為發現潜在故障、降低維護成本、確保鐵路運輸安全，健康監測科技在鐵路領域得到了廣泛應用。感測器、無線發射器等組成智慧鐵路監測體系的核心部件均需要穩定電源以實現正常工作。現有的電池和電纜供電方案科技難度較低，但會使得鐵路監測網絡的前期建設投入和後期維護成本顯著增加。廢舊電池處理不當可能造成環境污染。此外，鐵路監測設備的低功率和分佈式特性也為電纜的現場佈設以及後期的維護帶來了困難。將周圍環境的能量轉化為本地使用的電能可以克服傳統供電解決方案帶來的問題。收集列車運行過程種振動能量，並為獨立的車載監測節點具有光明的前景。
西南交通大學高速鐵路線路工程教育部重點實驗室王平教授團隊根據上述思路，提出了一種基於徑向磁化圓柱磁體可用於列車振動能量收集裝置系統。相關成果發表在Applied Energy（10.1016/j.apenergy.2021.117373）上。
從環境振動中獲取能量，尤其是列車振動，對於構建智慧交通具有重要意義。本研究介紹了一種基於圓柱形滾動磁鐵的電磁振動式振動能量收集裝置。該裝置可以通過改變固定磁體的佈置實現單穩態和三穩態勢能狀態的切換，並通過减小滾動磁體與固定磁鐵之間的垂直間隙來增强系統的非線性。這一可調的特性極大的增强了能量收集系統的環境適應性。首先，建立了所提出的能量收集系統的理論模型。在模型構建過程中，發現常用的磁偶極矩法不適用於計算作用在滾動磁體與固定磁體之間磁力，因為磁偶極矩法無法考慮磁鐵尺寸的影響。囙此，應用有限元方法解决了滾動磁體恢復力計算問題。提出了一種隨位置變化的耦合係數統實現了系統的電磁耦合。研究了滾動磁鐵滑移的發生條件並對比滑動與滾動條件下系統性能差异。該系統可在8Hz的激勵下獲得40.6 mW的最大功率。最後，在實驗室中探索了這種能量收集系統從列車車身橫向振動中收集能量可行性，這表明它在為列車上的獨立車載監控節點供電方面具有巨大潜力。
原文刊載於【InfoMat】公眾號
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