KR100898795B1 - Railroad crosstie for self generation - Google Patents
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Abstract
본 발명은 철도차량에 의해 발생하는 진동 에너지를 전기 에너지로 변환하기 위한 자가 발전이 가능한 철도침목에 있어서, 상기 철도차량의 바퀴를 지지하여 철도차량이 이동할 수 있도록 하는 철도레일과, 상기 철도레일의 하단에 형성하여 철도레일을 지지하는 철도침목과, 상기 철도침목의 하단에 형성하여 압전소자의 상단과 하단에 필름 PCB로 형성된 필름을 도포하여 상기 철도차량이 지나가면 철도차량의 바퀴와 철도레일에 의해 발생하는 진동 에너지를 압전효과에 따른 전기 에너지로 변환하여 전류를 발생하는 압전 필름부와, 상기 압전 필름부의 상단과 하단에 형성하여 철도차량의 운행 시 발생하는 하중과 진동으로부터 상기 압전 필름부를 보호하여 내구성을 높이고, 완충작용을 통해 압전소자의 압전효과 효율을 높일 수 있는 고무패드와, 상기 철도침목과 압전 필름부를 감싸도록 형성하여 상기 철도레일과 철도침목을 지지하는 콘크리트 상부 노반과, 상기 콘크리트 상부 노반의 하단에 형성하여 콘크리트 상부 노반을 지지하는 콘크리트 하부 노반과, 상기 각각의 철도침목의 하단에 형성된 압전 필름부를 통해 발생하는 전류를 전기적으로 연결하여 상기 압전 필름부에 의해 발생한 전류를 축전지에 충전할 수 있는 전류로 변환하는 에너지 변환부와, 상기 에너지 변환부를 통해 변환된 전류를 충전하는 축전지로 이루어지는 것을 특징으로 하는 자가 발전이 가능한 철도침목을 제공한다.The present invention provides a railway sleeper capable of self-power generation for converting vibration energy generated by a railway vehicle into electrical energy, the railway rail supporting the wheels of the railway vehicle to move the railway vehicle, and the railway rail. Railroad sleepers formed at the bottom to support the railroad rails, and formed at the bottom of the railroad sleepers to apply a film formed of film PCB on the top and bottom of the piezoelectric element to pass the railroad car wheels and railroad rails The piezoelectric film part which generates electric current by converting the vibration energy generated by the electric energy according to the piezoelectric effect, and formed at the upper and lower ends of the piezoelectric film part to protect the piezoelectric film part from the load and vibration generated during the operation of the railway vehicle. Rubber pad to increase durability and increase piezoelectric effect efficiency of piezoelectric element A concrete upper roadbed formed to surround the railroad sleepers and piezoelectric film parts to support the railroad rails and railroad sleepers; a lower concrete roadbed formed at the bottom of the concrete upper roadbed to support the concrete upper roadbed; and the respective railroads. An energy converter configured to electrically connect a current generated through the piezoelectric film part formed at the lower end of the sleeper to convert the current generated by the piezoelectric film part into a current capable of charging the battery, and a current converted through the energy converter. It provides a railroad sleeper capable of self-generation, characterized in that the battery consists of a charge.
