[发明专利]一种地铁轨道交通的微型振动能量采集器及电源管理系统

说明书

本发明提供一种地铁轨道交通的微型振动能量采集器及电源管理系统，属于能源采集与应用技术领域。本发明所述一种地铁轨道交通的微型振动能量采集器集成了压电、电磁两种方式能量的转换，采用两组并列的悬梁臂‑质量块结构，实现振动能的持续高效转换；本发明所述一种地铁轨道交通的微型振动能量采集器的电源管理系统，包括依次连接的振动能量采集模块、蓄电池、电源管理模块以及负载；所述电源管理模块用于控制负载对蓄电池中的电量的使用。本发明解决了因缺乏适用于地铁轨道交通的输出电压高、环境适应性强、能量密度和转换效率高的微型振动能量采集器而没有对地铁振动能进行利用的问题。本发明可用于地铁轨道交通的振动能量采集与应用。

技术领域

本发明涉及一种微型振动能量采集器及电源管理系统，属于能源采集与应用技术领域。

背景技术

能量采集是指收集环境中未利用的能源(光、热、风、机械振动等)并将其转换成为可用电能的一种技术。机械振动是环境中普遍的一种能量存在形式，微型振动能量采集器能够采集广泛存在于自然环境中的振动能进行能量供给，具有体积小、寿命长、高能量密度的特点，具有广阔的发展前景。

耗能的领域里很多，其中最为频繁的耗能领地包括：公路交通、轨道交通。由于车辆的运动是把植物燃油转化车辆运动的动能，利用该动能再生回收是一个非常不错的产生效益的途径。然而目前在大多数道路上(包括轨道交通)都没有对车辆的动能进行系统利用，也没有对道路环境配置状态能源采集和回收进行利用，更没有多模式的综合系统的利用，只有极少数的道路上利用风能和光伏电能。对于受限于车流量不稳定，其次能量采集点也不好布控，能量采集率会降低；并且由于供电量不稳定，存储与利用相对比较麻烦，配套设施的建立与运营成本比较高。但是地铁轨道交通其实是具备较好能源综合系统条件的，地铁运行时间稳定，振动能量集中利于采集，并且伴随着地铁的运营需要长时间的照明、广告指示牌、监测设备、通信、电梯、通信等大批耗能设备，则采集到的振动能能够就近供给地铁运营使用，能量的存储运输成本低。由此，将微型振动能量采集器应用于地铁轨道交通是可行的。

微型振动能量采集器一般包括能量采集与能量存储两大模块，根据采能原理可分为电磁式、压电式、静电式、磁致伸缩式、复合式等。压电式构造简单、输出电压高、响应速率快、成本低、寿命长、易于实现微型化制造、机电耦合能力强；但其选用的压电材料压电性能将严重影响器件的输出电性能。电磁式振动能量采集器具有输出功率大、输出电流较大、无需外加电源等优点；但其输出电压较小、尺寸较大、振动驱动频率较高，且难与微纳加工技术相兼容，其微型化应用受限。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、与微纳制造技术兼容等优点，但其需要外加电源，使其应用受限，比如无源自供电等方面就不适用。磁致伸缩式相比压电式具有更好的机电耦合效果，响应频率范围较宽，但因其复杂的能量转换机理，且依赖于材料和线圈的性能，应用不广。

但单一发电方式均存在局限性，如何结合各种不同采集类型的振动能量采集器的优点，得到一种适用于地铁轨道交通的输出电压高、能持续高效地转化、体积小、寿命长、环境适应性强、能量密度和转换效率高的微型振动能量采集器，成为急需解决的问题。

发明内容

本发明为解决因缺乏适用于地铁轨道交通的输出电压高、环境适应性强、能量密度和转换效率高的微型振动能量采集器而没有对地铁振动能进行利用的问题，提供了一种地铁轨道交通的微型振动能量采集器及电源管理系统。

本发明所述一种地铁轨道交通的微型振动能量采集器，通过以下技术方案实现：

包括：永磁铁基座和双线圈悬梁结构；

所述双线圈悬梁结构包括两质量块、四悬梁臂以及设置在永磁铁基座上的框状衬底；两质量块对称设置在框状衬底中部，每一所述质量块分别通过两悬梁臂与所述框状衬底连接；

所述双线圈悬梁结构还包括上从下往上依次设置的下电极层、压电薄膜层、磁感应线圈/上电极层、绝缘层、磁感应线圈端电极引出层；