将振动设备的振动运动转换为电能的能量采集器和对振动设备的操作进行监控的装置的制造方法
【技术领域】
[0001 ] 本发明涉及将振动设备的振动运动转换为电能的能量采集器(energyharvester)。本发明还涉及对筛的操作进行监控的装置。
【背景技术】
[0002]适当地操作用于散装产品(bulk products)的大筛对于低成本操作是必要的。筛的损坏会造成生产损失以及需要大规模修理。因此对筛的操作进行连续监控对于安排预防性维修很重要。
[0003]在适当的条件之下，筛从左侧均匀移动到右侧。因此，对筛的适当操作进行监控的一种良好方式是在筛的特定位置安装传感器，从而连续测量并比较筛的三维运动。
[0004]筛能够在加速度高达7g、频率高达25Hz (1500RPM)的情况下操作，并能够具有超过3/4“(19.05_)的振幅。这会给传感器带来问题，因为标准的传感器需要通过通常包含4个芯部的电缆连接至数据采集系统。这种电缆在其连结至运动筛的位置处遭受高重复的挠曲应力，这会使得芯部随时间推移而迅速断开。而且，传感器需要连接至电源，这也意味着电缆易受损坏。因此，显然需要一种向位于振动筛本体上的装置供电的方法，以避免那种类型的布线。该问题的一种可能的解决方案是使用能量采集器。能量采集器的目的是将振动筛的固有运动转换为电能，以便向位于振动筛本体上或靠近振动筛本体的电子装置供电。
[0005]在技术文献中很好地描述了由振动产生能量的能量采集器。例如，WO2010/0083746公开了一种能量采集器，其通过摆动设备和线圈来工作，从而在摆动机构摆动期间产生用于发电的感应电流。根据能量供应器的转动速度可调整摆动机构的固有频率。
[0006]然而，当与振动设备一起使用时，上面的技术和其它现有技术伴有问题。典型的能量采集器以它们的固有频率之一或其接近频率工作最佳，同时只要频率偏离这些频率，性能就显著降低或停止。如果共振型能量采集器在振动设备和供给器的特定加速度水平(3-7g)下操作，则装置将迅速地失效或要求大规模机械性预防措施以避免毁坏。因此，市场上可用的能量采集器不能承受高的加速度，或不具有适当大的操作范围以适应振动设备的特性。由于低加速度的应用，所以可用的能量采集器也没有被设计成供应大量电力。。
【发明内容】
[0007]本发明的目的是改进上面的技术和现有技术。更具体地，本发明的目的是提供一种能够有效地将振动设备的振动运动转换为电能的能量采集器。而且，本发明的目的是提供一种对振动设备的操作进行监控的装置。
[0008]从以下实施例的描述中显现的这些和其他目的和/或优点通过将振动设备的振动运动转换为电能的能量采集器而得以全部或至少部分地实现。该能量采集器包括:摆锤，设置成可枢转地附接到振动设备；运动限制器，设置成限制摆锤的枢转运动；以及发电机，连接至摆锤并设置成将枢转运动转换为电能。与现有技术不同，摆锤具有与振动设备的工作频率不同的固有频率。通过使用具有独立于振动设备的工作频率的固有频率的摆锤连同设置成限制摆锤的枢转运动的运动限制器，将迫使能量采集器以振动设备的工作频率或接近工作频率工作。摆锤从振动设备的运动开始枢转并弹离运动限制器，由此限制其移动而不会导致巨大的能量耗损。因此，摆锤的频率与振动设备的工作频率对应，且与摆锤的固有频率不同。因此，当振动设备的频率改变时，不需要调整摆锤。能量采集器可进而用来向振动设备上的传感器提供电能。因此，通过使用利用无线传输技术与控制器通信的无线传感器就能够避免连接电缆的需求。这样无需数据传输线路。能量采集器实现的另一优点是即使以低频也能满意地工作。