철도, 철도침목, 압전소자, 진동 에너지, 전기 에너지 Railway, railway sleeper, piezoelectric element, vibration energy, electric energy
Description
본 발명은 철도차량에 의해 발생하는 진동 에너지를 전기 에너지로 변환하기 위한 자가 발전이 가능한 철도침목에 관한 것으로 보다 상세하게는 상기 철도차량의 바퀴를 지지하여 철도차량이 이동할 수 있도록 하는 철도레일의 하단에 형성된 철도침목 하단에 압전 필름부를 형성하여 상기 철도레일에 철도차량의 운행 시 철도차량의 하중과 상기 철도차량이 철도레일을 지나가면서 발생하는 진동 에너지를 압전 필름부에 형성된 압전 소자의 압전 효과에 의해 전기 에너지로 변환하여 상기 변환된 전기 에너지를 에너지 변환부에 의해 정류하여 축전지에 충전할 수 있도록 구성함으로써 철도차량의 운행 및 플랫폼에 필요한 전원을 대체할 수 있는 자가 발전이 가능한 철도침목에 관한 것이다.The present invention relates to a railway sleeper capable of self-power generation for converting vibration energy generated by a railway vehicle into electrical energy, and more specifically, a lower end of a railway rail for supporting a wheel of the railway vehicle to move the railway vehicle. The piezoelectric film portion is formed at the lower end of the railroad sleeper formed in the railroad rail, and the vibration energy generated when the railroad vehicle passes through the railroad rail is applied to the piezoelectric effect of the piezoelectric element formed in the piezoelectric film part. The present invention relates to a railway sleeper capable of converting electric energy into electric energy and rectifying the converted electric energy by an energy conversion unit to charge a storage battery, thereby replacing power required for operation and platform of a railroad car. .
일반적으로 현대사회에서 전기는 생활의 일부가 된 필수적 에너지 형태이며, 이러한 전기에너지는 이미 화력, 수력, 원자력 등 여러 가지 방식을 사용하여 얻어 지고 있으며, 그 특성 또한 우수하다. 그러나 계속적인 에너지 생산에 따른 자원의 고갈과 이로 인한 에너지 생산의 한계성, 고 비용 그리고 발전시스템에 의해 발생되는 환경의 오염 등 많은 문제점을 안고 있다. 따라서 최근 이러한 문제를 인식한 각국은 대체에너지 개발에 대한 투자를 꾸준히 증가시켜가고 있는 실정이다. 예컨대, 대표적으로 중점 개발되고 있는 대체 에너지로 태양광을 이용한 전압발생장치가 개발되었으며, 이는 태양광을 직접 수광하는 태양전지를 구성하고, 그 태양전지로부터 발생되는 전압을 균일하게 유지해주는 정전압 회로를 매개로하여 축전지에 상기 태양전지로부터의 전압을 충전시켜 필요 시 보조전원으로 사용할 수 있게 한다.In general, in modern society, electricity is an essential form of energy that has become part of life, and this energy is already obtained by using various methods such as thermal power, hydropower, and nuclear power, and its characteristics are excellent. However, there are many problems such as exhaustion of resources due to continuous energy production, the limitation of energy production, high cost, and pollution of the environment caused by power generation system. Therefore, countries that have recently recognized this problem are steadily increasing their investments in alternative energy development. For example, a voltage generator using solar light has been developed as an alternative energy that has been mainly developed, which is a constant voltage circuit that constitutes a solar cell that directly receives sunlight and maintains a uniform voltage generated from the solar cell. As a medium, the storage battery is charged with the voltage from the solar cell so that it can be used as an auxiliary power source if necessary.
하지만, 상기 태양전지를 이용한 전력 생산은 낮은 효율과 광량에 따라 발전량이 큰 차이가 생기고 밤에는 생산하지 못하는 단점이 있어 한 국가의 주 에너지원으로서 역할은 할 수 없고 다만 보조적이거나 시험적인 에너지원이 될 수밖에 없다.However, the power generation using the solar cell has a big difference in power generation according to the low efficiency and the amount of light and can not produce at night, so it can not play a role as the main energy source of a country, but only an auxiliary or experimental energy source It must be.
또한, 조력과 풍력, 수력발전으로 인한 에너지 생성장치는 자연조건이 적합한 지역에서만 보조전원으로 사용하는 것이 가능한 에너지이며, 그로 인한 발생전압 또한 기대치에 미치지 못하거나 주변환경에 따른 제약을 많이 받고, 초기시설투자 비용이 막대하여 일반적이라고 할 수 없다.In addition, the energy generating device due to tidal power, wind power, and hydro power is energy that can be used as an auxiliary power only in regions where natural conditions are suitable, and the resulting voltage does not meet expectations or is restricted by the surrounding environment. The cost of facility investment is enormous, which is not common.
