用于滾筒監(jiān)測無線傳感器節(jié)點的供能方法及裝置制造方法
【專利摘要】一種用于滾筒監(jiān)測無線傳感器節(jié)點供能方法及裝置，在滾筒腹板上設(shè)置節(jié)點供能裝置，節(jié)點供能裝置包括發(fā)電機、圓盤軌道、輸入軸、擺桿、擺輪、能量收集模塊，利用滾筒的旋轉(zhuǎn)運動來驅(qū)動發(fā)電機轉(zhuǎn)動，發(fā)電機將機械能轉(zhuǎn)換為電能，并通過能量收集模塊為監(jiān)測無線傳感器節(jié)點供電；能量收集模塊將發(fā)電機工作時切割磁感應(yīng)線產(chǎn)生的電能通過整流、濾波、穩(wěn)壓后用于監(jiān)測無線傳感器節(jié)點內(nèi)部電池的充電，當(dāng)滾筒工作時，擺輪由于自身重力作用，會保持豎直向下，從而與發(fā)電機的輸入軸發(fā)生相對轉(zhuǎn)動，帶動發(fā)電機工作，其結(jié)構(gòu)簡單，無需人工操作，節(jié)能環(huán)保。
【專利說明】用于滾筒監(jiān)測無線傳感器節(jié)點的供能方法及裝置

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種監(jiān)測無線傳感器節(jié)點供能方法及裝置，具體來說是一種用于滾筒監(jiān)測無線傳感器節(jié)點供能方法及裝置。

【背景技術(shù)】
[0002]隨著無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的不斷發(fā)展，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)以其體積小，布置簡單方便，無需布線，維護便利等優(yōu)勢在機械裝備的狀態(tài)監(jiān)測中得到了廣泛的應(yīng)用，例如專利CN101413834提出了監(jiān)測無線傳感器節(jié)點應(yīng)用于提升機滾筒應(yīng)力場檢測，然而在實際應(yīng)用中，由于安裝在提升滾筒腹板上的無線傳感器節(jié)點會隨著被測對象一起運動，因此無線傳感器節(jié)點只能通過干電池或蓄電池供電，而傳感器節(jié)點相對電池而言能耗較大，這使得其需要頻繁地更換電池，這在很大程度上限制了無線傳感器網(wǎng)絡(luò)在線監(jiān)測系統(tǒng)的發(fā)展，并且降低了系統(tǒng)的可靠性，由于更換電池需要停機進行，影響生產(chǎn)過程的順利進行。為了解決傳感器節(jié)點的供能問題，有人提出采用備用電源，當(dāng)節(jié)點上的電池電量耗盡時自動切換至其它電源供電，但電池過多會增大節(jié)點體積，不便安裝。也有人提出了利用滾筒腹板旋轉(zhuǎn)過程中導(dǎo)致的空氣流動能量來給節(jié)點供電的方法，但這種方法在收集的能量很少，需要長時間收集才能滿足節(jié)點的用電需求，并且在高速旋轉(zhuǎn)的場合，收集裝置會因較大的向心力和空氣阻力而難于安裝。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]技術(shù)問題:本發(fā)明的目的是針對現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題，提供一種實施簡單、能實時地、長久地用于滾筒監(jiān)測無線傳感器節(jié)點供能方法及裝置。
