一種軌道垂向振動能量回收裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種軌道垂向振動能量回收裝置，安裝在軌道的軌枕與道床之間，其特征在于，該回收裝置包括依次連接的垂向振動能量采集模塊、同步提取接口電路和超級電容儲能模塊，所述的垂向振動能量采集模塊設(shè)置在軌枕與道床之間；垂向振動能量采集模塊將軌道垂向振動的機(jī)械能轉(zhuǎn)換為電能，同步提取接口電路對垂向振動能量采集模塊輸出的電能進(jìn)行轉(zhuǎn)換，并將轉(zhuǎn)換后的電能存儲至超級電容儲能模塊中。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有結(jié)構(gòu)簡單、可靠性高、節(jié)能環(huán)保等優(yōu)點(diǎn)。
【專利說明】一種軌道垂向振動能量回收裝置

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及振動能量回收【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其是涉及一種軌道垂向振動能量回收裝置。

【背景技術(shù)】
[0002]軌道車輛的運(yùn)行引起了軌道系統(tǒng)的強(qiáng)烈振動，這些振動所產(chǎn)生的能量大部分被軌道本身、軌枕和路基所吸收并消耗。這些振動不但對環(huán)境產(chǎn)生不利的影響，其中一部分還轉(zhuǎn)化為噪聲向周圍輻射，所以在當(dāng)今能源短缺的背景下，對軌道振動的能量進(jìn)行回收是有意義的。將軌道振動的機(jī)械振動能量轉(zhuǎn)換為電能主要通過壓電轉(zhuǎn)換的方法。壓電轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)簡單、可靠性高、且轉(zhuǎn)換電壓較高、無需變壓器，并可達(dá)到相對較高的功率密度。目前的壓電軌道振動能量回收方法，難以承受軌道垂向振動的巨大能量，特別是對于短暫(瞬間)集中載荷作用下的振動能量尚無更好的回收方法，現(xiàn)有的技術(shù)中，缺乏從全局的高度對軌道振動能量回收系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計，達(dá)到高效回收振動能量的目的有效方法。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的就是為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷而提供一種簡單可靠、節(jié)能環(huán)保的軌道垂向振動能量回收裝置。
[0004]本發(fā)明的目的可以通過以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn):
[0005]一種軌道垂向振動能量回收裝置，安裝在軌道的軌枕與道床之間，該回收裝置包括依次連接的垂向振動能量采集模塊、同步提取接口電路和超級電容儲能模塊，所述的垂向振動能量采集模塊設(shè)置在軌枕與道床之間；
[0006]垂向振動能量采集模塊將軌道垂向振動的機(jī)械能轉(zhuǎn)換為電能，同步提取接口電路對垂向振動能量采集模塊輸出的電能進(jìn)行轉(zhuǎn)換，并將轉(zhuǎn)換后的電能存儲至超級電容儲能模塊中。
[0007]所述的垂向振動能量采集模塊包括承載板、鼓型壓電振子、導(dǎo)向孔板和基座板，所述的基座板安裝在道床上，所述的導(dǎo)向孔板設(shè)在基座板上，所述的鼓型壓電振子嵌入導(dǎo)向孔板內(nèi)，所述的承載板設(shè)在鼓型壓電振子上，并安裝在軌枕下方，所述的鼓型壓電振子與同步提取接口電路連接；
[0008]承載板在受到軌枕的垂向作用力之后，向下壓迫鼓型壓電振子，鼓型壓電振子產(chǎn)生彎曲變形，利用壓電效應(yīng)將機(jī)械形變的能量轉(zhuǎn)換電能輸出給同步提取接口電路，導(dǎo)向孔板提供垂向?qū)蜃饔?，防止鼓型壓電振子扭曲?br> [0009]所述的鼓型壓電振子設(shè)有多個，各鼓型壓電振子并聯(lián)連接。