이에 따라 대체 에너지원으로 에너지의 재활용에 대한 관심이 증가하고 있으며, 철도문화가 정착되어 운행되는 철도차량 및 지하철의 대수가 증대되면서 이러한 철도차량 및 지하철을 이용한 에너지 재활용 시스템에 대한 연구가 진행되고 있다. Accordingly, interest in energy recycling is increasing as an alternative energy source, and as the number of railroad cars and subways that operate as the railroad culture is settled, research on energy recycling systems using these railroad cars and subways is ongoing. .
상기 철도차량 및 지하철은 현재 대도시 및 도시 간에 사람과 물자의 원활한 이동을 위하여 설치되어 하루 20시간 가량을 운행하고 있으며, 차량의 운행을 위하여 막대한 전기 에너지가 투입되고 있다.The railway vehicles and subways are currently installed for smooth movement of people and goods between large cities and cities, and operate for about 20 hours a day, and enormous electric energy is input for the operation of the vehicles.
그러나 종래에는 철도차량 및 지하철의 운행 시 상기 철도차량 및 지하철의 하중 및 철도침목과 마찰에 의해 발생하는 진동 에너지를 전혀 재활용하지 못하고 소비하고 있는 실정이다.However, in the related art, the vibration energy generated by friction with the load and railway sleeper of the railway vehicle and the subway during the operation of the railway vehicle and the subway is not consumed at all.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로 철도차량을 움직일 수 있도록 하는 철도레일의 하단에 형성된 철도침목 하단에 압전 필름부를 형성하여 상기 철도차량의 하중과 상기 철도차량의 운행 시 발생하는 진동 에너지를 상기 압전 필름부의 압전소자가 발생하는 압전효과에 의해 전기에너지로 변환하며, 상기 변환된 전기에너지를 에너지 변환부를 통해 정류하여 축전지에 충전할 수 있도록 하여 철도차량의 운행을 통해 발생한 진동 에너지를 전기 에너지로 재활용함으로써 에너지 활용에 대한 효율을 높일 수 있으며, 변환된 전기 에너지를 철도차량의 운행 및 플랫폼의 유지관리에 사용되는 전원으로 공급할 수 있는 자가 발전이 가능한 철도침목을 제공하는데 그 목적이 있다. The present invention has been made to solve the problems as described above to form a piezoelectric film portion at the bottom of the rail sleepers formed on the bottom of the railroad rail to move the railway vehicle to occur when the load of the railway vehicle and the operation of the railway vehicle Vibration energy is converted into electrical energy by the piezoelectric effect generated by the piezoelectric element of the piezoelectric film portion, and the converted electrical energy is rectified through the energy conversion unit to be charged in the storage battery, vibration energy generated through the operation of the railway vehicle Its purpose is to provide self-powered railway sleepers that can increase the efficiency of energy utilization by recycling them into electrical energy and supply the converted electrical energy to the power used to operate railway vehicles and maintain the platform. have.
본 발명은 철도차량을 움직일 수 있도록 하는 철도레일의 하단에 형성된 철도침목 하단에 압전 필름부를 형성하여 상기 철도차량의 하중과 철도차량의 운행 시 발생하는 진동 에너지를 압전소자의 압전효과에 의해 전기에너지로 변환하여 상기 축전지에 충전함으로써 상기 철도차량의 운행을 통해 발생한 진동 에너지를 전기 에너지로 재활용하여 에너지 활용에 대한 효율을 높일 수 있으며, 변환된 전기 에너지를 철도차량의 운행 및 플랫폼의 유지관리에 사용되는 전원을 공급할 수 있는 효과가 있다.The present invention forms a piezoelectric film portion at the bottom of a railroad sleeper formed at a lower end of a railroad rail to allow a railroad vehicle to move, and the vibration energy generated when the railroad vehicle is loaded and the railroad vehicle is driven by the piezoelectric effect of the piezoelectric element. By converting the energy into the storage battery by recharging the battery, the vibration energy generated through the operation of the railway vehicle can be recycled into electrical energy to increase the efficiency of energy utilization, and the converted electrical energy is used for the operation of the railway vehicle and the platform maintenance. There is an effect that can supply the power.