[0004]技術(shù)方案:為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明用于滾筒監(jiān)測無線傳感器節(jié)點的供能裝置，包括設(shè)在滾筒腹板上的節(jié)點供能裝置，所述的節(jié)點供能裝置包括發(fā)電機、圓盤軌道、輸入軸、擺桿、擺輪、能量收集模塊，所述的發(fā)電機用于將機械能轉(zhuǎn)換為電能，并通過能量收集模塊為監(jiān)測無線傳感器節(jié)點供電；所述的圓盤軌道用于保證擺輪在既定的軌道內(nèi)運動，并保證發(fā)生故障時擺輪不會飛出的安全隱患；發(fā)電機和圓盤軌道通過螺栓連接固定在滾筒腹板的兩側(cè)，發(fā)電機位于滾筒腹板的內(nèi)側(cè)，圓盤軌道位于滾筒腹板的外側(cè)；能量收集模塊設(shè)在發(fā)電機尾部的外表面上，主要用于將發(fā)電機工作時切割磁感應(yīng)線產(chǎn)生的電能通過整流、濾波、穩(wěn)壓后用于監(jiān)測無線傳感器節(jié)點內(nèi)部電池的充電，所述的發(fā)電機的輸入軸上設(shè)有擺桿，擺桿的端部設(shè)有擺輪。
[0005]所述的節(jié)點供能裝置中心位置位于距離滾筒腹板中心位置的四分之三處，且節(jié)點供能裝置的半徑尺寸小于滾筒腹板半徑的四分之一。
[0006]所述的擺桿位于圓盤軌道的內(nèi)部，通過平鍵或花鍵與發(fā)電機輸入軸徑向定位，并通過緊固螺母與發(fā)電機輸入軸進行軸向定位，為使擺桿軸向定位更加可靠，采用雙緊固螺母。
[0007]所述的擺輪通過緊定螺釘固定在擺桿的末端部。
[0008]使用上所述用于滾筒監(jiān)測無線傳感器節(jié)點供能裝置的供能方法:在滾筒腹板的上設(shè)置節(jié)點供能裝置，當(dāng)滾筒腹板轉(zhuǎn)動時，節(jié)點供能裝置隨著滾筒腹板一起轉(zhuǎn)動，節(jié)點供能裝置中的擺輪在自身重力的作用下，保持豎直向下，與節(jié)點供能裝置中發(fā)電機的輸入軸發(fā)生相對轉(zhuǎn)動，從而帶動發(fā)電機工作；
[0009]當(dāng)滾筒腹板轉(zhuǎn)過角度Θ i時，由于擺輪受到的向心力和重力，擺輪將繞著發(fā)電機輸出軸旋轉(zhuǎn)角度α 1；隨著滾筒腹板的轉(zhuǎn)動，擺輪帶動發(fā)電機輸入軸不斷轉(zhuǎn)動，從而發(fā)出電能；設(shè)在節(jié)點供能裝置上的能量收集模塊將發(fā)電機工作時產(chǎn)生的電能經(jīng)過整流、濾波、穩(wěn)壓后，傳輸?shù)焦?jié)點供能裝置內(nèi)部的蓄電池內(nèi)，以提供監(jiān)測無線傳感器節(jié)點正常工作所需的電能；
[0010]當(dāng)滾筒腹板作勻速圓周運動時，滾筒的正常轉(zhuǎn)速范圍能夠保證擺輪能不斷帶動發(fā)電機輸入軸轉(zhuǎn)動；
[0011]當(dāng)滾筒腹板的轉(zhuǎn)動為變速圓周運動時，由于擺輪在轉(zhuǎn)動過程中所受向心力不斷變化，與重力的共同作用下擺輪同樣也能夠帶動發(fā)電機進行發(fā)電。
