本發(fā)明涉及交通燈領(lǐng)域，特別涉及一種基于風(fēng)壓的自供電交通燈系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

隨著城鎮(zhèn)交通的日漸發(fā)展，交通燈的數(shù)量也日益增多。傳統(tǒng)的交通燈供電系統(tǒng)須專門為交通燈架設(shè)供電線路，利用電網(wǎng)電能為交通燈供電。如果交通燈供電線路發(fā)生故障，可能導(dǎo)致該處的交通燈全部停電，影響交通秩序，引發(fā)交通事故。提高交通燈供電系統(tǒng)的可靠性、以及減少傳統(tǒng)交通燈的能耗具有很大的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

風(fēng)力發(fā)電是當(dāng)今世界增長(zhǎng)最快的可再生能源，許多國(guó)家把發(fā)展風(fēng)力發(fā)電作為改善能源結(jié)構(gòu)、減少環(huán)境污染和保護(hù)生態(tài)環(huán)境的一種有力措施，納入國(guó)家發(fā)展規(guī)劃。近年來(lái)，德國(guó)、美國(guó)、英國(guó)、丹麥等國(guó)家在風(fēng)能的開發(fā)利用方面已取得了驚人的成就，20世紀(jì)80年代問世的現(xiàn)代并網(wǎng)型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組，到90年代中期已形成了一個(gè)規(guī)模龐大的風(fēng)力機(jī)產(chǎn)業(yè)。我國(guó)風(fēng)電自從1986年山東榮成第一個(gè)風(fēng)電場(chǎng)建設(shè)至今，經(jīng)過20多年的發(fā)展建設(shè)，取得了可喜的成績(jī)。

本發(fā)明提出一種利用風(fēng)能使壓力發(fā)電片振動(dòng)產(chǎn)生電能并持續(xù)供電給交通燈的系統(tǒng)。在風(fēng)力資源充足的地方，基于本發(fā)明設(shè)計(jì)的系統(tǒng)可以替代傳統(tǒng)交通燈系統(tǒng)，利用自然風(fēng)力產(chǎn)生電能供交通燈使用，無(wú)須為交通燈架設(shè)供電線路，不僅可以節(jié)約電能，而且提高了交通燈供電的可靠性。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提供一種基于風(fēng)壓的自供電交通燈系統(tǒng)，利用自然風(fēng)力產(chǎn)生電能并持續(xù)供交通燈使用，而無(wú)須為交通燈架設(shè)供電線路，可節(jié)約能源同時(shí)提高交通燈供電的可靠性。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了如下方案：

一種基于風(fēng)壓的自供電交通燈系統(tǒng)，包括交通燈、交通燈支撐結(jié)構(gòu)和發(fā)電裝置，交通燈支撐結(jié)構(gòu)用于支撐交通燈和發(fā)電裝置，發(fā)電裝置包括若干個(gè)發(fā)電單元、支架和電能轉(zhuǎn)換電路，發(fā)電單元包括N個(gè)壓力發(fā)電片、N個(gè)受風(fēng)振動(dòng)片、兩個(gè)共振彈簧和同振夾；電能轉(zhuǎn)換電路包括二級(jí)并聯(lián)電路和DC/DC穩(wěn)壓電路。

可選的，壓力發(fā)電片的一端固定在支架上，另一端為自由端，每組壓力發(fā)電片的自由端被一個(gè)剛性的同振夾夾住，每個(gè)壓力發(fā)電片的自由端還連有一個(gè)受風(fēng)振動(dòng)片；兩個(gè)共振彈簧分別安裝在發(fā)電單元的兩側(cè)，所述共振彈簧一端固定在所述支架上，另一端固定在所述同振夾上。

