专利名称：利用声波能量压电发电的道路灯具系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种利用声波能量的道路灯具系统，特别是一种利用声波能量压电发电的道路灯具系统。
背景技术：
节能环保是当今时代的主题，城市的道路灯具系统，包括路灯、交通信号控制灯和其它道路灯具负载，每天都要耗费大量的电能。利用太阳能发电的路灯已经得到了应用，但是利用太阳能发电受天气、时间的限制，阴雨天气和夜晚无法利用太阳能发电。随着机动车辆向快速和大功率方面的发展，道路交通噪声已成为一些大城市的主要噪声源，特别是车辆产生的噪声，几乎可以占交通噪声的80%左右。车辆噪声的噪声源主要包括发动机的机械噪声、燃烧噪声、进排气噪声和风扇噪声，底盘的机械噪声、制动噪声和轮胎噪声、车厢振动噪声、货物撞击噪声、喇叭噪声和转向、倒车时的嗡鸣声等。这些噪声源中，所发出的噪声程度绝大多数都与车辆的使用情况有关。当车辆加速行驶、减速制动、 超速、超载和路面不平时，噪声明显增加。车辆噪声一般为中等强度的噪声，大约为6(Γ90 分贝。如公共汽车的噪声为80分贝左右，摩托车的噪声比一般汽车高10分贝左右。 这些噪音无时不在，然而这些噪音除了对我们产生不良影响外，并没有得到利用。因此如果能使这些噪音变废为宝，利用噪音的声波来发电，供路灯照明、交通信号控制灯和其它道路灯具负载之用，则不仅可以降低噪音污染，更是节能环保的一大举措。发明内容针对上述问题，本发明的目的是提供一种利用声波能量压电发电的道路灯具系统，将声能压电发电装置置于道路旁边，利用道路上的各种噪音能量来产生电能，并将电能储存起来，以供路灯、交通信号控制灯和其它道路灯具负载之用。此种方案具有变废为宝，节约电能的目的。另外，由于这种声能压电发电装置能吸收一部分噪音，又具有降低城市噪音污染的作用。
为了实现上述目的，本发明采取如下技术措施一种利用声波能量压电发电的道路灯具系统，包括多个压电发电装置，电能变换装置，蓄电池，路灯和/或交通信号控制灯。压电发电装置安装在道路两旁的路灯的灯杆、交通信号控制灯的灯杆、道路指示牌的支架杆或电线杆上。压电发电装置与电能变换装置之间、电能变换装置与蓄电池之间、蓄电池与路灯和交通信号控制灯之间都通过电线相连。压电发电装置利用道路上的各种噪音能量产生电能。压电发电装置所产生的交流电经电能变换装置转化为直流电存储在蓄电池中。当道路灯具负载需要用电的时候，电能变换装置将蓄电池中存储的直流电逆变为220V的交流电以供路灯或交通信号控制灯或其它道路灯具负载使用。声能压电发电装置壳体内固定有振动膜片和压电材料。声能压电发电装置壳体的外侧有开口，压电材料在壳体的内侧，振动膜片在压电材料的外侧；振动膜片和压电材料叠放在一起；震动膜片为合金震动膜片；压电材料是压电晶体或压电陶瓷或压电聚合物。振动膜片将声波的压力转化为振动膜片的震动，震动膜片的震动对压电材料进行挤压，从而产生电能。电能变换装置包括控制模块、整流模块和逆变模块。控制模块和整流模块之间，控