[0010]所述的鼓型壓電振子由支撐環(huán)、銅基板雙面壓電陶瓷和連接導(dǎo)線組成，所述的銅基板雙面壓電陶瓷設(shè)在支撐環(huán)上，所述的連接導(dǎo)線與銅基板雙面壓電陶瓷連接。
[0011]所述的承載板和基座板，與鼓型壓電振子相接觸的面上均設(shè)有突起，所述的突起的高度為3?4mm。
[0012]所述的同步提取接口電路包括二極管橋式整流子電路、同步電感、電子開關(guān)、續(xù)流二極管和電容器，所述的二極管橋式整流子電路的輸入側(cè)與鼓型壓電振子連接，輸出側(cè)的一個端子依次連接同步電感、電子開關(guān)和輸出側(cè)的另一個端子，所述的續(xù)流二極管和電容器串聯(lián)后與同步電感并聯(lián)；
[0013]二極管橋式整流子電路將鼓型壓電振子輸出的交流電整流為直流，電子開關(guān)閉合，鼓型壓電振子中的電能轉(zhuǎn)移至同步電感中，當(dāng)電荷從鼓型壓電振子中全部轉(zhuǎn)移，電子開關(guān)打開，同步電感中的電荷通過續(xù)流二極管轉(zhuǎn)移至電容器中。
[0014]所述的超級電容儲能模塊連接在電容器兩端。
[0015]所述的超級電容儲能模塊由多個并聯(lián)連接的超級電容陣列組成，所述的超級電容陣列由多個串聯(lián)連接的電容儲能單元組成。
[0016]所述的電容儲能單元包括超級電容單體和均壓電阻，所述的均壓電阻與超級電容單體并聯(lián)。
[0017]所述的垂向振動能量采集模塊設(shè)有多個，每個垂向振動能量采集模塊對應(yīng)一個同步提取接口電路。
[0018]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下有益效果:
[0019]I)本發(fā)明利用垂向振動能量采集模塊對軌道垂向振動能量進(jìn)行采集，同時通過同步提取接口電路和超級電容儲能模塊回收和存儲電能，達(dá)到高效回收軌道振動能量的目的；
[0020]2)本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡單、可靠性高，在節(jié)能減排方面有積極意義；
[0021]3)本發(fā)明采用的超級電容充放電迅速可靠，壽命長且內(nèi)阻小。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0022]圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0023]圖2為本發(fā)明中同步提取接口電路的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0024]圖3為本發(fā)明中超級電容儲能模塊的結(jié)構(gòu)示意圖。

【具體實(shí)施方式】
[0025]下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明。本實(shí)施例以本發(fā)明技術(shù)方案為前提進(jìn)行實(shí)施，給出了詳細(xì)的實(shí)施方式和具體的操作過程，但本發(fā)明的保護(hù)范圍不限于下述的實(shí)施例。
[0026]如圖1所示，一種軌道垂向振動能量回收裝置，安裝在軌道的軌枕6與道床5之間，鐵軌7設(shè)在軌枕6上，該回收裝置包括依次連接的垂向振動能量采集模塊、同步提取接口電路8和超級電容儲能模塊9，所述的垂向振動能量采集模塊設(shè)置在軌枕6與道床5之間；垂向振動能量采集模塊將軌道垂向振動的機(jī)械能轉(zhuǎn)換為電能，同步提取接口電路8對垂向振動能量采集模塊輸出的電能進(jìn)行轉(zhuǎn)換，并將轉(zhuǎn)換后的電能存儲至超級電容儲能模塊9中。
[0027]由于軌道結(jié)構(gòu)的重復(fù)性和連續(xù)性，可以在軌枕下連續(xù)安裝多個垂向振動能量采集模塊，每個垂向振動能量采集模塊對應(yīng)一個同步提取接口電路，采用并聯(lián)連接。