可選的，受風(fēng)振動(dòng)片的末端設(shè)有質(zhì)量塊。

可選的，發(fā)電單元的各壓力發(fā)電片通過銅導(dǎo)線焊接形成并聯(lián)，實(shí)現(xiàn)電流的一級(jí)匯集。

可選的，發(fā)電單元的各壓力發(fā)電片經(jīng)直接并聯(lián)實(shí)現(xiàn)電流的一級(jí)匯集后，接入二級(jí)并聯(lián)電路，所述二級(jí)并聯(lián)電路集成了全波橋式整流器和降壓型轉(zhuǎn)換器，實(shí)現(xiàn)本發(fā)電單元內(nèi)電流的二級(jí)匯集，輸出穩(wěn)壓直流電；所述一級(jí)匯集是發(fā)電單元內(nèi)各發(fā)電片電流的匯集，所述二級(jí)匯集是幾個(gè)發(fā)電單元電流的匯集。

可選的，DC/DC穩(wěn)壓電路，包括一個(gè)非同步開關(guān)穩(wěn)壓器，非同步開關(guān)穩(wěn)壓器采用電流脈寬調(diào)制模式調(diào)節(jié)輸出電壓。

可選的，包括儲(chǔ)能元件，發(fā)電裝置輸出的電能可以直接給交通燈供電，也可以存儲(chǔ)到儲(chǔ)能元件中，由儲(chǔ)能元件給交通燈供電。

可選的，所述發(fā)電單元的數(shù)量為五組至三十組。

可選的，發(fā)電單元的壓力發(fā)電片數(shù)量N隨系統(tǒng)大小不同而不同，一般為五片至三十片。

可選的，同一發(fā)電單元的各壓力發(fā)電片為相同的規(guī)格和型號(hào)，由壓電薄膜材料附著于不銹鋼板組成。

根據(jù)本發(fā)明提供的具體實(shí)施例，本發(fā)明公開了以下技術(shù)效果：

本發(fā)明的交通燈系統(tǒng)無(wú)須為交通燈架設(shè)供電線路，也無(wú)須為交通燈支付電費(fèi)。各交通燈獨(dú)立供電，一處發(fā)生故障時(shí)不會(huì)導(dǎo)致其他交通燈發(fā)生停電事故，提高交通燈供電的可靠性。

附圖說明

為了更清楚地說明本發(fā)明實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施例中所需要使用的附圖作簡(jiǎn)單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實(shí)施例，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來(lái)講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)性的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。

圖1為本發(fā)明一種基于風(fēng)壓的自供電交通燈系統(tǒng)的發(fā)電單元結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本發(fā)明一種基于風(fēng)壓的自供電交通燈系統(tǒng)的發(fā)電裝置結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3為本發(fā)明一種基于風(fēng)壓的自供電交通燈系統(tǒng)的壓力發(fā)電片組的二級(jí)并聯(lián)結(jié)構(gòu)及DC/DC穩(wěn)壓電路；

圖4為本發(fā)明一種基于風(fēng)壓的自供電交通燈系統(tǒng)的壓電懸臂梁的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖中：1-支架；2-發(fā)電單元；3-共振彈簧；4-銅導(dǎo)線；5-壓力發(fā)電片；6-同振夾；7-受風(fēng)振動(dòng)片。

具體實(shí)施方式

下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對(duì)本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；诒景l(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。

本發(fā)明的目的是提供一種基于風(fēng)壓的自供電交通燈系統(tǒng)，利用自然風(fēng)力產(chǎn)生電能并持續(xù)供交通燈使用，而無(wú)須為交通燈架設(shè)供電線路，可節(jié)約能源同時(shí)提高交通燈供電的可靠性。

為使本發(fā)明的上述目的、特征和優(yōu)點(diǎn)能夠更加明顯易懂，下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說明。

