一种基于轨道振动的机械发电系统技术方案

本实用新型专利技术涉及一种基于轨道振动的机械发电系统，主要解决目前铁路轨道振动能量的传递、转化、发电、存储和释放的问题，其实现方法是：充电时，首先通过轨道振动能量转换装置将垂向振动传递到道旁安装的能量转换器上；其次将垂向往复运动的机械能转换为旋转机械能驱动发电机发电；最后发电机将旋转机械能转换为电能对电池组充电；放电时，充放电控制器控制电池放电，并通过逆变器匹配负载电压进行电力输出。这种一种基于轨道振动的机械发电系统结构简单，能够最大限度的获取轨道的垂向能量、可以达到保留低频减弱高频振动的效果，提高振动的转化效率和能量收集覆盖轨道的密集度，提高能量收集效率的。高能量收集效率的。高能量收集效率的。

【技术实现步骤摘要】
一种基于轨道振动的机械发电系统


[0001]本技术属于机电
，其涉及铁路轨道振动能量转换、存储及释放的一种机电一体化产品，特别是关于一种基于轨道振动的机械发电系统，可用于铁路和城市轨道交通领域轨道道旁设备的供电。

技术介绍

[0002]随着国民经济的持续、稳定、高速发展和人民生活水平的不断提高，轨道交通作为具有运量大、速度快、班次密、安全舒适、准点率高、全天候、运费低和节能环保等优点的交通工具越来越多的受到人们的青睐。各铁路运营公司也为保证轨道交通准点率、乘坐安全性和舒适性投入了大量的人力物力进行维护，给铁路局、城轨、地铁等轨道运营公司带来较大的经济压力。
[0003]近年来，随着互联网、物联网等技术的发展，各类自动化检测、监测设备大量应用于轨道交通领域，安装在轨道旁用于监测各类信号数据，大幅降低了人员的维护成本，但同时这些监测设备的电缆铺设、电力的供给成本也在不断增加。由于各类监测设备往往是线路开通后根据需求增加的，这些监测设备对原线路的设计容量带来巨大的压力。因此，采用轨道振动发电，并在现场组网、存储、供电使用的方法不仅环保、高效，而且对降低监测设备电缆铺设和供电成本有着重要意义。
[0004]目前，国内的新能源发电技术主要是利用包括太阳能、生物质能、风能、地热能、波浪能、洋流能和潮汐能等再生能源，通过现有的技术实现发电的过程。然而，对于轨道交通这样既有山地、平原、高原、河流、湖海地理环境，又有隧道、桥梁、地下特殊等工程环境，空间狭长环境复杂导致很难找到适应各种环境的新能源发电方法，唯一共同的特点是车辆行驶经过的轨道产生巨大的振动能量。因此基于轨道振动进行的能量转化、发电、存储、供电的方法孕育而生，其特点是结构简单、环境适应性强、安全环保。

