利用桥梁振动的压电式能量转化收集装置，属于微电子技术和机械设计技术领域。该装置包括压电元件组、压电储能器和机壳等，压电储能器安装于机壳内防护，机壳竖直高度小于板式橡胶支座高度，压电储能器包括顺次输入输出串行连接的压电元件组、AC/DC放大电路模块、大容量电容器、电源管理芯片、锂电池。压电元件组为由并行形式连接的多个压电元件，且各压电元件水平放置，侧面贴近桥梁底接触面。压电振动源为高铁列车经过时列车对铁轨的冲击力产生的振动，此振动通过铁轨向下面的桥梁传递，利用桥梁受震后产生的机械振动，将此机械振动通过压电储能装置转化成电能，并存储于锂电池中，解决了桥梁震动产生能量的回收问题，起到节省能源，绿色环保的作用。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于微电子技术和机械设计
技术介绍
边义祥的专利号为201010156710的“压电振动电池装置”，一种压电振动电池装置，涉及压电发电装置。包括外壳(7)、安装于外壳内侧的若干悬壁板(5)、通过上述悬壁板与外壳相连的质量块(6);上述悬壁板两面均粘贴有至少一片压电元件(4);上述外壳(7)内还安装有整流器(10)、充电控制器(11)、储能元件(12);上述外壳(7)的一端与与储能元件(12)相连作为电池正极(8)、另一端与储能元件(12)相连作为电池负极(13)。本专利技术可以将环境的振动机械能转换成电能，代替普通电池为移动电子设备供电，免于为电池充电或更换电池，减小传统化学电池的使用量。重庆交通大学的专利申请号为201110021763. O的“桥梁振动智能供电系统及方法”，该专利技术公开了一种桥梁振动智能供电系统，包括能量转换装置、电能存储装置和电源管理装置；所述能量转换装置包括振动传递机构、连杆、曲柄和发电机，振动传递机构将桥梁振动压力传递至连杆，又通过连杆传递至曲柄，所述曲柄与发电机的输入轴相连接，驱动发电机的输入轴旋转，产生电力；电能存储装置包括整流电路、转换/处理电路I、转换/处理电路II、超级电容和蓄电池，所述电源管理装置包括电能管理控制器和电源通道，电能管理控制器的电源输入端与能量管理装置的电源输出端相连，且通过多个电源通道与各桥梁监测器件相连接。但如果仅为转化、储存收集桥梁产生振动的能量，该专利技术的系统结构复杂庞大，不适宜推广、采用。
技术实现思路
本专利技术的目的提供一种利用桥梁振动的压电式能量转化收集装置，利用多组合压电装置，将桥梁振动产生的机械振动能转化成电能，并储存起来，作为电源装置。本专利技术是通过以下技术方案实现的，一种利用桥梁振动的压电式能量转化收集装置，该装置包括弹簧、质量块、压电元件组、压电储能器及其机壳，压电储能器安装于机壳内防护，机壳竖直高度小于板式橡胶支座高度，机壳和板式橡胶支座水平置于桥梁的支座垫石上，竖直方向所述弹簧、质量块、压电元件组、机壳顺次叠加放置。在无应力变化状态下，由板式橡胶支座与桥梁底面接触；板式橡胶支座固定于支座垫石上，机壳置于板式橡胶支座旁。所述压电储能器又包括顺次输入输出串行连接的压电元件组、AC/DC放大电路模块、大容量电容器、电源管理芯片、锂电池， 所述压电元件组为由并行形式连接的多个压电元件，且各压电元件水平放置，且固定于机壳顶面外表面，由此充分吸收振动源产生的机械振动。 本专利技术整个装置放置在高铁桥墩的支座垫石上，将此装置的机壳用螺钉固定在支座垫石上。当桥梁上部的铁轨上有列车经过时，铁轨受到列车垂直于其的冲击力产生振动，此机械振动通过桥梁向下传递,桥梁下压使板式橡胶支座产生形变，同时将其振动传至本专利技术装置中机壳外的并行压电元件。压电元件受振产生形变，自由电荷随之变化，利用整流、滤波、放大技术将电荷存储至电容器中。当电容中电荷积累到足够量时，启动电源管理芯片，压电储能电路开始工作，通过电源管理芯片，将电量存储至锂电池中，由于装置采用多组压电元件并行放置，由能量转化产生的电荷量将大大提高，同时增加了锂电池中的总存储电量。本专利技术压电振动源为高铁列车经过时列车对铁轨的冲击力产生的振动，此振动通过铁轨向下面的桥梁传递，本专利技术利用桥梁受震后产生的机械振动，将此机械振动通过压电储能装置转化成电能，并存储于锂电池中，解决了桥梁震动而产生的能量的回收问题，起到节省能源，绿色环保的作用。