專利名稱：利用聲波能量壓電發(fā)電的道路燈具系統(tǒng)的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種利用聲波能量的道路燈具系統(tǒng)，特別是一種利用聲波能量壓電發(fā)電的道路燈具系統(tǒng)。
背景技術：
節(jié)能環(huán)保是當今時代的主題，城市的道路燈具系統(tǒng)，包括路燈、交通信號控制燈和其它道路燈具負載，每天都要耗費大量的電能。利用太陽能發(fā)電的路燈已經(jīng)得到了應用，但是利用太陽能發(fā)電受天氣、時間的限制，陰雨天氣和夜晚無法利用太陽能發(fā)電。隨著機動車輛向快速和大功率方面的發(fā)展，道路交通噪聲已成為一些大城市的主要噪聲源，特別是車輛產(chǎn)生的噪聲，幾乎可以占交通噪聲的80%左右。車輛噪聲的噪聲源主要包括發(fā)動機的機械噪聲、燃燒噪聲、進排氣噪聲和風扇噪聲，底盤的機械噪聲、制動噪聲和輪胎噪聲、車廂振動噪聲、貨物撞擊噪聲、喇叭噪聲和轉向、倒車時的嗡鳴聲等。這些噪聲源中，所發(fā)出的噪聲程度絕大多數(shù)都與車輛的使用情況有關。當車輛加速行駛、減速制動、 超速、超載和路面不平時，噪聲明顯增加。車輛噪聲一般為中等強度的噪聲，大約為6(Γ90 分貝。如公共汽車的噪聲為80分貝左右，摩托車的噪聲比一般汽車高10分貝左右。 這些噪音無時不在，然而這些噪音除了對我們產(chǎn)生不良影響外，并沒有得到利用。因此如果能使這些噪音變廢為寶，利用噪音的聲波來發(fā)電，供路燈照明、交通信號控制燈和其它道路燈具負載之用，則不僅可以降低噪音污染，更是節(jié)能環(huán)保的一大舉措。發(fā)明內(nèi)容針對上述問題，本發(fā)明的目的是提供一種利用聲波能量壓電發(fā)電的道路燈具系統(tǒng)，將聲能壓電發(fā)電裝置置于道路旁邊，利用道路上的各種噪音能量來產(chǎn)生電能，并將電能儲存起來，以供路燈、交通信號控制燈和其它道路燈具負載之用。此種方案具有變廢為寶，節(jié)約電能的目的。另外，由于這種聲能壓電發(fā)電裝置能吸收一部分噪音，又具有降低城市噪音污染的作用。
為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取如下技術措施一種利用聲波能量壓電發(fā)電的道路燈具系統(tǒng)，包括多個壓電發(fā)電裝置，電能變換裝置，蓄電池，路燈和/或交通信號控制燈。壓電發(fā)電裝置安裝在道路兩旁的路燈的燈桿、交通信號控制燈的燈桿、道路指示牌的支架桿或電線桿上。壓電發(fā)電裝置與電能變換裝置之間、電能變換裝置與蓄電池之間、蓄電池與路燈和交通信號控制燈之間都通過電線相連。壓電發(fā)電裝置利用道路上的各種噪音能量產(chǎn)生電能。壓電發(fā)電裝置所產(chǎn)生的交流電經(jīng)電能變換裝置轉化為直流電存儲在蓄電池中。當?shù)缆窡艟哓撦d需要用電的時候，電能變換裝置將蓄電池中存儲的直流電逆變?yōu)?20V的交流電以供路燈或交通信號控制燈或其它道路燈具負載使用。聲能壓電發(fā)電裝置殼體內(nèi)固定有振動膜片和壓電材料。聲能壓電發(fā)電裝置殼體的外側有開口，壓電材料在殼體的內(nèi)側，振動膜片在壓電材料的外側；振動膜片和壓電材料疊放在一起；震動膜片為合金震動膜片；壓電材料是壓電晶體或壓電陶瓷或壓電聚合物。振動膜片將聲波的壓力轉化為振動膜片的震動，震動膜片的震動對壓電材料進行擠壓，從而產(chǎn)生電能。電能變換裝置包括控制模塊、整流模塊和逆變模塊?？刂颇K和整流模塊之間，控