[0012]有益效果:由于采用了上述技術(shù)方案，本發(fā)明利用滾筒的旋轉(zhuǎn)運動來驅(qū)動發(fā)電機轉(zhuǎn)動，從而產(chǎn)生電能，為安裝在滾筒腹板上的監(jiān)測無線傳感器節(jié)點提供電能，節(jié)能環(huán)保。將發(fā)電機安裝在滾筒腹板的內(nèi)側(cè)，發(fā)電機的輸入軸通過擺桿與擺輪相連，當(dāng)滾筒正常工作時，擺輪由于自身重力作用，會保持豎直向下，從而與發(fā)電機的輸入軸發(fā)生相對轉(zhuǎn)動，從而帶動發(fā)電機工作，擺輪的重力勢能即為發(fā)電機的輸入動力源，圓盤軌道用于保證擺輪在旋轉(zhuǎn)過程中始終在既定的軌道內(nèi)轉(zhuǎn)動，并且能保證發(fā)電裝置出現(xiàn)故障時擺輪不會甩出，排除安全隱患。當(dāng)滾筒腹板作勻速圓周運動時，滾筒的正常轉(zhuǎn)速范圍可以保證擺輪能不斷帶動發(fā)電機輸入軸轉(zhuǎn)動；當(dāng)滾筒腹板的轉(zhuǎn)動為變速圓周運動時，由于擺輪在轉(zhuǎn)動過程中所受向心力不斷變化，與重力的共同作用下擺輪同樣也能夠帶動發(fā)電機進行發(fā)電。其安裝簡單，無需人工操作，并且由于在工作過程中，發(fā)電機和滾筒一起旋轉(zhuǎn)，因此無需考慮布線的問題，此外，由于發(fā)電機是通過切割磁感線發(fā)電，因此只要在滾筒工作過程中擺輪相對于發(fā)電機輸入軸有相對運動，都可以產(chǎn)生電能，具有很好的應(yīng)用前景。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0013]圖1為本發(fā)明的用于滾筒監(jiān)測無線傳感器節(jié)點供能方法及裝置原理示意圖；
[0014]圖2為本發(fā)明的用于滾筒監(jiān)測無線傳感器節(jié)點供能裝置側(cè)視圖；
[0015]圖3為本發(fā)明的用于滾筒監(jiān)測無線傳感器節(jié)點供能裝置結(jié)構(gòu)圖；
[0016]圖中:1一滾筒腹板,2—節(jié)點供能裝置，2_1—發(fā)電機，2_2—螺栓，2_3—圓盤軌道，2-4一輸入軸，2-5一擺桿,2-6一螺母,2-7一平鍵或花鍵，2-8一擺輪,2-9一緊定螺釘，2-10一能量收集模塊。

【具體實施方式】
[0017]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的一個實施例作進一步的描述:
如圖1?圖3所示，用于滾筒監(jiān)測無線傳感器節(jié)點的供能裝置，包括設(shè)在滾筒腹板I圓周上的節(jié)點供能裝置2，所述節(jié)點供能裝置2中心O1的位置位于距離滾筒腹板I中心O位置的四分之三處，且節(jié)點供能裝置2的半徑尺寸小于滾筒腹板I半徑的四分之一。所述的節(jié)點供能裝置2包括發(fā)電機2-1、圓盤軌道2-3、輸入軸2-4、擺桿2-5、擺輪2_8、能量收集模塊2-10，發(fā)電機2-1和圓盤軌道2-3通過螺栓2-2安裝在滾筒腹板I的兩側(cè)，發(fā)電機2_1位于滾筒腹板I的內(nèi)側(cè)，圓盤軌道2-3位于滾筒腹板I的外側(cè)；能量收集模塊2-10設(shè)在發(fā)電機2-1的尾部，發(fā)電機2-1的輸入軸2-4上設(shè)有擺桿2-5，擺桿2_5的端部設(shè)有擺輪2_8。
[0018]
[0019]所述的發(fā)電機2-1用于將機械能轉(zhuǎn)換為電能，并通過能量收集模塊2-10為監(jiān)測無線傳感器節(jié)點供電；
[0020]所述的圓盤軌道2-3用于保證擺輪2-8在既定的軌道內(nèi)運動，并保證發(fā)生故障時擺輪2-8不會飛出而安全隱患。