3制模块和逆变模块之间都通过线路相连。控制模块发出控制指令对整流模块和逆变模块进行控制；整流模块由变压器、整流主电路和滤波器等组成，整流模块将声能压电发电装置内的压电材料产生的交流电整流为直流电存储在蓄电池中；逆变模块由逆变桥、控制逻辑和滤波电路组成，逆变模块将蓄电池中的低压直流电逆变为220V的交流电以供路灯和交通信号控制灯使用。蓄电池是镍镉电池或镍氢电池或锂离子电池或锂聚合物电池或铅酸电池。道路灯具系统，包括路灯、交通信号控制灯及其控制系统或其它道路灯具负载中的一种或几种的组合。安装在道路两旁路灯的灯杆、交通信号控制灯的灯杆、道路指示牌的支架杆或电线杆上的声能压电发电装置利用道路上的各种噪音驱动振动膜片震动，振动膜片的震动对压电材料进行挤压，从而产生交流电。电能变换装置中的整流模块将声能压电发电装置中压电材料产生的交流电整流为直流电存储在蓄电池中。当路灯或交通信号控制灯或其它道路灯具负载需要用电时，逆变模块将存储在蓄电池中的直流电逆变为220V交流电以供路灯或交通信号控制灯或其它道路灯具负载负载使用。该方法包括以下步骤
1.在道路两旁的路灯灯杆上、交通信号控制灯的灯杆上、道路指示牌的支杆上或电线杆上设置多个声能压电发电装置，将道路上产生的噪声收集，以所述装置的振动膜片和压电材料作为工作介质，利用压电效应将声能转化为电能；
2.将声能压电发电装置产生的电能集中输送至电能变换装置中，电能变换装置将输入的电能进行调整和变换；
3.电能变换装置调整和变换后的电能由蓄电池储存起来或直接供给路灯、交通信号控制灯和其它道路灯具负载负载使用。本发明的方法的其它特点是，所述的电能变换装置包括控制模块、整流模块和逆变模块，由控制模块发出指令，整流模块和逆变模块接收指令，对产生电能的转换和利用加以控制。所述的电能变换装置对电能的调整和变换包括以下步骤
1)整流过程，整流模块将压电材料产生的交流电转变为直流电，储存在蓄电池中；
2)逆变过程，逆变模块对蓄电池中储存的直流电进行逆变转化为交流电，以供道路灯具负载使用。实现上述方法的利用声波能量压电发电的方法及其道路灯具系统，其特征在于， 该系统包括
至少一个设置在道路两旁的声能压电发电装置，该装置利用道路上的各种噪音的声波能，将噪音的声波能转化为电能；至少一个蓄电池，用于存储转化后的电能。至少一个电能变换装置，该装置包括控制模块、整流模块和逆变模块，整流模块由变压器、整流主电路和滤波器等组成，整流模块把压电材料产生的交流电进行整流滤波转变为直流电，转变后的直流电存储在蓄电池中；逆变模块包括逆变桥、控制逻辑和滤波电路，逆变模块把蓄电池中存储的直流电转化为交流电，转化后的交流电供各种道路灯具负载使用。其中的道路灯具系统包括路灯、交通信号灯及其控制系统或其它道路灯具负载负载中的一种或一种以上的组合。
所述的声能压电发电装置包括震动膜片和压电材料。振动膜片为合金振动膜片； 压电材料是压电晶体或压电陶瓷或压电聚合物。本发明与现有技术相比，具有如下优点
1)本发明提出的利用声波能量压电发电的道路灯具系统，利用道路上的噪音发电以供道路灯具负载使用，具有变废为宝，节约电能的目的。2)街道上噪音无时不在，无处不在，噪声来源广泛，且不受天气的影响和夜晚的限制。3)本系统利用噪声发电的同时可以减少城市的噪声污染，达到环保的目的。4)声能压电发电装置体积小，便于安装。
图1为声能压电发电装置的结构示意图。图2为在路灯杆上安装声能压电发电装置的示意图。图3为在道路指示牌的支架杆上安装声能压电发电装置的示意图。图4为在交通信号控制灯的灯杆上安装声能压电发电装置的示意图。图5为系统的整体示意图。图6为系统的程序框图。
具体实施例方式本发明的优选实施例结合
如下 实施例一