3制模塊和逆變模塊之間都通過線路相連。控制模塊發(fā)出控制指令對整流模塊和逆變模塊進行控制；整流模塊由變壓器、整流主電路和濾波器等組成，整流模塊將聲能壓電發(fā)電裝置內(nèi)的壓電材料產(chǎn)生的交流電整流為直流電存儲在蓄電池中；逆變模塊由逆變橋、控制邏輯和濾波電路組成，逆變模塊將蓄電池中的低壓直流電逆變?yōu)?20V的交流電以供路燈和交通信號控制燈使用。蓄電池是鎳鎘電池或鎳氫電池或鋰離子電池或鋰聚合物電池或鉛酸電池。道路燈具系統(tǒng)，包括路燈、交通信號控制燈及其控制系統(tǒng)或其它道路燈具負載中的一種或幾種的組合。安裝在道路兩旁路燈的燈桿、交通信號控制燈的燈桿、道路指示牌的支架桿或電線桿上的聲能壓電發(fā)電裝置利用道路上的各種噪音驅動振動膜片震動，振動膜片的震動對壓電材料進行擠壓，從而產(chǎn)生交流電。電能變換裝置中的整流模塊將聲能壓電發(fā)電裝置中壓電材料產(chǎn)生的交流電整流為直流電存儲在蓄電池中。當路燈或交通信號控制燈或其它道路燈具負載需要用電時，逆變模塊將存儲在蓄電池中的直流電逆變?yōu)?20V交流電以供路燈或交通信號控制燈或其它道路燈具負載負載使用。該方法包括以下步驟
1.在道路兩旁的路燈燈桿上、交通信號控制燈的燈桿上、道路指示牌的支桿上或電線桿上設置多個聲能壓電發(fā)電裝置，將道路上產(chǎn)生的噪聲收集，以所述裝置的振動膜片和壓電材料作為工作介質，利用壓電效應將聲能轉化為電能；
2.將聲能壓電發(fā)電裝置產(chǎn)生的電能集中輸送至電能變換裝置中，電能變換裝置將輸入的電能進行調整和變換；
3.電能變換裝置調整和變換后的電能由蓄電池儲存起來或直接供給路燈、交通信號控制燈和其它道路燈具負載負載使用。本發(fā)明的方法的其它特點是，所述的電能變換裝置包括控制模塊、整流模塊和逆變模塊，由控制模塊發(fā)出指令，整流模塊和逆變模塊接收指令，對產(chǎn)生電能的轉換和利用加以控制。所述的電能變換裝置對電能的調整和變換包括以下步驟
1)整流過程，整流模塊將壓電材料產(chǎn)生的交流電轉變?yōu)橹绷麟?，儲存在蓄電池中?br> 2)逆變過程，逆變模塊對蓄電池中儲存的直流電進行逆變轉化為交流電，以供道路燈具負載使用。實現(xiàn)上述方法的利用聲波能量壓電發(fā)電的方法及其道路燈具系統(tǒng)，其特征在于， 該系統(tǒng)包括
至少一個設置在道路兩旁的聲能壓電發(fā)電裝置，該裝置利用道路上的各種噪音的聲波能，將噪音的聲波能轉化為電能；至少一個蓄電池，用于存儲轉化后的電能。至少一個電能變換裝置，該裝置包括控制模塊、整流模塊和逆變模塊，整流模塊由變壓器、整流主電路和濾波器等組成，整流模塊把壓電材料產(chǎn)生的交流電進行整流濾波轉變?yōu)橹绷麟?，轉變后的直流電存儲在蓄電池中；逆變模塊包括逆變橋、控制邏輯和濾波電路，逆變模塊把蓄電池中存儲的直流電轉化為交流電，轉化后的交流電供各種道路燈具負載使用。其中的道路燈具系統(tǒng)包括路燈、交通信號燈及其控制系統(tǒng)或其它道路燈具負載負載中的一種或一種以上的組合。
