用于带式输送机自检托辊的能量收集器设计

摘要

带式输送机自检托辊将无线传感器节点安装在托辊内部,用于采集并无线传输温度与振动信号,为煤矿带式输送机托辊健康检测提供了一种新的思路.针对密闭托辊内无线传感器节点的能量供给问题,设计了一种基于Halbach永磁体阵列的能量收集器.介绍了能量收集器的结构设计,根据无线传感器节点实际能耗及能量管理电路效率分析了供能需求;采用COMSOL Multiphysics 5.5对能量收集器进行有限元分析,验证了 Halbach永磁体阵列用于小型旋转体能量收集器时较常规永磁体阵列具有明显优势,并分析了气隙厚度、永磁体厚度、转子速度对能量收集器发电性能的影响,得出通过减小气隙厚度、增大永磁体厚度、提高转子速度等方式可有效提高能量收集器感应电压的结论;基于能量收集器供能需求分析、安装空间要求及有限元分析结果,优化了能量收集器参数,并制作了样机进行试验,结果表明:在5 r/s托辊转速下,能量收集器感应电压有效值为4.77 V,最大功率为171.33 mW,功率密度为6.78 mW/cm3,满足无线传感器节点能耗需求(165.722 mW).