또한, 철도침목의 하단에 형성하는 압전 필름부를 다층 형태로 적층하여 단위 면적당 압전소자의 압전효과를 통해 발생하는 전류량을 늘려 진동 에너지에 의한 전기 에너지의 재활용 효율을 극대화할 수 있는 효과가 있다. In addition, by stacking the piezoelectric film portion formed in the lower end of the railroad sleeper in a multi-layered form to increase the amount of current generated through the piezoelectric effect of the piezoelectric element per unit area has the effect of maximizing the recycling efficiency of electrical energy by vibration energy.
본 발명은 철도차량에 의해 발생하는 진동 에너지를 전기 에너지로 변환하기 위한 철도 침목을 이용한 자가 발전 시스템에 있어서,The present invention provides a power generation system using a railroad sleeper for converting vibration energy generated by a railway vehicle into electrical energy.
상기 철도차량의 바퀴를 지지하여 철도차량이 이동할 수 있도록 하는 철도레일;A railroad rail supporting the wheels of the railroad car to move the railroad car;
상기 철도레일의 하단에 형성하여 철도레일을 지지하는 철도침목;Railroad sleepers formed at the bottom of the railway rail to support the railway rail;
상기 철도침목의 하단에 형성하여 압전소자의 상단과 하단에 필름 PCB로 형성된 필름을 도포하여 상기 철도차량이 지나가면 철도차량의 바퀴와 철도레일에 의해 발생하는 진동 에너지를 압전효과에 따른 전기 에너지로 변환하여 전류를 발생하는 압전 필름부;It is formed at the bottom of the railroad sleeper and the film formed by the film PCB on the top and bottom of the piezoelectric element is applied to the electric vehicle according to the piezoelectric effect the vibration energy generated by the wheels and railroad rail of the railroad cars A piezoelectric film part which converts and generates a current;
상기 압전 필름부의 상단과 하단에 형성하여 철도차량의 운행 시 발생하는 하중과 진동으로부터 상기 압전 필름부를 보호하여 내구성을 높이고, 완충작용을 통해 압전소자의 압전효과 효율을 높일 수 있는 고무패드; Rubber pads formed on the upper and lower ends of the piezoelectric film part to protect the piezoelectric film part from the load and vibration generated when the railroad vehicle runs, thereby increasing durability, and enhancing the piezoelectric effect efficiency of the piezoelectric element through a buffering action;
상기 철도침목과 압전 필름부를 감싸도록 형성하여 상기 철도레일과 철도침목을 지지하는 콘크리트 상부 노반;A concrete upper roadbed formed to surround the railway sleeper and the piezoelectric film part to support the railway rail and the railway sleeper;
상기 콘크리트 상부 노반의 하단에 형성하여 콘크리트 상부 노반을 지지하는 콘크리트 하부 노반;A lower concrete subgrade for forming at the bottom of the upper concrete subgrade to support the upper concrete subgrade;
상기 철도침목의 하단에 형성된 압전 필름부를 통해 발생하는 전류를 전기적으로 연결하여 상기 압전 필름부에 의해 발생한 전류를 축전지에 충전할 수 있는 전류로 변환하는 에너지 변환부;An energy conversion unit electrically connecting a current generated through the piezoelectric film unit formed at the lower end of the railway sleeper to convert the current generated by the piezoelectric film unit into a current capable of charging the storage battery;
상기 에너지 변환부를 통해 변환된 전류를 충전하는 축전지; 로 이루어지는 것을 특징으로 한다.A storage battery for charging the current converted by the energy conversion unit; Characterized in that consists of.