附图说明图I本专利技术压电储能装置的安装位置图。 图2是图I中A处局部放大图。图3本专利技术压电储能器的电路图。标记说明铁轨1，桥梁2，支座垫石3，桥墩4，压电储能机壳5，电路中的压电元件组51，AC/DC放大电路模块52，大容量电容53，电源管理芯片54，锂电池55，板式橡胶支座6，钢板7，弹簧8，质量块9，压电元件组10。具体实施例方式以下结合附图对本专利技术技术方案作进一步说明。如图I、图2所示，本实施例利用桥梁振动的压电式能量转化收集装置，结构 该装置包括弹簧、质量块、压电元件组、压电储能器及其机壳，压电储能器安装于机壳内防护，机壳竖直高度小于板式橡胶支座高度，机壳和板式橡胶支座水平置于桥梁的支座垫石上，竖直方向所述弹簧、质量块、压电元件组、机壳顺次叠加放置。在无应力变化状态下，由板式橡胶支座与桥梁底面接触；板式橡胶支座固定于支座垫石上，机壳置于板式橡胶支座旁。所述压电储能器又包括顺次输入输出串行连接的压电元件组、AC/DC放大电路模块、大容量电容器、电源管理芯片、锂电池。所述压电元件组为由并行形式连接的多个压电元件，且各压电元件水平放置，且固定于机壳顶面外表面，由此充分吸收振动源产生的机械振动。原理和工作方式 首先，利用正压电效应将多组压电元件制成压电储能器，如图2所示，各个压电元件具有将机械能转化为电能的性能，当桥梁产生振动时，将振动传递至弹簧上，弹簧将其传递至质量块上，质量块下压压电元件组，使其受到固定频率的振动冲击，此处弹簧和质量块有保护能量转化装置机壳的作用。当压电元件受均匀外力作用时，其极化强度随之而改变，导致表面吸附的自由电荷随之变化。由于单个压电元件产生电荷数有限，采用多组压电元件并行放置，使电路收集电荷量增大。压电元件产生的电荷是瞬间和交替的，电压不稳定，因此在并联的压电元件后面连接AC/DC放大电路模块(如图3所示)，起整流、滤波、放大电压的作用。压电元件以不规则的随机突发形式转化提供能量，并且在电能提取的过程中由于材料内部电阻太大(相当于断路)或电阻太小(相当于短路)时，会出现产生的电能未消，电能会回复转化为振动能。在能量转化的过程中，振动衰减会持续一段时间，已积聚起来的电荷会阻碍电荷的进一步生成，因此在AC/DC放大路的后面需设置一个大容量电容(如图3的C5所示)来收集电荷，利用该大容量电容收集AC/DC放大路滤波整流后的电流。其次，当大容量电容C5上的电压达到电源管理芯片工作电压时，电源管理芯片开始工作。本实施例电源管理芯片采用CN305 1B芯片(如图3所示)，CN3051B芯片正常工作时，大容量电容中电荷通过CN3051B芯片充至锂电池中。如果大容量电容C5的电压小于电源管理芯片工作电压时，电源管理芯片将停止工作，节约能量。最后，将多组压电元件制成压电储能器依次与AC/DC放大电路模块、大容量电容、电源管理芯片、锂电池顺次输入输出串行连接，并都将它们安装于机壳内形成压电储能装置，将该压电储能装置固定在高铁桥墩承台的支座垫石上，利用高速列车经过时，铁轨受到列车垂直于其的冲击力产生振动，此机械振动通过桥梁向下传递，桥梁下压使板式橡胶支座产生形变，同时将其振动通过弹簧和质量块传至压电储能器中的压电元件，压电元件受振产生形变，自由电荷随之变化，利用整流放大技术将电荷存储至大容量电容器中，当大容量电容器电压达到额定值时启动电源管理芯片，向锂电池中充电，解决了桥梁震动而产生的能量的回收问题，起到节省能源，绿色环保的作用。本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种利用桥梁振动的压电式能量转化收集装置，其特征在于，该装置包括弹簧、质量块、压电元件组、压电储能器及其机壳，压电储能器安装于机壳内防护，机壳竖直高度小于板式橡胶支座高度，机壳和板式橡胶支座水平置于桥梁的支座垫石上，竖直方向所述弹簧、质...
【专利技术属性】
技术研发人员：张恒，张一申，赵炯，周奇才，范思遐，
申请(专利权)人：上海地铁盾构设备工程有限公司，
类型：发明
国别省市：
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