参见图1、图2、图3、图4和图5，本利用声波能量压电发电的道路灯具系统，包括多个压电发电装置1，电能变换装置9，蓄电池10，路灯4和/或交通信号控制灯8。压电发电装置1安装在道路两旁的路灯的灯杆5、交通信号控制灯的灯杆7、道路指示牌的支架杆6或电线杆上。压电发电装置1与电能变换装置9之间、电能变换装置9与蓄电池10之间、蓄电池10与路灯4和交通信号控制灯8之间都通过电线相连。压电发电装置1利用道路上的各种噪音能量产生电能。压电发电装置1所产生的交流电经电能变换装置9转化为直流电存储在蓄电池10中。当道路灯具负载需要用电的时候，电能变换装置9将蓄电池10 中存储的直流电逆变为220V的交流电以供路灯4或交通信号控制灯8或其它道路灯具负载使用。实施例二
本实施例与实施例一基本相同，特别之处如下
声能压电发电装置1壳体内固定有振动膜片2和压电材料3。声能压电发电装置1壳体的外侧有开口，压电材料3在声能压电发电装置1壳体的内侧，振动膜片2在声能压电发电装置1壳体的外侧；振动膜片2和压电材料3叠放在一起；震动膜片2为合金震动膜片； 压电材料3是压电晶体或压电陶瓷或压电聚合物。振动膜片2将声波的压力转化为振动膜片2的震动，震动膜片2的震动对压电材料3进行挤压，从而产生电能。电能变换装置9包括控制模块、整流模块和逆变模块。控制模块和整流模块之间、 控制模块和逆变模块之间都通过线路相连。控制模块发出控制指令对整流模块和逆变模块进行控制；整流模块由变压器、整流主电路和滤波器等组成，整流模块将声能压电发电装置1内的压电材料3产生的交流电整流为直流电存储在蓄电池10中；逆变模块由逆变桥、控制逻辑和滤波电路组成，逆变模块将蓄电池10中的低压直流电逆变为220V的交流电以供路灯4和交通信号控制灯8使用。蓄电池10是镍镉电池或镍氢电池或锂离子电池或锂聚合物电池或铅酸电池。道路灯具系统，包括路灯4、交通信号控制灯8及其控制系统或其它道路灯具负载中的一种或几种的组合。安装在道路两旁路灯的灯杆5、交通信号控制灯的灯杆7、道路指示牌的支架杆6 或电线杆上的声能压电发电装置1利用道路上的各种噪音驱动振动膜片2震动，振动膜片2 的震动对压电材料3进行挤压，从而产生交流电。电能变换装置9中的整流模块将声能压电发电装置1中压电材料3产生的交流电整流为直流电存储在蓄电池10中。当路灯4和交通信号控制灯8需要用电时，逆变模块将存储在蓄电池10中的直流电逆变为220V交流电以供路灯4和交通信号控制灯8使用。在道路的两旁安放多个声能压电发电装置1，这些装置可以安放在路灯的灯杆5、 交通信号控制灯的灯杆7、道路指示牌的支架杆6或电线杆上。道路上的各种噪音作用于这些声能压电发电装置1上的震动膜片2，使震动膜片2震动。震动膜片2的震动对压电材料 3进行挤压，使压电材料3产生交流电。这些声能压电发电装置1产生的交流电集中传输给电能变换装置9 ；电能变换装置9中的整流模块由变压器、整流主电路和滤波器等组成，整流模块将交流电整流为直流电；电能变换装置9中的整流模块对声能压电发电装置1产生的交流电整流滤波后，将交流电转化为直流电。直流电存储在蓄电池10中。逆变器是一种将直流电(DC)转化为交流电(AC)的装置，它把低压直流电转变为 220V的交流电。它由逆变桥、控制逻辑和滤波电路组成。当道路灯具负载需要用电的时候，电能变换装置9中的逆变器对蓄电池10中存储的低压直流电进行逆变，将低压直流电转变为220v的交流电，以供道路灯具负载使用。参见图6，本利用声波能量压电发电的道路灯具系统的工作流程为利用声波压电发电一整流模块将交流电转变为直流电一蓄电池存储电能一逆变模块将直流电转变为交流电一道路灯具负载用电。上面结合附图对本发明实施例进行了说明，但本发明不限于上述实施例，还可以根据本发明创造的目的作出多种变化。凡依据本发明方法的精神实质和原理下做的改变、 修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在此发明专利的保护范围内。如可以把声能压电发电装置1、电能变换装置9、蓄电池10都安装在路灯杆上或路灯杆附近，作为一种新能源路灯，此亦在此发明专利的保护范围内。