技术实现思路

[0005]本技术的目的针对上述已有技术的不足，提出结构简单，能够最大限度的获取轨道的垂向能量、可以达到保留低频减弱高频振动的效果，提高振动的转化效率和能量收集覆盖轨道的密集度，提高能量收集效率的一种基于轨道振动的机械发电系统。
[0006]本技术的目的是这样实现的，涉及一种基于轨道振动的机械发电系统，其特征是：包括：铁路轨道、发电机组阵列和列车，发电机组阵列在铁路轨道的两侧，当铁路轨道有列车通过时，在列车轮对的作用下铁路轨道产生振动，使两侧的发电机组阵列通过振动产生电能，振动产生的电能向控制的电池组充电，电池组的电能到达阀值时，通过逆变器向电网输送电能。
[0007]发电机组阵列包括：左发电机组阵列和右发电机组阵列，左发电机组阵列和右发电机组阵列具有相同的结构。
[0008]室内监控主机通过网络与室外控制器连接进行供电指令的下达和室外控制器的
工作监控；轨底振动触发器通过网络与室外控制器连接进行电池充电指令的触发；发电机组阵列中的每台发电模块均通过电缆与室外控制器连接；室外控制器分别通过线缆与电池组连接和逆变器连接，一方面将发电机组阵列产生的电进行滤波并按照电池组的充电规格进行供电；另一方面当室外控制器接到室内监控主机放电指令时，室外控制器控制电池组放电，电池组释放的电通过逆变器转化成规定制式的电向道旁设备进行供电输出。
[0009]进一步所述的发电机组阵列包括间隔分布的能量转换装置、发电机；通过能量转换装置将振动能量转换成发电机转子能量到发电机的输入轴，由发电机发电输出电池组可输入的电能。
[0010]所述的能量转换装置包括：频率过滤装置、短连接杆、长连接杆、上过渡板、下过渡板、支撑轴、轴承、支撑座、防松顶盖、双头螺柱、储能块、上罩桶、上弹簧、下弹簧、机壳、活塞、活塞连接杆、曲轴、惯性轮、变速箱、内齿轮、行星齿轮、中心齿轮、输出轴、联轴器；频率过滤装置与轨道底部通过压力接触方式连接；频率过滤装置与短连接杆的一端通过螺栓固定连接，另一端与上过渡板和下过渡板的一侧固定连接；上过渡板与下过渡板通过螺栓固定连接，并卡在轴承外圈上，轴承内圈通过支撑轴固定在支撑座上，支撑座则通过螺栓固定在道床上；上过渡板和下过渡板的另一侧通过螺栓与长连接杆的一端连接，长连接杆垂向位置通过防松顶盖和储能块加紧固定，防松顶盖和储能块则通过双头螺柱固定在上罩桶上，上罩桶通过上弹簧和下弹簧将活塞加在中间，下弹簧通过上罩桶下沿止挡件限位；上罩桶在机壳内壁上滑动接触连接；活塞通过活塞杆与曲轴连接，曲轴一端与惯性轮固定连接，另一端通过键连接在内齿轮上，内齿轮通过与行星齿轮啮合，将力传递到中心齿轮上；中心齿轮的输出轴一端通过轴承固定在变速箱壳壁上，另一端通过联轴器固定连接在发电机的转子轴上。
[0011]进一步所述的振动产生的电能向控制的电池组充电，是当列车临近发电机组阵列的区域时，铁路轨道振动达到振动触发器的触发值，振动触发器触发室外控制器打开充电模式；列车经过发电机组阵列区域，两枕木之间的铁路轨道底部垂向振动产生较大位移，铁路轨道振动时引起与轨底接触的频率过滤装置发生振动并产生垂向位移，频率过滤装置内部装有弹簧，弹簧振动响应时会过滤大部分的高频振动，其低频共振时位移达到最大；频率过滤装置垂向位移带动与它固定连接的短连接杆、上过渡板、下过渡板、长连接杆围绕支撑座上轴承中心的支撑轴做翘板运动，即当短连接杆向下运动时，长连接杆向上运动，反之当短连接杆向上运动时，长连接杆向下运动，且根据短连接杆与长连接杆的长度比实现长连接杆垂向位移的放大，以满足能量转换装置对驱动的行程要求；长连接杆通过防松顶盖和储能块加紧固定在双头螺柱上，当长连接杆向上位移时，其带动上罩桶沿着机壳向上运动，并压缩下弹簧将活塞抬起，使动能转化为重力势能，当长连接杆垂向向下位移时，其带动上罩桶沿着机壳向下运动，并压缩上弹簧将活塞落下，释放重力转化为动能传递给活塞；活塞向下运动的同时，其垂向位移通过活塞杆带动曲轴旋转运动；活塞杆两侧分别安装惯性轮，曲轴旋转时储存机械能；曲轴两端轴承支撑固定在机壳上，其一端通过键连接内齿轮，曲轴旋转时内齿轮同步旋转，同时带动行星齿轮和中心齿轮旋转；中心齿轮的输出轴通过轴承固定在变速箱上，中心齿轮转动时，输出轴通过联轴器与发电机的主轴一起转动，将机械能转化为电能进行输出，输出的电力经过室外控制器控制电池充电。
[0012]进一步所述的电池组的电能到达阀值时，通过逆变器向电网输送电，是通过如下
步骤实现，室内监控主机检测到电池组的阀值，向室外控制器发出对外供电的指令，室外控制器控制电池组（包括多组）放电；电池组放电后，电流经过室外控制器流向逆变器，将直流电转为与道旁设备制式匹配的交流电进行输出。
[0013]本技术具有如下优点：
[0014]1）结构简单，通过将铁路轨道垂向振动传递到轨旁，使能量转化装置不受轨底狭小空间的限制。
[0015]2）能量吸收装置直接与两枕木中间的轨底区域接触，保证了本装置能够最大限度的获取轨道的垂向能量。
[0016]3）用于轨底能量吸收的频率过滤装置通过安装与铁路轨道共振频率相近的弹簧引起的振动响应进行能量的吸收，可以达到保留低频减弱高频振动的效果，提高振动的转本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于轨道振动的机械发电系统，其特征是：包括铁路轨道（10）、发电机组阵列（3）和列车，发电机组阵列（3）在铁路轨道（10）的两侧，发电机组阵列（3）包括：左发电机组阵列（8）和右发电机组阵列（9），左发电机组阵列（8）和右发电机组阵列（9）具有相同的结构。2.根据权利要求1所述的一种基于轨道振动的机械发电系统，其特征是：发电机组阵列（3）中的每台发电模块均通过电缆与室外控制器（2）连接；室外控制器（2）分别通过线缆与电池组（5）连接和逆变器（6）连接，室外控制器（2）通过网络与室内监控主机（1）连接。3.根据权利要求1所述的一种基于轨道振动的机械发电系统，其特征是：所述的发电机组阵列（3）包括间隔分布的能量转换装置（31）、发电机（34）；能量转换装置（31）与发电机（34）机械连接。4.根据权利要求3所述的一种基于轨道振动的机械发电系统，其特征是：所述的能量转换装置（31）包括：能量吸收单元、能量传导单元和能量转换单元，能量吸收单元通过能量传导单元和能量转换单元输入端机械连接，能量转换单元的输出端通过变速单元与发电机（34）的转子轴轴连接。5.根据权利要求4所述的一种基于轨道振动的机械发电系统，其特征是：所述的能量吸收单元包括：频率过滤装置（311）和短连接杆（312），频率过滤装置（311）与铁路轨道（10）底部通过压力接触方式连接；频率过滤装置（311）与短连接杆（312）的一端通过螺栓固定连接。6.根据权利要求4所述的一种基于轨道振动的机械发电系统，其特征是：所述的能量传导单元包括：短连接杆（312）、长连接杆（313）、上过渡板（314）、下过渡板（315）、支撑轴（316）、轴承（317）、支撑座（318），短连接杆（312）另一端与上过渡板（314）和下过渡板（315）的一侧固定连接；所述的上过渡板（314）与下过渡板（315）通过螺栓固定连接，形成上下...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈磊，郑帅，谢明军，丁召荣，安喆，梅积刚，何建峰，宁宗夏，汝国涛，林双才，
申请(专利权)人：西安铁路信号有限责任公司，
类型：新型
国别省市：