[0028]如圖1所示，垂向振動能量采集模塊包括承載板1、鼓型壓電振子2、導(dǎo)向孔板3和基座板4，所述的基座板4安裝在道床5上，所述的導(dǎo)向孔板3設(shè)在基座板4上，所述的鼓型壓電振子2嵌入導(dǎo)向孔板3內(nèi)，所述的承載板I設(shè)在鼓型壓電振子2上，并安裝在軌枕6下方，所述的鼓型壓電振子2與同步提取接口電路8連接。鼓型壓電振子2設(shè)有多個，各鼓型壓電振子并聯(lián)連接。鼓型壓電振子2由支撐環(huán)、銅基板雙面壓電陶瓷和連接導(dǎo)線組成，所述的銅基板雙面壓電陶瓷設(shè)在支撐環(huán)上，所述的連接導(dǎo)線與銅基板雙面壓電陶瓷連接，銅基板雙面壓電陶瓷的型號可選為PZT-5H。
[0029]承載板I和基座板5，與鼓型壓電振子2相接觸的面上均設(shè)有突起，用以壓迫鼓型壓電振子，所述的突起的高度為3?4_。
[0030]如圖2所示，同步提取接口電路8包括二極管橋式整流子電路、同步電感L、電子開關(guān)S、續(xù)流二極管D和電容器C，所述的二極管橋式整流子電路的輸入側(cè)與垂向振動能量采集模塊的輸出連接，二極管橋式整流子電路輸出側(cè)的一個端子依次連接同步電感L、電子開關(guān)S和輸出側(cè)的另一個端子，所述的續(xù)流二極管D和電容器C串聯(lián)后與同步電感并聯(lián)L。
[0031]如圖3所示，超級電容儲能模塊9連接在電容器兩端。超級電容儲能模塊9由多個并聯(lián)連接的超級電容陣列組成，所述的超級電容陣列由多個串聯(lián)連接的電容儲能單元10組成。所述的電容儲能單元10包括超級電容單體和均壓電阻，所述的均壓電阻與超級電容單體并聯(lián)，，能高效儲存能量，內(nèi)阻較小。
[0032]上述軌道垂向振動能量回收裝置安裝時，首先將鼓型壓電振子安裝在導(dǎo)向孔板內(nèi)，采用并聯(lián)連接各個鼓型壓電振子，然后將垂向振動能量采集模塊安裝在軌枕下，使承載板密貼軌枕下表面，并將基座板下部的道床墊實(shí)。接著將垂向振動能量采集模塊的引出導(dǎo)線接入同步提取接口電路的輸入端，同時將同步提取接口電路的輸出端接入超級電容儲能模塊。
[0033]上述軌道垂向振動能量回收裝置的工作過程如下:
[0034]當(dāng)軌道列車接近并通過安裝有軌道垂向振動能量采集裝置的軌枕時，軌枕產(chǎn)生振動并向下壓迫承載板，由于承載板和基座板上的突起共同作用，承載板在受到軌枕的垂向作用力之后，向下壓迫鼓型壓電振子，鼓型壓電振子產(chǎn)生彎曲變形，利用壓電效應(yīng)將機(jī)械形變的能量轉(zhuǎn)換電能輸出給同步提取接口電路，導(dǎo)向孔板提供垂向?qū)蜃饔?，防止鼓型壓電振子扭曲。二極管橋式整流子電路將鼓型壓電振子輸出的交流電整流為直流，通過同步電感，電子開關(guān)、續(xù)流二極管和電容器，組成同步提取接口電路。所謂同步是指:電能的提取過程與機(jī)械振動的過程同步，且壓電振子大部分時間工作在開路狀態(tài)。電荷提取過程發(fā)生在電子開關(guān)S閉合時，電子開關(guān)閉合，鼓型壓電振子中的電能轉(zhuǎn)移至同步電感中，當(dāng)電荷從鼓型壓電振子中全部轉(zhuǎn)移，電子開關(guān)打開，同步電感中的電荷通過續(xù)流二極管轉(zhuǎn)移至電容器中。超級電容儲能單元存儲同步提取接口電路輸出的電能，存儲回收的能量。
【權(quán)利要求】