[0021]所述的擺桿2-5位于圓盤軌道內(nèi)部，通過普通A型平鍵2-7與發(fā)電機輸入軸2_4進行徑向定位，通過緊固螺母2-6與發(fā)電機輸入軸2-4進行軸向定位，為使擺桿2-5軸向定位更加可靠，采用雙緊固螺母2-6 ；
[0022]所述的擺輪2-8通過緊定螺釘2-9與擺桿2_5末端相連，安裝方式簡單，并且可靠性高。
[0023]所述的能量收集模塊2-10設(shè)置在發(fā)電機2-1尾部的外表面上，主要用于將發(fā)電機
2-1工作時切割磁感應(yīng)線產(chǎn)生的電能通過整流、濾波、穩(wěn)壓后用于監(jiān)測無線傳感器節(jié)點內(nèi)部電池的充電。
[0024]本發(fā)明用于滾筒監(jiān)測無線傳感器節(jié)點的供能方法，在滾筒腹板I的圓周上設(shè)置節(jié)點供能裝置2，當(dāng)滾筒腹板I轉(zhuǎn)動時，節(jié)點供能裝置2隨著滾筒腹板I 一起轉(zhuǎn)動，節(jié)點供能裝置2中的擺輪2-8在自身重力G1的作用下，保持豎直向下，與節(jié)點供能裝置2中發(fā)電機的輸入軸2-4發(fā)生相對轉(zhuǎn)動，從而帶動發(fā)電機2-1工作，當(dāng)滾筒腹板I轉(zhuǎn)過角度Θ i時，節(jié)點供能裝置2中心位于02，由于擺輪2-8受到的向心力和重力合力G2的作用，擺輪2-8將繞著發(fā)電機輸出軸2-4旋轉(zhuǎn)角度α 17隨著滾筒腹板I的轉(zhuǎn)動，擺輪2-8帶動發(fā)電機輸入軸2_4不斷轉(zhuǎn)動，從而發(fā)出電能；設(shè)在節(jié)點供能裝置2上的能量收集模塊2-10將發(fā)電機2-1工作時產(chǎn)生的電能經(jīng)過整流、濾波、穩(wěn)壓后，傳輸?shù)焦?jié)點供能裝置2內(nèi)部的蓄電池內(nèi)，以提供監(jiān)測無線傳感器節(jié)點正常工作所需的電能。
[0025]當(dāng)滾筒腹板I作勻速圓周運動時，提升機滾筒的正常轉(zhuǎn)速范圍可以保證擺輪2-8能不斷帶動發(fā)電機輸入軸2-4轉(zhuǎn)動；
[0026]當(dāng)滾筒腹板I的轉(zhuǎn)動為變速圓周運動時，由于擺輪2-8在轉(zhuǎn)動過程中所受向心力不斷變化，與重力的共同作用下擺輪2-8同樣也能夠帶動發(fā)電機2-1進行發(fā)電。
【權(quán)利要求】
1.一種用于滾筒監(jiān)測無線傳感器節(jié)點的供能裝置，其特征在于:它包括設(shè)在滾筒腹板(1)上的節(jié)點供能裝置(2),所述的節(jié)點供能裝置(2)包括發(fā)電機(2-1)、圓盤軌道(2-3)、輸入軸(2-4)31^ (2-5)41^ (2-8)、能量收集模塊(2-10),所述的發(fā)電機(2-1)用于將機械能轉(zhuǎn)換為電能，并通過能量收集模塊(2-10)為監(jiān)測無線傳感器節(jié)點供電；所述的圓盤軌道(2-3)用于保證擺輪(2-8)在既定的軌道內(nèi)運動，并保證發(fā)生故障時擺輪(2-8)不會飛出的安全隱患；發(fā)電機(2-1)和圓盤軌道(2-3)通過螺栓(2-2)連接固定在滾筒腹板(1)的兩側(cè)，發(fā)電機(2-1)位于滾筒腹板(1)的內(nèi)側(cè)，圓盤軌道(2-3)位于滾筒腹板(1)的外側(cè)；能量收集模塊(2-10)設(shè)在發(fā)電機(2-1)尾部的外表面上，主要用于將發(fā)電機(2-1)工作時切割磁感應(yīng)線產(chǎn)生的電能通過整流、濾波、穩(wěn)壓后用于監(