旋转式重力感应电源 【技术领域】
本发明涉及一种工况企业转动设备上电子检测装置供电电源，特别涉及一种旋转式重力感应电源。
背景技术
转动物体上的电子装置都存在供电问题，目前的办法是采用蓄电池为电子设备提供能源，而一旦旋转物体不间断长期运行，由于蓄电池容量有限，本身不能长期持续提供能源，必须使运动的物体停下来对电池进行更换或充电，而对于流程工业企业普遍采用的滚动加工设备(如球磨机、回转窑等)由于要求长期连续运行，不可能经常停机更换筒体上电池。长久以来旋转物体上电子设备的供电问题一直困扰着工程技术人员；还有一些企业对于长期运行的滚动加工设备，如要在其筒体上安装电子监测设备，且要求连续不间断运行时，其电源不得不采用地面工频电源布线到设备筒体的办法来解决长期工作电源问题，采用滑环来解决转动部分电路的传输。由于这类滚动加工设备一般工作在条件恶劣的环境下，粉尘、震动、露天等，使供电的可靠性极差，维护管理困难，每年不得不花费大量的精力和成本维持运行，无法达到实用的目的，由于供电技术得不到解决，使的滚动加工设备桶体实时在线监测技术的应用停滞不前。
【发明内容】
为解决上述技术问题，本发明提供一种可长期供电、免维护的旋转式重力感应电源。
本发明旋转式重力感应电源，由机械和电器两部分组成，其中，机械部分包括惯性偏心飞轮(7)、发电机(14)和调速齿轮组系(18)，惯性偏心飞轮(7)安装在传动轴(3)上，发电机(14)的输出轴上安装有调速齿轮组系(18)；电器部分由转向变换及滤波电路、防过载保护电路、充电电路、电子开关电路、稳压电路和高频滤波电路组成，发电机的输出端与转向变换及滤波电路的输入端相连，转向变换及滤波电路的输出端与防过载保护电路的输入端相连，防过载保护电路的输出端与充电电路的输入端相连，充电电路的输出端与电子开关电路的输入端相连，电子开关电路的输出端与稳压电路的输入端相连，稳压电路的输出端与高频滤波电路的输入端相连，高频滤波电路的输出端与负载相连，整个装置安装在壳体内固定在转动物体上。
所述的惯性偏心飞轮(7)，由钢或铜材料制成，在半径和长度一定时，几何形状设计为中心夹角α为180°的扇形，其重心位于中心轴孔的下侧。
所述的调速齿轮组系(18)由副齿轮组(1)和主齿轮组(2)组成，通过调速齿轮组系(18)调整不同增速比。
工作原理：本装置根据能量转换原理，采用偏心惯性飞轮，利用机械结构将运动物体的动、势能转化为装置的机械能，再经过齿轮组机械及发电装置转化为电能，通过内部齿轮系调整不同的增速比，使用机械能一电能转换装置，进而产生不同用途的电压值，从而满足各种电子装置的需求。
有益效果：本发明具有稳定的输出和转向切换功能，安装与物体旋转方向无关，内部安装有镍氢电池及蓄能电路，当滚动加工设备运转时产生的电能一部分作为功率输出，为负载提供能源，另一部分存储在装置内部的可充电电池中，当滚动加工设备停止运行时自动通过充电蓄能电池继续提供电源，保证在滚动加工设备停机时电子检测装置继续工作，不间断供电，使产品免维护。
【附图说明】
图1、为本发明旋转式重力感应电源结构剖面图；
图2、为本发明图1的A-A剖视图；
图3、为本发明惯性偏心飞轮结构示意图；
图4、为本发明旋转式重力感应电源装配结构图；
图5、为本发明电子电路及蓄电池组构成的电路原理图；
图6、为本发明负载变化电压波形测试图；
图7、为本发明负载变化电流波形测试图。