所述的聲能壓電發(fā)電裝置包括震動膜片和壓電材料。振動膜片為合金振動膜片； 壓電材料是壓電晶體或壓電陶瓷或壓電聚合物。本發(fā)明與現(xiàn)有技術相比，具有如下優(yōu)點
1)本發(fā)明提出的利用聲波能量壓電發(fā)電的道路燈具系統(tǒng)，利用道路上的噪音發(fā)電以供道路燈具負載使用，具有變廢為寶，節(jié)約電能的目的。2)街道上噪音無時不在，無處不在，噪聲來源廣泛，且不受天氣的影響和夜晚的限制。3)本系統(tǒng)利用噪聲發(fā)電的同時可以減少城市的噪聲污染，達到環(huán)保的目的。4)聲能壓電發(fā)電裝置體積小，便于安裝。


圖1為聲能壓電發(fā)電裝置的結構示意圖。圖2為在路燈桿上安裝聲能壓電發(fā)電裝置的示意圖。圖3為在道路指示牌的支架桿上安裝聲能壓電發(fā)電裝置的示意圖。圖4為在交通信號控制燈的燈桿上安裝聲能壓電發(fā)電裝置的示意圖。圖5為系統(tǒng)的整體示意圖。圖6為系統(tǒng)的程序框圖。
具體實施例方式本發(fā)明的優(yōu)選實施例結合

如下 實施例一
參見圖1、圖2、圖3、圖4和圖5，本利用聲波能量壓電發(fā)電的道路燈具系統(tǒng)，包括多個壓電發(fā)電裝置1，電能變換裝置9，蓄電池10，路燈4和/或交通信號控制燈8。壓電發(fā)電裝置1安裝在道路兩旁的路燈的燈桿5、交通信號控制燈的燈桿7、道路指示牌的支架桿6或電線桿上。壓電發(fā)電裝置1與電能變換裝置9之間、電能變換裝置9與蓄電池10之間、蓄電池10與路燈4和交通信號控制燈8之間都通過電線相連。壓電發(fā)電裝置1利用道路上的各種噪音能量產(chǎn)生電能。壓電發(fā)電裝置1所產(chǎn)生的交流電經(jīng)電能變換裝置9轉化為直流電存儲在蓄電池10中。當?shù)缆窡艟哓撦d需要用電的時候，電能變換裝置9將蓄電池10 中存儲的直流電逆變?yōu)?20V的交流電以供路燈4或交通信號控制燈8或其它道路燈具負載使用。實施例二
本實施例與實施例一基本相同，特別之處如下
聲能壓電發(fā)電裝置1殼體內(nèi)固定有振動膜片2和壓電材料3。聲能壓電發(fā)電裝置1殼體的外側有開口，壓電材料3在聲能壓電發(fā)電裝置1殼體的內(nèi)側，振動膜片2在聲能壓電發(fā)電裝置1殼體的外側；振動膜片2和壓電材料3疊放在一起；震動膜片2為合金震動膜片； 壓電材料3是壓電晶體或壓電陶瓷或壓電聚合物。振動膜片2將聲波的壓力轉化為振動膜片2的震動，震動膜片2的震動對壓電材料3進行擠壓，從而產(chǎn)生電能。電能變換裝置9包括控制模塊、整流模塊和逆變模塊?？刂颇K和整流模塊之間、 控制模塊和逆變模塊之間都通過線路相連。控制模塊發(fā)出控制指令對整流模塊和逆變模塊進行控制；整流模塊由變壓器、整流主電路和濾波器等組成，整流模塊將聲能壓電發(fā)電裝置1內(nèi)的壓電材料3產(chǎn)生的交流電整流為直流電存儲在蓄電池10中；逆變模塊由逆變橋、控制邏輯和濾波電路組成，逆變模塊將蓄電池10中的低壓直流電逆變?yōu)?20V的交流電以供路燈4和交通信號控制燈8使用。