jiān)測無線傳感器節(jié)點內(nèi)部電池的充電，所述的發(fā)電機(2-1)的輸入軸(2-4)上設(shè)有擺桿(2-5),擺桿(2-5)的端部設(shè)有擺輪(2-8)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于滾筒監(jiān)測無線傳感器節(jié)點的供能裝置，其特征在于:所述的節(jié)點供能裝置⑵中心位置位于距離滾筒腹板⑴中心位置的四分之三處，且節(jié)點供能裝置(2)的半徑尺寸小于滾筒腹板(1)半徑的四分之一。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于滾筒監(jiān)測無線傳感器節(jié)點的供能裝置，其特征在于:所述的擺桿(2-5)位于圓盤軌道(2-3)的內(nèi)部，通過平鍵或花鍵(2-7)與發(fā)電機輸入軸(2-4)徑向定位，并通過緊固螺母(2-6)與發(fā)電機輸入軸(2-4)進行軸向定位，為使擺桿(2-5)軸向定位更加可靠，采用雙緊固螺母(2-6).
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于滾筒監(jiān)測無線傳感器節(jié)點的供能裝置，其特征在于:所述的擺輪(2-8)通過緊定螺釘(2-9)固定在擺桿(2-5)的末端部。
5.一種使用權(quán)利要求1所述用于滾筒監(jiān)測無線傳感器節(jié)點供能裝置的供能方法，其特征在于:在滾筒腹板(1)的上設(shè)置節(jié)點供能裝置(2),當(dāng)滾筒腹板(1)轉(zhuǎn)動時，節(jié)點供能裝置(2)隨著滾筒腹板(1) 一起轉(zhuǎn)動，節(jié)點供能裝置(2)中的擺輪(2-8)在自身重力的作用下，保持豎直向下，與節(jié)點供能裝置(2)中發(fā)電機的輸入軸(2-4)發(fā)生相對轉(zhuǎn)動，從而帶動發(fā)電機(2-1)工作； 當(dāng)滾筒腹板(1)轉(zhuǎn)過角度9 ！時，由于擺輪(2-8)受到的向心力和重力，擺輪(2-8)將繞著發(fā)電機輸出軸(2-4)旋轉(zhuǎn)角度，隨著滾筒腹板(1)的轉(zhuǎn)動，擺輪(2-8)帶動發(fā)電機輸入軸(2-4)不斷轉(zhuǎn)動，從而發(fā)出電能；設(shè)在節(jié)點供能裝置(2)上的能量收集模塊(2-10)將發(fā)電機(2-1)工作時產(chǎn)生的電能經(jīng)過整流、濾波、穩(wěn)壓后，傳輸?shù)焦?jié)點供能裝置(2)內(nèi)部的蓄電池內(nèi)，以提供監(jiān)測無線傳感器節(jié)點正常工作所需的電能； 當(dāng)滾筒腹板(1)作勻速圓周運動時，滾筒的正常轉(zhuǎn)速范圍能夠保證擺輪(2-8)能不斷帶動發(fā)電機輸入軸(2-4)轉(zhuǎn)動； 當(dāng)滾筒腹板(1)的轉(zhuǎn)動為變速圓周運動時，由于擺輪(2-8)在轉(zhuǎn)動過程中所受向心力不斷變化，與重力的共同作用下擺輪(2-8)同樣也能夠帶動發(fā)電機(2-1)進行發(fā)電。
【文檔編號】H04L12/10GK104467142SQ201410547104
【公開日】2015年3月25日 申請日期:2014年10月15日 優(yōu)先權(quán)日:2014年10月15日
【發(fā)明者】周公博, 朱真才, 張朋, 李偉, 曹國華, 王朋輝 申請人:中國礦業(yè)大學(xué)