权利要求
1.一种利用声波能量压电发电的道路灯具系统，包括多个压电发电装置(1)，电能变换装置(9)，蓄电池(10)，路灯(4)和/或交通信号控制灯(8);其特征在于所述压电发电装置(1)安装在道路两旁的路灯的灯杆(5)、交通信号控制灯的灯杆(7)、道路指示牌的支架杆(6)或电线杆上；压电发电装置(1)与电能变换装置(9)之间、电能变换装置(9)与蓄电池(10)之间、蓄电池(10)与路灯(4)和交通信号控制灯(8)之间都通过电线相连；压电发电装置(1)利用道路上的各种噪音能量产生电能，压电发电装置(1)所产生的交流电经电能变换装置(9)转化为直流电存储在蓄电池(10)中，当道路灯具负载需要用电的时候， 电能变换装置(9)将蓄电池(10)中存储的直流电逆变为220V的交流电以供路灯(4)或交通信号控制灯(8)或其它道路灯具负载使用。
2.如权利要求1所述的利用声波能量压电发电的道路灯具系统，其特征在于所述压电发电装置(1)壳体内固定有振动膜片(2 )和压电材料(3 )；压电发电装置(1)壳体的外侧有开口，压电材料(3)在压电发电装置(1)壳体的内侧，振动膜片(2)在压电材料(3)的外侧， 振动膜片(2)和压电材料(3)叠放在一起；震动膜片(2)为合金震动膜片；压电材料(3)是压电晶体或压电陶瓷或压电聚合物；振动膜片(2)将声波的压力转化为振动膜片(2)的震动，震动膜片(2 )的震动对压电材料(3 )进行挤压，从而产生电能。
3.如权利要求1所述的利用声波能量压电发电的道路灯具系统，其特征在于所述电能变换装置(9)包括控制模块、整流模块和逆变模块；控制模块和整流模块之间、控制模块和逆变模块之间都通过线路相连；控制模块发出控制指令对整流模块和逆变模块进行控制； 整流模块将压电发电装置(1)内的压电材料(3)产生的交流电整流为直流电存储在蓄电池 (10)中；逆变模块将蓄电池(10)中的低压直流电逆变为220V的交流电以供路灯(4)和/ 或交通信号控制灯(8)使用。
4.如权利要求1所述的利用声波能量压电发电的道路灯具系统，其特征在于所述蓄电池(10)是镍镉电池或镍氢电池或锂离子电池或锂聚合物电池或铅酸电池。
5.如权利要求1所述的道路灯具系统，包括路灯(4)、交通信号控制灯(8)及其控制系统或其它道路灯具负载中的一种或几种的组合。
全文摘要
本发明公开了一种利用声波能量压电发电的道路灯具系统。它包括声能压电发电装置、电能装换装置、蓄电池和道路灯具系统。声能压电发电装置安放在道路两旁，声能压电发电装置利用道路上各种噪音的声波能量发电。电能变换装置将声能压电发电装置产生的交流电转化为直流电，转化后的直流电存储在蓄电池中，以供道路的灯具负载使用。本发明的利用声波能量压电发电的道路灯具系统充分利用了道路上的噪音发电，变废为宝，是节能环保的一大举措。
文档编号H02J7/32GK102252255SQ201110078740
公开日2011年11月23日 申请日期2011年3月31日 优先权日2011年3月31日
发明者徐兰萍, 郑立扬, 魏凯 申请人:上海大学