[0009]能量采集器可还包括至少一个具有第一端和第二端的弹簧元件，第一端附接到摆锤，第二端设置成抵靠运动限制器产生反弹。弹簧元件可用来至少部分地帮助控制摆锤的移动，因此控制摆锤的频率。
[0010]运动限制器可包括设置在摆锤的一侧的第一阻挡元件和设置在摆锤的另一侧的第二阻挡元件。另外，能量采集器可还包括第一弹簧元件，具有第一端和第二端，第一端附接到摆锤，第二端设置成抵靠第一阻挡元件产生反弹；以及第二弹簧元件，具有第一端和第二端，第一端附接到摆锤，第二端设置成抵靠第二阻挡元件产生反弹。该实施例允许有效地控制能量采集器的摆锤的频率。
[0011]发电机可以是步进驱动器，该步进驱动器是传统的装置并使用简单。发电机也可是线性致动器。有了线性致动器就不需要将筛的线性移动变换为旋转运动。
[0012]摆锤的固有频率可明显高于或低于工作频率。选择较轻的摆锤以确保固有频率与振动设备的工作频率不同。这样，摆锤的枢转运动将总是充足的，而且必要的话，可使用运动限制器以及可能弹簧元件而相对于振动设备成角度地调整摆锤的枢转运动。
[0013]摆锤可包括附接到轴的杆和设置在杆的一端的配重。这是本发明的简单的低成本的实施例。
[0014]能量采集器可以是高g (加速度)的能量采集器，大体在3g与7g之间操作并具有0.2” 到 0.8” 的特定的峰到峰移动(characteristic peak to peak movement) 0
[0015]振动设备可以是筛或供给器。振动筛与供给器比已知的能量采集器能够在其上承受和操作的振动设备移动得慢并具有较高的峰到峰移动。本发明的能量采集器特别适用于振动筛或供给器，并能够承受和使用0.2”到0.8”的特定的大峰到峰移动，以产生能量。
[0016]能量采集器可还包括对能量采集器的操作条件进行监控的微控制器。这样，能量采集器可被自动地监控，而无需使用者付出太多努力。
[0017]摆锤可设置成与所述振动设备的所述振动运动平行地移动。这样，摆锤的成角度的峰到峰移动(angular peak to peak movement)平行于振动设备的成角度的峰到峰移动。
[0018]根据本发明的第二方案，本发明涉及一种对振动设备的操作进行监控的装置。该装置包括检测振动设备的参数的传感器和根据以上描述的特征的能量采集器。能量采集器为传感器提供电能。能量采集器相对于振动设备的移动能够被调整。
[0019]通常，除非本文另外明确地定义，否则权利要求书中使用的所有术语都根据它们在技术领域中的普遍意思来解释。所有涉及“一个(元件、装置、部件、工具等)”应开放地解释为涉及所述元件、装置、部件、工具等的至少一种情况，除非另外明确地说明。
[0020]如本文使用的，术语“包括”和这样的术语的变型旨在不排除其它添加件、部件、整体或步骤。
[0021]术语“振动设备”包括可产生任一种振动的任一设备，例如筛、压碎机和磨机。
[0022]术语“振动运动”包括任一种振动移动，但是总体上涉及往复或重复的运动。
[0023]摆锤的“固有频率”意味着在未受影响状态下、即在摆锤不受任一外力(例如应用中的弹簧元件等)影响的状态下的固有频率。
【附图说明】
[0024]通过以下参照附图的本发明的实施例的说明性和非限制性的详细描述，本发明的以上及附加的目的、特征和优点将更好理解，附图中相同的附图标记将用于相似的元件，其中:
[0025]图1a是将振动设备的振动运动转换为电能的能量采集器的示例性实施例的立体图；
[0026]图1b是图1a的能量采集器的侧视图；以及
[0027]图2是对振动设备的操作进行监控的装置的示例性实施例的立