또한, 상기 압전 필름부는 압전소자의 상단과 하단에 PCB로 형성된 필름을 도포하여 상기 압전소자를 통해 발생하는 전류를 에너지 변환부에 전달할 수 있는 것을 특징으로 한다.In addition, the piezoelectric film portion may be applied to the upper and lower ends of the piezoelectric element by applying a film formed of a PCB to transfer the current generated through the piezoelectric element to the energy conversion unit.
상기 에너지 변환부는 압전 필름부로부터 철도차량 운행 시 발생하는 진동에 의해 압전효과로 압전소자에서 발생하는 AC 전류 및 전압을 변화하는 트랜스포머;The energy conversion unit transformer for changing the AC current and voltage generated in the piezoelectric element by the piezoelectric effect by the vibration generated when the railroad vehicle from the piezoelectric film unit;
상기 트랜스포머를 통해 인가된 전압을 정류하여 AC 전압을 DC 전압으로 변환하는 정류 회로부;A rectifying circuit unit rectifying the voltage applied through the transformer to convert an AC voltage into a DC voltage;
상기 정류 회로부를 통해 변환된 전압을 캐패시터에 저장하는 에너지 저장부;An energy storage unit for storing the voltage converted by the rectifier circuit unit in a capacitor;
상기 에너지 저장부를 통해 저장된 전압을 축전지에 충전될 수 있는 전압으로 강압 또는 승압하는 DC 레귤레이터; 로 이루어지는 것을 특징으로 한다.A DC regulator for stepping down or stepping up the voltage stored through the energy storage unit to a voltage capable of charging the battery; Characterized in that consists of.
또한, 상기 압전 필름부는 콘크리트 상부 노반과 콘크리트 하부 노반의 사이에 형성하여 철도차량의 운행 시 철도차량의 하중과 운행 중에 발생하는 진동에 의한 진동 에너지를 압전효과에 의해 전기 에너지로 변환하는 것을 특징으로 한다.In addition, the piezoelectric film portion is formed between the concrete upper roadbed and the lower concrete roadbed, characterized in that the vibration energy due to the vibration of the load and the vibration generated during the operation of the railway vehicle to the electrical energy by the piezoelectric effect characterized in that the do.
상기 압전 필름부는 철도침목에 다층 필름 형태의 적층을 통해 단위 면적당 발생하는 전하방출량을 늘려 상기 철도차량의 하중과 운행 중에 발생하는 진동에 의한 진동 에너지를 전기 에너지로 변환하여 충전하는 축전지의 효율을 높일 수 있는 것을 특징으로 한다.The piezoelectric film unit increases charge emission generated per unit area by stacking a multilayer film on a railroad sleeper to increase efficiency of a storage battery that converts vibration energy caused by load of the railway vehicle and vibration generated during operation into electrical energy and charges it. Characterized in that it can.
이하, 본 발명을 구체적으로 설명하기 위해 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings to describe the present invention in detail.
도1은 본 발명에 따른 철도침목을 이용한 자가발전 시스템의 구성도이고, 도2는 본 발명에 따른 철도침목을 이용한 자가발전 시스템의 에너지 변환부의 구성도 이다.1 is a block diagram of a self-powered system using a railroad sleeper according to the present invention, Figure 2 is a block diagram of an energy conversion unit of a self-powered system using a railroad sleeper according to the present invention.