图中，1、副齿轮组，2、主齿轮组，3、传动轴，4、安装螺栓，5、第1支撑转动轴承，6、底座，7、惯性偏心飞轮，8、齿轮箱，9、垫片，10、第2支撑转动轴承，11、固定卡具，12、连接壳体，13、飞轮箱，14、发电机，15、电气箱，16、密封胶圈，17、电子电路及蓄电池组，18、由主齿轮组1和副齿轮组2组成的齿轮组系，19转向变换及滤波电路，20、防过载保护电路，21、充电电路，22、电子开关电路，23、稳压电路，24、高频滤波电路。
【具体实施方式】
下面结合附图对本发明作进一步详细的说明。
图1为本发明旋转式重力感应电源内部剖面图。该旋转式重力感应电源装置有一个连接壳体12，在连接壳体12的右端连接有飞轮箱13，在飞轮箱13和连接壳体12的一端上安装有第2支撑转动轴承10和第1支撑转动轴承5，在第1支撑传动轴承5和第2支撑转动轴承10中间安装有传动轴3，在传动轴3上安装有惯性偏心飞轮7；连接壳体12和飞轮箱13上安装有轴承座，轴承座上安装垫片9；连接壳体12的左端连接有齿轮箱8，在齿轮箱8内安装有由副齿轮组1和主齿轮组2组成的调速齿轮组系18，在齿轮箱8左侧安装有电气箱15，齿轮箱8外壳上安装有法兰，齿轮箱8外壳上的法兰与电气箱15之间安装有密封胶圈16，在电气箱15内安装有发电机14，发电机14的输出轴伸入齿轮箱8中，并在其上安装有由副齿轮组1和主齿轮组2组成的调速齿轮组系18。电气箱15的内部安装有电路板及蓄电池组17，电气箱15的外侧安装有安装螺栓4，连接壳体12和飞轮箱13外侧安装有固定卡具11，整个装置外侧设有底座6。
由副齿轮组1和主齿轮组2组成的调速齿轮组系18采用高强度，抗磨损的尼龙材料；支第1撑转动轴承5和第2支撑转动轴承10采用镀鉻轴承。
图2为本发明图1的A-A剖视图。
如图3所示，所述的惯性偏心飞轮是本装置的关键部件，它由钢或铜材料制成，为获得最大的重力转矩，在半径和长度一定时，几何形状设计为中心夹角α为180°的扇形，其重心位于中心轴孔的下侧。由于球磨机的转速一定，向心力形成地转矩G是一定的，齿轮的负载转矩F是电源输出功率所形成的阻力转矩，对于不同的负载，由于输出的最大功率是一定的，其负载转矩F也是一定的，离心惯性飞轮的重量足够大，选取的重力转矩远远大于阻力转矩F，惯性飞轮将不会发生离心运转。在转速一定的情况下，电源的输出功率与齿轮组的负载转矩成正比，在选取离心飞轮的重量时，为保证不发生离心运转，重力转矩N要大于齿轮组的负载转矩和离心力转矩之和。
图5为本发明电子电路及蓄电池组构成的电路原理图。旋转式重力感应电源的电路及蓄电池组由转向变换及滤波电路19、防过载保护电路20、充电电路21、电子开关电路22、稳压电路23和高频滤波电路24组成。其中，转向变换及滤波电路19由第1整流桥、第1电解电容和第3电容组成；防过载保护电路20由第1瞬变电压抑制器和第1保险丝组成；充电电路21由第1电阻、第2电阻、第4可变电阻、第2稳压管和第1晶体管组成；电子开关电路22由第3二极管、第4二极管和第1电源测试用开关组成；稳压电路23由第1集成稳压器组成；高频滤波电路24由第4电解电容、第2电容和第1电感、第2电感组成。
