[發明專利]一種基于軌道振動的機械發電系統及方法

在審

• 申請號: 202110486645.0
• 申請日: 2021-05-01
• 公開（公告）號: CN113098197A
• 公開（公告）日: 2021-07-09
• 發明（設計）人: 陳磊;鄭帥;謝明軍;丁召榮;安喆;梅積剛;何建峰;寧宗夏;汝國濤;林雙才
• 申請（專利權）人: 西安鐵路信號有限責任公司
• 主分類號: H02K7/18
• 分類號: H02K7/18;H02K7/075;H02J7/32;H02J3/38;H02J7/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明涉及一種基于軌道振動的機械發電系統及方法，主要解決目前鐵路軌道振動能量的傳遞、轉化、發電、存儲和釋放的問題，其實現方法是：充電時，首先通過鐵路軌道振動能量轉換裝置將垂向振動傳遞到道旁安裝的能量轉換器上；其次將垂向往復運動的機械能轉換為旋轉機械能驅動發電機發電；最后發電機將旋轉機械能轉換為電能對電池組充電；放電時，充放電控制器控制電池放電，并通過逆變器匹配負載電壓進行電力輸出。這種基于軌道振動的發電系統及方法結構簡單，能夠最大限度的獲取軌道的垂向能量、可以達到保留低頻減弱高頻振動的效果，提高振動的轉化效率和能量收集覆蓋軌道的密集度，提高能量收集效率的。

技術領域

本發明屬于機電技術領域，其涉及鐵路軌道振動能量轉換、存儲及釋放的一種機電一體化產品，特別是關于一種基于軌道振動的機械發電系統及方法，可用于鐵路和城市軌道交通領域軌道道旁設備的供電。

技術背景

隨著國民經濟的持續、穩定、高速發展和人民生活水平的不斷提高，軌道交通作為具有運量大、速度快、班次密、安全舒適、準點率高、全天候、運費低和節能環保等優點的交通工具越來越多的受到人們的青睞。各鐵路運營公司也為保證軌道交通準點率、乘坐安全性和舒適性投入了大量的人力物力進行維護，給鐵路局、城軌、地鐵等軌道運營公司帶來較大的經濟壓力。

近年來，隨著互聯網、物聯網等技術的發展，各類自動化檢測、監測設備大量應用于軌道交通領域，安裝在軌道旁用于監測各類信號數據，大幅降低了人員的維護成本，但同時這些監測設備的電纜鋪設、電力的供給成本也在不斷增加。由于各類監測設備往往是線路開通后根據需求增加的，這些監測設備對原線路的設計容量帶來巨大的壓力。因此，采用軌道振動發電，并在現場組網、存儲、供電使用的方法不僅環保、高效，而且對降低監測設備電纜鋪設和供電成本有著重要意義。

目前，國內的新能源發電技術主要是利用包括太陽能、生物質能、風能、地熱能、波浪能、洋流能和潮汐能等再生能源，通過現有的技術實現發電的過程。然而，對于軌道交通這樣既有山地、平原、高原、河流、湖海地理環境，又有隧道、橋梁、地下特殊等工程環境，空間狹長環境復雜導致很難找到適應各種環境的新能源發電方法，唯一共同的特點是車輛行駛經過的軌道產生巨大的振動能量。因此基于軌道振動進行的能量轉化、發電、存儲、供電的方法孕育而生，其特點是結構簡單、環境適應性強、安全環保。

發明內容

本發明的目的針對上述已有技術的不足，提出結構簡單，能夠最大限度的獲取軌道的垂向能量、可以達到保留低頻減弱高頻振動的效果，提高振動的轉化效率和能量收集覆蓋軌道的密集度，提高能量收集效率的一種基于軌道振動的機械發電系統及方法。

本發明的目的是這樣實現的，涉及一種基于軌道振動的機械發電系統，其特征是：包括：鐵路軌道、發電機組陣列和列車，發電機組陣列在鐵路軌道的兩側，當鐵路軌道有列車通過時，在列車輪對的作用下鐵路軌道產生振動，使兩側的發電機組陣列通過振動產生電能，振動產生的電能向控制的電池組充電，電池組的電能到達閥值時，通過逆變器向電網輸送電能。

發電機組陣列包括：左發電機組陣列和右發電機組陣列，左發電機組陣列和右發電機組陣列具有相同的結構。

室內監控主機通過網絡與室外控制器連接進行供電指令的下達和室外控制器的工作監控；軌底的振動觸發器通過網絡與室外控制器連接進行電池充電指令的觸發；發電機組陣列中的每臺發電模塊均通過電纜與室外控制器連接；室外控制器分別通過線纜與電池組連接和逆變器連接，一方面將發電機組陣列產生的電進行濾波并按照電池組的充電規格進行供電；另一方面當室外控制器接到室內監控主機放電指令時，室外控制器控制電池組放電，電池組釋放的電通過逆變器轉化成規定制式的電向道旁設備進行供電輸出。

進一步所述的發電機組陣列包括間隔分布的能量轉換裝置、發電機；通過能量轉換裝置將振動能量轉換成發電機轉子能量到發電機的輸入軸，由發電機發電輸出電池組可輸入的電能。