1.一種軌道垂向振動能量回收裝置，安裝在軌道的軌枕與道床之間，其特征在于，該回收裝置包括依次連接的垂向振動能量采集模塊、同步提取接口電路和超級電容儲能模塊，所述的垂向振動能量采集模塊設(shè)置在軌枕與道床之間； 垂向振動能量采集模塊將軌道垂向振動的機(jī)械能轉(zhuǎn)換為電能，同步提取接口電路對垂向振動能量采集模塊輸出的電能進(jìn)行轉(zhuǎn)換，并將轉(zhuǎn)換后的電能存儲至超級電容儲能模塊中。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種軌道垂向振動能量回收裝置，其特征在于，所述的垂向振動能量采集模塊包括承載板、鼓型壓電振子、導(dǎo)向孔板和基座板，所述的基座板安裝在道床上，所述的導(dǎo)向孔板設(shè)在基座板上，所述的鼓型壓電振子嵌入導(dǎo)向孔板內(nèi)，所述的承載板設(shè)在鼓型壓電振子上，并安裝在軌枕下方，所述的鼓型壓電振子與同步提取接口電路連接; 承載板在受到軌枕的垂向作用力之后，向下壓迫鼓型壓電振子，鼓型壓電振子產(chǎn)生彎曲變形，利用壓電效應(yīng)將機(jī)械形變的能量轉(zhuǎn)換電能輸出給同步提取接口電路，導(dǎo)向孔板提供垂向?qū)蜃饔?，防止鼓型壓電振子扭曲?br> 3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種軌道垂向振動能量回收裝置，其特征在于，所述的鼓型壓電振子設(shè)有多個，各鼓型壓電振子并聯(lián)連接。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種軌道垂向振動能量回收裝置，其特征在于，所述的鼓型壓電振子由支撐環(huán)、銅基板雙面壓電陶瓷和連接導(dǎo)線組成，所述的銅基板雙面壓電陶瓷設(shè)在支撐環(huán)上，所述的連接導(dǎo)線與銅基板雙面壓電陶瓷連接。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種軌道垂向振動能量回收裝置，其特征在于，所述的承載板和基座板，與鼓型壓電振子相接觸的面上均設(shè)有突起，所述的突起的高度為3?4mm。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種軌道垂向振動能量回收裝置，其特征在于，所述的同步提取接口電路包括二極管橋式整流子電路、同步電感、電子開關(guān)、續(xù)流二極管和電容器，所述的二極管橋式整流子電路的輸入側(cè)與鼓型壓電振子連接，輸出側(cè)的一個端子依次連接同步電感、電子開關(guān)和輸出側(cè)的另一個端子，所述的續(xù)流二極管和電容器串聯(lián)后與同步電感并聯(lián)； 二極管橋式整流子電路將鼓型壓電振子輸出的交流電整流為直流，電子開關(guān)閉合，鼓型壓電振子中的電能轉(zhuǎn)移至同步電感中，當(dāng)電荷從鼓型壓電振子中全部轉(zhuǎn)移，電子開關(guān)打開，同步電感中的電荷通過續(xù)流二極管轉(zhuǎn)移至電容器中。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種軌道垂向振動能量回收裝置，其特征在于，所述的超級電容儲能模塊連接在電容器兩端。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的一種軌道垂向振動能量回收裝置，其特征在于，所述的超級電容儲能模塊由多個并聯(lián)連接的超級電容陣列組成，所述的超級電容陣列由多個串聯(lián)連接的電容儲能單元組成。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的一種軌道垂向振動能量回收裝置，其特征在于，所述的電容儲能單元包括超級電容單體和均壓電阻，所述的均壓電阻與超級電容單體并聯(lián)。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種軌道垂向振動能量回收裝置，其特征在于，所述的垂向振動能量采集模塊設(shè)有多個，每個垂向振動能量采集模塊對應(yīng)一個同步提取接口電路。
【文檔編號】H02J7/32GK104283457SQ201310287792
【公開日】2015年1月14日 申請日期:2013年7月10日 優(yōu)先權(quán)日:2013年7月10日
【發(fā)明者】楊儉, 袁天辰, 劉小威, 宋瑞剛 申請人:上海工程技術(shù)大學(xué)