第1整流桥的两输入端分别与发电机的两输出端相连，第1整流桥的两输出端分别与第1电解电容的两端相连、第1瞬变电压抑制器的两端相连，第1保险丝的一端与第1瞬变电压抑制器的输入端相连，第1保险丝的另一端与第1电阻的一端相连，第1电阻的另一端与第4可变电阻的一端相连，第4可变电阻的中心端与第1晶体管的基极相连，第2稳压管的一端与第4可变电阻的中心端相连，第2稳压管的另一端与第1电源的负极相连；第2电阻的一端与第1电阻的一端相连，第2电阻的另一端与第1晶体管的集电极相连，第1晶体管的发射极与第1电源的正极相连；第3二极管的一端与第2电阻的一端相连，第3二极管的另一端与第4二极管一端相连，第4二极管的另一端与第1电源测试用开关一端相连，第1电源测试用开关另一端与第1电源正极相连；第3电容的一端与第4二极管一端相连，第3电容另一端与第1电源负极相连；第1集成稳压器的两输入端分别与第3电容两端相连，第1集成稳压器的两输出端分别与第4电解电容的两端相连，第4电解电容的两端分别连接第1电感的输入端和第2电感的输入端，第1电感和第2电感的两输出端分别连接第2电容的两端。
图4为本发明旋转式重力感应电源装配结构图。
旋转式重力感应电源沿滚动加工设备的筒壁径向安装，当筒壁滚动时，带动旋转式重力感应电源做圆周运动，由于受重力影响，具有一定重量的惯性偏心飞轮7始终指向地面，通过传动轴3及第1支撑转动轴承5和第2支撑转动轴承10作相对于飞轮箱13的反方向旋转，通过传动轴3带动由主齿轮组2和副齿轮组1组成的齿轮组系18转动，通过齿轮组的传动比，将较低转速增加到较高转速，带动发电机14产生电能。
当旋转桶体运转时，附着在桶体表面的电源装置以相同的转速旋转，其内部的惯性偏心飞轮反向旋转，经齿轮变速后带动直流发电机转动，在第1直流发电机的两输出端产生电压；无论桶体正转或反转，都经整流桥组成的转向变换电路，形成波动的直流电压，经整流滤波生成稳定的直流电压；第1瞬变电压抑制器和第1保险丝组成防过载保护电路2，经过DC/DC第1集成稳压器稳压后输出所需要的稳定的电压值。与此同时，整流滤波后的电压经第1晶体管给第1电池充电，当第1电池充电到接近第2稳压管的稳压值时，第1晶体管自行截止，第1电池停止充电，防止第1电池在长期运转过程中出现过充电现象发生，保护充电电池。
当桶体停止运转时，第1集成稳压器输入端处的电压迅速下跌，一旦第1电池电压大于第1集成稳压器输入端和第4二极管的正向压降之和时，第4二极管立即由截止变为导通，第1电池经的第4二极管接入第1集成稳压器的输入端，并由其稳压后输出电压值，继续为用电设备供电，实现停止转动时不间断供电。第3二极管为隔离二极管，用来防止第1电池向整流电路反向放电，第4二极管、第1晶体管构成电源电路的电子开关电路。
采用实验室和现场两种方法对本装置进行测试。采用美国国家仪器公司的主用设备虚拟仪器数据采集系统，型号为WLS-9163，获取电源输出数据，采用Signalexpress测量软件，进行显示和分析；计算机配置为P8600/2GB/250GB/无线网卡的DELL笔记本电脑，测试不同负载情况下旋转式重力感应电源的输出功率、电压调整率、文波系数等，使旋转式重力感应电源适应不同的应用领域。
以辽宁某选矿厂的球磨机作为应用对象，其工作工况如下：桶体直径3米，匀速转动18转/分，负载为球磨机无线数据采集器，负载部分的输入电压5v±20％，额定输入功率100mW，采用本发明的旋转式重力感应电源为其供电，本发明的旋转式重力感应电源额定输出为DC 5伏/20毫安，负载与本发明的旋转重力感应电源共同安装在球磨机桶体表面，沿球磨机径向安装，以18转/分钟匀速运转。
图6为负载变化电压波形测试图，图7为负载变化电流波形测试图。测试结果表明，输出电压精度在从25％负载到100％的负载情况下为±1％，负载调节率为±0.5％，纹波系数在20MHz带宽时为80mVp-p，可见电压输出精度、纹波系数及电压调整率在规定的范围内，旋转式重力感应电源的输出电压与输出功率完全满足负载的要求。