蓄電池10是鎳鎘電池或鎳氫電池或鋰離子電池或鋰聚合物電池或鉛酸電池。道路燈具系統(tǒng)，包括路燈4、交通信號控制燈8及其控制系統(tǒng)或其它道路燈具負載中的一種或幾種的組合。安裝在道路兩旁路燈的燈桿5、交通信號控制燈的燈桿7、道路指示牌的支架桿6 或電線桿上的聲能壓電發(fā)電裝置1利用道路上的各種噪音驅動振動膜片2震動，振動膜片2 的震動對壓電材料3進行擠壓，從而產(chǎn)生交流電。電能變換裝置9中的整流模塊將聲能壓電發(fā)電裝置1中壓電材料3產(chǎn)生的交流電整流為直流電存儲在蓄電池10中。當路燈4和交通信號控制燈8需要用電時，逆變模塊將存儲在蓄電池10中的直流電逆變?yōu)?20V交流電以供路燈4和交通信號控制燈8使用。在道路的兩旁安放多個聲能壓電發(fā)電裝置1，這些裝置可以安放在路燈的燈桿5、 交通信號控制燈的燈桿7、道路指示牌的支架桿6或電線桿上。道路上的各種噪音作用于這些聲能壓電發(fā)電裝置1上的震動膜片2，使震動膜片2震動。震動膜片2的震動對壓電材料 3進行擠壓，使壓電材料3產(chǎn)生交流電。這些聲能壓電發(fā)電裝置1產(chǎn)生的交流電集中傳輸給電能變換裝置9 ；電能變換裝置9中的整流模塊由變壓器、整流主電路和濾波器等組成，整流模塊將交流電整流為直流電；電能變換裝置9中的整流模塊對聲能壓電發(fā)電裝置1產(chǎn)生的交流電整流濾波后，將交流電轉化為直流電。直流電存儲在蓄電池10中。逆變器是一種將直流電(DC)轉化為交流電(AC)的裝置，它把低壓直流電轉變?yōu)?220V的交流電。它由逆變橋、控制邏輯和濾波電路組成。當?shù)缆窡艟哓撦d需要用電的時候，電能變換裝置9中的逆變器對蓄電池10中存儲的低壓直流電進行逆變，將低壓直流電轉變?yōu)?20v的交流電，以供道路燈具負載使用。參見圖6，本利用聲波能量壓電發(fā)電的道路燈具系統(tǒng)的工作流程為利用聲波壓電發(fā)電一整流模塊將交流電轉變?yōu)橹绷麟娨恍铍姵卮鎯﹄娔芤荒孀兡K將直流電轉變?yōu)榻涣麟娨坏缆窡艟哓撦d用電。上面結合附圖對本發(fā)明實施例進行了說明，但本發(fā)明不限于上述實施例，還可以根據(jù)本發(fā)明創(chuàng)造的目的作出多種變化。凡依據(jù)本發(fā)明方法的精神實質和原理下做的改變、 修飾、替代、組合、簡化，均應為等效的置換方式，都包含在此發(fā)明專利的保護范圍內(nèi)。如可以把聲能壓電發(fā)電裝置1、電能變換裝置9、蓄電池10都安裝在路燈桿上或路燈桿附近，作為一種新能源路燈，此亦在此發(fā)明專利的保護范圍內(nèi)。
權利要求