본 발명은 상기 도1에 도시된 바와 같이 철도차량의 운행 시 상기 철도차량의 바퀴를 지지하여 철도차량을 이동할 수 있도록 하는 철도레일과, 상기 철도레일의 하단에 형성하여 철도레일을 지지하는 철도침목과 상기 철도침목의 하단에 형성하여 상기 철도차량의 하중과 철도차량의 운행 시 발생하는 진동 에너지를 전기 에너지로 변환하는 압전 필름부와, 상기 압전 필름부의 상단과 하단에 형성하여 상기 압전 필름부가 철도차량의 운행 시 발생하는 하중과 진동으로 파손되지 않도록 보호하여 압전 필름부의 내구성을 높일 수 있고, 상기 압전 필름부의 압전효과 발생 시 완충작용을 하여 상기 압전효과의 효율을 높일 수 있는 고무패드와, 상기 철도침목과 압전 필름부를 감싸도록 형성하여 상기 철도레일과 철도침목을 지지하는 콘크리트 상부 노반과 상기 콘크리트 상부 노반의 하단에 형성하여 상기 콘크리트 상부 노반을 지지하는 콘크리트 하부 노반과, 상기 압전 필름부를 통해 변환된 전기 에너지를 정류하여 축전지에 충전할 수 있는 전류를 변환하는 에너지 변환부와, 상기 에너지 변환부를 통해 변환된 전류를 충전하는 축전지로 이루어진다.The present invention is a railroad rail for supporting the wheels of the railroad car to move the railroad car when the railroad vehicle is running as shown in Figure 1, and a railroad sleeper formed at the bottom of the railroad rail to support the railroad rail And a piezoelectric film portion formed at a lower end of the railroad sleeper to convert the load of the railway vehicle and vibration energy generated during operation of the railway vehicle into electrical energy, and formed at the upper and lower ends of the piezoelectric film portion. Rubber pads that can increase the durability of the piezoelectric film portion by protecting it from being damaged by loads and vibrations generated during operation of the vehicle, and buffering when the piezoelectric effect of the piezoelectric film portion occurs, thereby increasing the efficiency of the piezoelectric effect; A concrete upper furnace supporting the railroad rail and the railroad sleeper by forming a railroad sleeper and a piezoelectric film to surround the railroad sleeper. And a concrete lower subgrade formed at a lower end of the concrete upper subgrade to support the concrete upper subgrade, an energy converter converting electric current converted through the piezoelectric film part to charge a storage battery, and It consists of a battery for charging the current converted by the energy conversion unit.
상기 압전 필름부는 압전소자의 상단과 하단에 필름 PCB로 형성된 필름을 도포하여 상기 철도차량의 운행 시 발생하는 진동 에너지를 압전효과에 따른 전기 에너지로 변환하여 전류를 발생할 수 있으며, 상기 발생한 전류는 필름 PCB로 형성된 필름을 통해 전기적으로 연결되어 상기 에너지 변환부로 전송한다.The piezoelectric film part may apply a film formed of a film PCB on the top and bottom of the piezoelectric element to convert the vibration energy generated when the railroad vehicle is driven into electrical energy according to the piezoelectric effect, thereby generating a current. It is electrically connected through a film formed of a PCB and transmitted to the energy conversion unit.
상기 압전 필름부를 통해 전류를 전송받은 에너지 변환부는 도2에 도시된 바와 같이 압전 필름부를 통해 전송받은 AC 전류 및 전압을 변화하는 트랜스포머와 상기 트랜스포머를 통해 인가된 전압을 정류하여 AC 전압을 DC 전압으로 변환하는 정류 회로부와 상기 정류 회로부를 통해 변환된 전압을 캐패시터에 저장하는 에너지 저장부와 상기 에너지 저장부를 통해 저장된 전압을 축전지에 충전할 수 있는 전압으로 강압 또는 승압하는 DC 레귤레이터로 이루어져 상기 압전 필름부를 통해 전송받은 전류를 축전지에 충전할 수 있는 전류로 변환하여 상기 축전지를 충전하고, 상기 축전지에 충전된 전류를 이용하여 철도차량의 운행 및 플랫폼에서 필요로하는 전원을 공급할 수 있도록 한다. As shown in FIG. 2, the energy conversion unit receiving the current through the piezoelectric film unit rectifies the AC voltage and the voltage applied through the transformer and changes the AC voltage to the DC voltage. The piezoelectric film unit includes a rectifying circuit unit for converting, an energy storage unit for storing the voltage converted through the rectifying circuit unit in a capacitor, and a DC regulator stepping down or stepping up to a voltage capable of charging the storage battery with the voltage stored through the energy storage unit. The current received through the conversion to the current to charge the battery to charge the battery, and by using the current charged in the battery to be able to supply the power required by the operation of the railway vehicle and the platform.