實(shí)施例1：

如圖1、圖2所示，為本發(fā)明的一種實(shí)施例的結(jié)構(gòu)，一種基于風(fēng)壓的自供電交通燈系統(tǒng)，包括交通燈、交通燈支撐結(jié)構(gòu)和發(fā)電裝置，交通燈支撐結(jié)構(gòu)用于支撐交通燈和發(fā)電裝置，發(fā)電裝置包括若干個(gè)發(fā)電單元2、支架1和電能轉(zhuǎn)換電路，發(fā)電單元2包括N個(gè)壓力發(fā)電片5、N個(gè)受風(fēng)振動(dòng)片7、兩個(gè)共振彈簧3和同振夾6；電能轉(zhuǎn)換電路包括二級(jí)并聯(lián)電路和DC/DC穩(wěn)壓電路。本發(fā)明主要是利用壓力發(fā)電片5振動(dòng)時(shí)產(chǎn)生電能的原理，使壓力發(fā)電片5在風(fēng)力作用下產(chǎn)生電能供交通燈使用。單片壓力發(fā)電片5產(chǎn)生的電能很小，需要將眾多的壓力發(fā)電片產(chǎn)生的電能匯集起來(lái)，并通過電能轉(zhuǎn)換電路輸入儲(chǔ)能元件中，也可直接作為交通燈等小功耗負(fù)載的供電電源。

壓力發(fā)電片5的一端固定在所述支架1上，另一端為自由端，在風(fēng)力作用下，壓力發(fā)電片5的自由端會(huì)產(chǎn)生振動(dòng)，由壓電效應(yīng)在壓力發(fā)電片5兩側(cè)產(chǎn)生電流輸出。每組壓力發(fā)電片5的自由端被一個(gè)剛性的同振夾6夾住，同振夾6可使一組壓力發(fā)電片5同時(shí)振動(dòng)。為了更好地接受風(fēng)力作用，每個(gè)壓力發(fā)電片5的自由端還連有一個(gè)受風(fēng)振動(dòng)片7，受風(fēng)振動(dòng)片7在風(fēng)力作用下使得壓力發(fā)電片5的自由端在振動(dòng)時(shí)達(dá)到最大的形變量，提高其輸出功率。兩個(gè)共振彈簧3分別安裝在發(fā)電單元2的兩側(cè)，共振彈簧3一端固定在所述支架1上，另一端固定在同振夾6上，共振彈簧3使壓力發(fā)電片5的自由端在最大形變量范圍以內(nèi)，有效避免壓力發(fā)電片5損壞。

為了降低諧振頻率，在受風(fēng)振動(dòng)片7的末端還可以加設(shè)質(zhì)量塊，使每組壓力發(fā)電片5在風(fēng)力作用下更容易產(chǎn)生諧振，實(shí)現(xiàn)最大電能輸出。

單片壓力發(fā)電片輸出的電壓一般可達(dá)10多伏，基本滿足交通燈(LED燈)及其控制系統(tǒng)對(duì)電源電壓的要求，但輸出電流只有毫安級(jí)，遠(yuǎn)不能滿足要求。因此，關(guān)鍵是要實(shí)現(xiàn)多片壓力發(fā)電片的并聯(lián)聯(lián)接，以匯集多片壓力發(fā)電片的電流，從而滿足交通燈(LED燈)及其控制系統(tǒng)對(duì)電源的要求。

在使用相同規(guī)格、型號(hào)的壓力發(fā)電片的前提下，前述一組壓力發(fā)電片同時(shí)振動(dòng)，各壓力發(fā)電片產(chǎn)生的電壓基本相同?？紤]到壓力發(fā)電片內(nèi)阻較大，可將同時(shí)振動(dòng)的一組壓力發(fā)電片直接并聯(lián)聯(lián)接，即一級(jí)并聯(lián)，實(shí)現(xiàn)多片壓力發(fā)電片電流的一級(jí)匯集，形成較大的輸出電流。

發(fā)電單元2的各壓力發(fā)電片5之間通過銅導(dǎo)線4焊接直接并聯(lián)后，接入二級(jí)并聯(lián)電路，二級(jí)并聯(lián)電路包括一個(gè)集成芯片，集成芯片集成了低損耗、全波橋式整流器和高效率降壓型轉(zhuǎn)換器，實(shí)現(xiàn)本發(fā)電單元內(nèi)電流的二級(jí)匯集，輸出穩(wěn)壓直流電；所述一級(jí)匯集是發(fā)電單元內(nèi)各發(fā)電片電流的匯集，所述二級(jí)匯集是幾個(gè)發(fā)電單元電流的匯集。如圖3所示，集成芯片可以是LTC3588，在2.7V至20V的輸入電壓范圍內(nèi)工作，非常適用于不同規(guī)格的壓力發(fā)電片以及其它高輸出阻抗電源。