1.一種利用聲波能量壓電發(fā)電的道路燈具系統(tǒng)，包括多個壓電發(fā)電裝置(1)，電能變換裝置(9)，蓄電池(10)，路燈(4)和/或交通信號控制燈(8);其特征在于所述壓電發(fā)電裝置(1)安裝在道路兩旁的路燈的燈桿(5)、交通信號控制燈的燈桿(7)、道路指示牌的支架桿(6)或電線桿上；壓電發(fā)電裝置(1)與電能變換裝置(9)之間、電能變換裝置(9)與蓄電池(10)之間、蓄電池(10)與路燈(4)和交通信號控制燈(8)之間都通過電線相連；壓電發(fā)電裝置(1)利用道路上的各種噪音能量產(chǎn)生電能，壓電發(fā)電裝置(1)所產(chǎn)生的交流電經(jīng)電能變換裝置(9)轉化為直流電存儲在蓄電池(10)中，當?shù)缆窡艟哓撦d需要用電的時候， 電能變換裝置(9)將蓄電池(10)中存儲的直流電逆變?yōu)?20V的交流電以供路燈(4)或交通信號控制燈(8)或其它道路燈具負載使用。
2.如權利要求1所述的利用聲波能量壓電發(fā)電的道路燈具系統(tǒng)，其特征在于所述壓電發(fā)電裝置(1)殼體內(nèi)固定有振動膜片(2 )和壓電材料(3 )；壓電發(fā)電裝置(1)殼體的外側有開口，壓電材料(3)在壓電發(fā)電裝置(1)殼體的內(nèi)側，振動膜片(2)在壓電材料(3)的外側， 振動膜片(2)和壓電材料(3)疊放在一起；震動膜片(2)為合金震動膜片；壓電材料(3)是壓電晶體或壓電陶瓷或壓電聚合物；振動膜片(2)將聲波的壓力轉化為振動膜片(2)的震動，震動膜片(2 )的震動對壓電材料(3 )進行擠壓，從而產(chǎn)生電能。
3.如權利要求1所述的利用聲波能量壓電發(fā)電的道路燈具系統(tǒng)，其特征在于所述電能變換裝置(9)包括控制模塊、整流模塊和逆變模塊；控制模塊和整流模塊之間、控制模塊和逆變模塊之間都通過線路相連；控制模塊發(fā)出控制指令對整流模塊和逆變模塊進行控制； 整流模塊將壓電發(fā)電裝置(1)內(nèi)的壓電材料(3)產(chǎn)生的交流電整流為直流電存儲在蓄電池 (10)中；逆變模塊將蓄電池(10)中的低壓直流電逆變?yōu)?20V的交流電以供路燈(4)和/ 或交通信號控制燈(8)使用。
4.如權利要求1所述的利用聲波能量壓電發(fā)電的道路燈具系統(tǒng)，其特征在于所述蓄電池(10)是鎳鎘電池或鎳氫電池或鋰離子電池或鋰聚合物電池或鉛酸電池。
5.如權利要求1所述的道路燈具系統(tǒng)，包括路燈(4)、交通信號控制燈(8)及其控制系統(tǒng)或其它道路燈具負載中的一種或幾種的組合。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種利用聲波能量壓電發(fā)電的道路燈具系統(tǒng)。它包括聲能壓電發(fā)電裝置、電能裝換裝置、蓄電池和道路燈具系統(tǒng)。聲能壓電發(fā)電裝置安放在道路兩旁，聲能壓電發(fā)電裝置利用道路上各種噪音的聲波能量發(fā)電。電能變換裝置將聲能壓電發(fā)電裝置產(chǎn)生的交流電轉化為直流電，轉化后的直流電存儲在蓄電池中，以供道路的燈具負載使用。本發(fā)明的利用聲波能量壓電發(fā)電的道路燈具系統(tǒng)充分利用了道路上的噪音發(fā)電，變廢為寶，是節(jié)能環(huán)保的一大舉措。
文檔編號H02J7/32GK102252255SQ201110078740
公開日2011年11月23日 申請日期2011年3月31日 優(yōu)先權日2011年3月31日
發(fā)明者徐蘭萍, 鄭立揚, 魏凱 申請人:上海大學