또한, 도3과 도4는 본 발명에 따른 철도침목을 이용한 자가 발전 시스템의 실시예를 나타낸 도면으로 상기 도3에 도시된 바와 같이 본 발명은 압전 필름부와 상기 압전 필름부의 상단과 하단에 형성한 고무패드를 콘크리트 상부 노반과 콘크리트 하부 노반 사이에 형성하여 상기 철도차량의 운행 중 발생하는 진동 에너지를 전기 에너지로 변환할 수 있으며, 상황에 따라 압전 필름부를 철도침목의 하단 또는 콘크리트 상부 노반과 콘크리트 하부 노반의 사이에 형성할 수 있다. In addition, Figure 3 and Figure 4 is a view showing an embodiment of a self-powered system using a railroad sleeper according to the present invention as shown in Figure 3 the present invention is formed on the top and bottom of the piezoelectric film portion and the piezoelectric film portion A rubber pad may be formed between the upper and lower concrete roadbeds to convert vibration energy generated during the operation of the railway vehicle into electrical energy. It can form between lower roadbeds.
또한, 도4에 도시된 바와 같이 상기 압전 필름부는 단위 면적당 발생하는 압전효과의 효율을 높이기 위해 상기 압전 필름부를 다층 형태로 적층하여 상기 압전 필름부의 압전소자에 의해 발생하는 압전효과의 효율을 극대화하여 상기 압전 소자에서 발생하는 전하방출량을 늘려 전기 에너지의 양을 높일 수 있다. In addition, as shown in FIG. 4, in order to increase the efficiency of piezoelectric effects generated per unit area, the piezoelectric film parts are laminated in a multilayered form to maximize the efficiency of the piezoelectric effects generated by the piezoelectric elements of the piezoelectric film parts. The amount of electrical charge generated in the piezoelectric element may be increased to increase the amount of electrical energy.
상기와 같은 구성으로 이루어진 본 발명은 철도차량에 의해 발생하는 진동 에너지를 전기 에너지로 변환하기 위해 상기 철도차량의 바퀴를 지지하여 철도차량이 이동할 수 있도록 하는 철도레일의 하단에 형성된 철도침목 하단에 압전 필름부를 형성하여 상기 철도레일에 철도차량의 운행 시 철도차량의 하중과 상기 철도차량이 철도레일을 지나가면서 발생하는 진동 에너지를 압전 필름부에 형성된 압전소자의 압전효과에 의해 전기에너지로 변환하여 상기 변환된 전기 에너지를 에너지 변환부에 의해 정류하여 축전지에 충전할 수 있도록 구성함으로써 철도차량의 운행 및 플랫폼에 필요한 전원을 대체할 수 있으며, 상기 압전 필름부의 적층을 통해 단위 면적당 발생하는 압전효과에 따른 전류 발생 효율을 극대화할 수 있다. The present invention having the configuration as described above is a piezoelectric at the bottom of the railroad sleeper formed on the bottom of the railroad rail to support the wheel of the railroad car to move the vibration energy generated by the railroad car into electrical energy to move the railroad car Forming a film portion to convert the vibration energy generated by the load of the railway vehicle and the railway vehicle passing through the railway rail to the railway rail to the electrical energy by the piezoelectric effect of the piezoelectric element formed on the piezoelectric film rail By converting the converted electrical energy to the energy conversion unit to charge the storage battery can replace the power required for the operation of the railway vehicle and the platform, according to the piezoelectric effect generated per unit area through the lamination of the piezoelectric film Current generation efficiency can be maximized.