一組壓力發(fā)電片輸出功率仍不高，大概只有幾百毫瓦至幾瓦，還不能滿足交通燈供電的需要(大概需要幾十瓦至幾百瓦的功率)。為了匯集更大的電流以滿足交通燈供電的需要，可在前述同一組內(nèi)多片壓力發(fā)電片電流一級(jí)匯集基礎(chǔ)上，經(jīng)電源芯片將若干組壓力發(fā)電片并聯(lián)聯(lián)接，實(shí)現(xiàn)壓力發(fā)電片組電流的二級(jí)匯集，再經(jīng)電能變換電路輸出能滿足交通燈供電需要的電能。二級(jí)并聯(lián)電路將經(jīng)壓力發(fā)電片組一級(jí)匯集后輸出的電能轉(zhuǎn)換成3.3V直流穩(wěn)壓輸出。

如圖3所示，DC/DC穩(wěn)壓電路，包括一個(gè)單片非同步開關(guān)穩(wěn)壓器，穩(wěn)壓器可以是TPS55330。該穩(wěn)壓器集成了一個(gè)5A、24V電源開關(guān)，TPS55330使用電流模式PWM(脈寬調(diào)制)控制來(lái)調(diào)節(jié)輸出電壓。PWM的開關(guān)頻率由一個(gè)外部電阻器設(shè)定或者同步至一個(gè)外部時(shí)鐘信號(hào)。開關(guān)頻率可以在100kHz至1.2MHz之間設(shè)定，例如開關(guān)頻率設(shè)定為600kHz，此時(shí)TPS55330輸出電壓為＝12V。進(jìn)行電流匯集的壓力發(fā)電片組數(shù)不限，可為幾組至幾十組。電路輸出功率可達(dá)幾十瓦至幾百瓦，能滿足交通燈供電需要。

系統(tǒng)還可以包括儲(chǔ)能元件，所述發(fā)電裝置輸出的電能可以直接給交通燈供電，也可以存儲(chǔ)到儲(chǔ)能元件中，由儲(chǔ)能元件給交通燈供電。

發(fā)電單元2的數(shù)量不限，可為幾組至幾十組，一般為五組至三十組

發(fā)電單元2的壓力發(fā)電片5數(shù)量N隨系統(tǒng)大小不同而不同，一般為五片至三十片。

同一發(fā)電單元的各壓力發(fā)電片5為相同的規(guī)格和型號(hào)，由壓電薄膜材料附著于不銹鋼板組成。如圖4所示，壓力發(fā)電片5的支撐結(jié)構(gòu)類似于壓電懸臂梁結(jié)構(gòu)。壓電薄膜材料(如PZT-5)附著于不銹鋼底板上，形成壓力發(fā)電片5。壓力發(fā)電片5一端固定，另一端自由。在風(fēng)力作用下，壓力發(fā)電片5自由端會(huì)產(chǎn)生振動(dòng)，由壓電效應(yīng)在壓力發(fā)電片5兩側(cè)產(chǎn)生電流輸出。不銹鋼底板起增強(qiáng)壓力發(fā)電片5彈性的作用。

本文中應(yīng)用了具體個(gè)例對(duì)本發(fā)明的原理及實(shí)施方式進(jìn)行了闡述，以上實(shí)施例的說明只是用于幫助理解本發(fā)明的方法及其核心思想；同時(shí)，對(duì)于本領(lǐng)域的一般技術(shù)人員，依據(jù)本發(fā)明的思想，在具體實(shí)施方式及應(yīng)用范圍上均會(huì)有改變之處。綜上所述，本說明書內(nèi)容不應(yīng)理解為對(duì)本發(fā)明的限制。