桥梁上放置或嵌入组件. 如何为这些嵌入式组件提供连续稳定的能源供应是重要的研究目标.

基于上述背景，的研究趋势是通过从桥梁环境振动或结构自身的振动中收集能量，将振动产生的机械能转换为可用电能，从而为嵌入式组件提供能量. 该供电方法受收集装置的影响，并且效率不均匀. 根据装置的不同收集原理，收集器主要包括两种类型: 压电式能量收集器和电磁式能量收集器. 其中，压电式集电器对材料的要求更高，输出阻抗大，电流小. 当前的大多数报告都与电磁能量收集器有关. 电磁集电器具有结构简单，输出电流大的优点. 电磁振动能量收集器（EM-VEH）根据法拉第电磁感应定律的原理工作. 当通过环路区域的磁通密度改变时，在闭环线圈中感应出电磁感应能量. 通常，EM-VEH由永磁体，线圈和弹簧系统组成（如图1所示）. 由于振动，EM-VEH中的磁极和线圈之间存在相对运动. 桥梁振动产生的动能转化为桥梁健康监测组件工作所需的电能.

在城市轨道交通高架桥上，车辆激励桥梁结构引起的振动主要是低频的，通常在2Hz至10Hz之间. 低频（≤10Hz）激发的电磁振动能量采集器的现有研究，功率输出密度通常不大于50μW/ cm3，功率存储效率低，且大多数处于实验室阶段. 该设备的制造工艺复杂，使得城市轨道交通高架桥健康监测组件的自供电成本较高，难以推广.

发明内容

本发明的主要目的是提供一种电磁振动能量收集器，以解决现有技术中的电磁振动能量收集器应用于健康监测时能量存储效率和输出功率不高的问题. 城市轨道交通桥梁的技术问题是低功率输出密度低.

为了达到上述目的，本发明提出的技术方案为:

一种电磁振动能量收集器，用于城市轨道交通桥梁的健康监测，包括: 壳体和弹簧组件，质量，线圈和放置在壳体中的两个永磁体，两个相对磁极的永久磁铁，相对弹簧组件，质量块和线圈布置在两个永磁体之间，弹簧组件的下端固定在外壳的底板上，上端装有线圈，质量块布置圈中，质量，弹簧的质量组件的总刚度和能量收集器的固有频率满足以下关系:

f =（k /4mπ2）1/2

其中m是质量的质量，以kg为单位； k是弹簧组件的总刚度，单位为kN / m； f是能量收集器的固有频率，其值为5-6（单位: Hz）.

此外，质量的质量为1400kg-1600kg，弹簧组件的总刚度为1800kN / m-1808kN / m，两个永磁体的高度为0.18m-0.22m，能量的线圈集热器处于静止状态底层中心线距外壳底板内部的高度为0.09m-0.11m.

此外，从线圈的顶层的中心线到底层的中心线的距离为0.38m-0.42m.

此外，永磁体是铝镍钴磁体，其剩余磁密度为0.5T-0.7T.

此外，从线圈的最外侧到永磁体的近表面的距离为4mm-6mm.

此.

此外，能量收集器还包括多个支柱，多个支柱竖直地布置在两个永磁体之间，支柱的上端连接到壳体的顶部，并且下端被焊接到壳体的底板在上部，固定框架可滑动地布置在支柱上，弹簧组件套在支柱的下端.

此外，线圈用两条线连接以为健康监测组件供电，并且线圈的内部电阻等于健康监测组件的电阻.

此外，线圈的层数为18-22层，每层的匝数为580-620匝，线圈为铜线，单根铜线的半径为0.4mm-0.6毫米.

此外，用于将能量收集器固定在桥结构上的多个螺栓穿透在壳体的底板上.

应用本发明技术方案的电磁振动能量收集器根据单自由度振动系统中质量，刚度和频率之间的关系优化和调整质量: f =（k /4mπ2）弹簧的1/2质量m和弹簧组件的总刚度k能量收集器，因此，能量收集器的固有频率f接近城市轨道交通中车辆引起的桥梁结构振动的最大贡献频率值fe. 此时，该装置的电桥结构谐振提高了能量收集器的储能效率，输出功率和功率输出密度.

将参考附图更详细地描述本发明.

图纸说明

构成本申请一部分的附图用于提供对本发明的进一步理解. 本发明的示意性实施方案及其描述用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限制. 在图片中:

图. 图1是电磁振动能量收集器的结构原理.

图. 图2是本发明的电磁振动能量收集器的结构.

图. 图3是本发明的电磁振动能量收集器的安装位置.

图. 图4是本发明的电磁振动能量收集器的输出功率曲线.

其中，以上附图包括以下附图标记:

1，住房； 2，弹簧总成； 3，质量； 4，线圈； 5，永磁体； 6，固定架； 7，支撑； 8，电线； 9，螺栓； 10，桥； 11，轨道板.

具体实现

为了促进对本发明的理解，下面将结合附图和本说明书的优选实施例更全面，细致地描述本发明，但是本发明的保护范围不限于此. 以下具体实施例.

除非另有定义，以下使用的所有技术术语具有与本领域技术人员通常理解的相同含义. 在本发明的专利申请说明书和权利要求书中使用的词语“一”或“一个”等不表示数量限制，而是表示存在至少一个. “连接”或“连接”和类似的词不限于物理或机械连接，而是可以包括直接或间接的电连接. “上”，“下”，“左”，“右”等仅用于指示相对位置关系. 当所描述对象的绝对位置发生变化时，相对位置关系也随之发生变化.

参考图2. 参照图2，本发明的用于城市轨道交通桥梁的健康监测的电磁振动能量收集器包括壳体1，在壳体1中设置有弹簧组件2，质量块3和线圈4以及两个永磁体5. 是真空环境. 其中，两个永磁体5相对垂直地相对布置在壳体1中. 弹簧组件2，质量块3和线圈4全部布置在两个永磁体5之间. 弹簧组件2的下端固定在壳体1的底板的内侧，线圈4被安装. 在上端，质量块3放置圈4中. 质量块3的质量，弹簧组件2的总刚度和能量收集器的固有频率满足以下关系:

f =（k /4mπ2）1/2

下载完整的专利技术内容需要扣除积分，VIP会员可以免费下载.

我不想注册，请点击直接下载立即登录，下载文献升级会员，免费下载

本文来自电脑杂谈，转载请注明本文网址：
https://www.pc-fly.com/a/dianqi/article-197926-1.html