상술한 바와 같이 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 설명하였지만, 본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 않고, 이하의 특허청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든 다양한 변경 실시가 가능한 범위까지 본 발명의 기술적 정신이 있다고 할 것이다.As described above, preferred embodiments according to the present invention have been described, but the present invention is not limited to the above-described embodiments, and the present invention is not limited to the scope of the present invention as claimed in the following claims. Anyone with knowledge of the present invention will have the technical spirit of the present invention to the extent that various modifications can be made.
도1은 본 발명에 따른 자가 발전이 가능한 철도침목의 구성도.1 is a block diagram of a railway sleeper capable of self-generating in accordance with the present invention.
도2는 본 발명에 따른 자가 발전이 가능한 철도침목의 에너지 변환부의 구성도.Figure 2 is a block diagram of the energy conversion unit of the railway sleeper capable of self-power generation according to the present invention.
도3는 본 발명에 따른 자가 발전이 가능한 철도침목의 실시예를 나타낸 도면.Figure 3 is a view showing an embodiment of a railway sleeper capable of self-generating in accordance with the present invention.
도4은 본 발명에 따른 자가 발전이 가능한 철도침목의 실시예를 나타낸 도면.4 is a view showing an embodiment of a railway sleeper capable of self-power generation according to the present invention.
** 도면의 주요 부분에 대한 부호 **** SIGNS FOR MAIN PARTS OF THE DRAWINGS **
100 : 철도레일 200 : 철도침목100: railroad rail 200: railroad sleepers
300 : 압전 필름부 400 : 고무패드300: piezoelectric film portion 400: rubber pad
500 : 콘크리트 상부 노반 510 : 콘크리트 하부 노반500: concrete upper roadbed 510: concrete lower roadbed
700 : 에너지 변환부 710 : 트랜스포머700: energy conversion unit 710: transformer
720 : 정류 회로부 730 : 에너지 저장부720: rectifier circuit portion 730: energy storage portion
740 : DC 레귤레이터 800 : 축전지740: DC regulator 800: storage battery
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Cited By (3)
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|---|---|---|---|---|
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| CN112865273A (en) * | 2021-01-20 | 2021-05-28 | 高鸣源 | Turnout connecting pin vibration energy collecting circuit, module and system |
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Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR200211535Y1 (en) | 2000-08-31 | 2001-01-15 | 유논수 | Battery fill up apparatus used by nose or vibration energy |
| KR20030078056A (en) * | 2003-09-16 | 2003-10-04 | 고재석 | Development effect piezoelectric for the transformation and a store of energy |
-
2008
- 2008-06-12 KR KR1020080055252A patent/KR100898795B1/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR200211535Y1 (en) | 2000-08-31 | 2001-01-15 | 유논수 | Battery fill up apparatus used by nose or vibration energy |
| KR20030078056A (en) * | 2003-09-16 | 2003-10-04 | 고재석 | Development effect piezoelectric for the transformation and a store of energy |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR101280885B1 (en) | 2011-10-05 | 2013-07-02 | 삼성중공업 주식회사 | Supporter of Separate Tank |
| CN112865273A (en) * | 2021-01-20 | 2021-05-28 | 高鸣源 | Turnout connecting pin vibration energy collecting circuit, module and system |
| CN112865273B (en) * | 2021-01-20 | 2023-09-12 | 成都铁工科技有限公司 | Switch connecting pin vibration energy collection circuit, module and system |
| KR20240104261A (en) | 2022-12-27 | 2024-07-04 | 한국철도기술연구원 | System for monitoring rail temperature and track behavior in railway tunnel, and method for the same |
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