專利名稱：一種利用列車的抽吸力進行發(fā)電的飛輪蓄能式鐵路路燈的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
—種利用列車的抽吸力進行發(fā)電的飛輪蓄能式鐵路路燈技術(shù)領(lǐng)域[0001]本實用新型屬于照明設(shè)備，尤其是涉及一種利用自然能源發(fā)電的路燈。
背景技術(shù)：
[0002]為了節(jié)約能源，保護環(huán)境，目前已經(jīng)出現(xiàn)了利用太陽能和風能提供電力的路燈。這兩種自然能源的路燈，特別適用于鐵路沿線的照明。因為長距離的鐵道線的照明要消耗相當大的電力資源。然而，這兩種能源都是不穩(wěn)定的。比如，連續(xù)的陰雨天，太陽能路燈的供電就成了問題。連續(xù)的無風或微風天氣，風能路燈就會停止工作。研究一種利用穩(wěn)定的自然能源供電的鐵路沿線的路燈，成為一個重要課題。[0003]現(xiàn)有的太陽能和風能路燈的另一個缺點是需配置化學電池，而化學電池要定期維護，且使用壽命有限，廢棄電池也會對環(huán)境造成污染，這種狀態(tài)也有待改進。[0004]另一值得注意的現(xiàn)象是:高速鐵路的兩旁，通常建有護欄，用來防止路人盲目接近軌道而被瞬間即至的列車所傷害。因為列車快速通過時所產(chǎn)生的高速氣流，會對鐵路兩旁的人或物產(chǎn)生抽吸效應(yīng)，如果人或物過分接近高速行駛的列車，就會被這種抽吸力吸向列車。這個現(xiàn)象可以根據(jù)伯努利原理解釋，流速越快，壓強越低，因此靠近列車的人或物會被從高壓區(qū)推向(吸向)低壓區(qū)。普通列車的車速也會產(chǎn)生這樣的抽吸效應(yīng)，只不過抽吸力相比列車要小一些，比如，在客運列車進站臺時，旅客必須站在警示線以外，以免被進站臺的列車吸引過去。實用新型內(nèi)容[0005]本實用新型的目的是針對上述自然能源發(fā)電的路燈的不足之處，提出一種具有穩(wěn)定的自然能源供電裝置的路燈，該路燈無須使用化學電池。所述的自然能源是列車運動時的高速氣流形成的抽吸力所產(chǎn)生的；這種自然能源且是穩(wěn)定的，因為每日運行的列車班次數(shù)量是相當穩(wěn)定的。[0006]本實用新型主要思路是:鐵路沿線兩旁的路燈增設(shè)了以抽吸力為動力的擺動裝置和飛輪發(fā)電裝置，當列車通過時，擺動裝置得到抽吸力而擺動，擺動力使飛輪發(fā)電裝置儲能并同時發(fā)電，發(fā)出的電儲存在一個飛輪電池中，到了夜間，控制電路發(fā)訊，飛輪電池供電于路燈發(fā)光件照明。[0007]本實用新型具體的技術(shù)方案是這樣實現(xiàn)的:該路燈包括:[0008]擺動裝置，其包括抽吸板、搖擺筒、圓筒、第一管道、液壓馬達、第二管道、儲液罐、第三管道；所述抽吸板的下部與搖擺筒固連，搖擺筒套在所述圓筒上，使抽吸板能繞圓筒的軸線擺動；搖擺筒內(nèi)設(shè)有多個齒槽，圓筒上設(shè)有多個齒牙，齒槽和齒牙構(gòu)成空腔；所述圓筒的兩端分別與第一管道和第三管道固連，第一管道和第三管道分別通過圓筒端部的出液孔和進液孔與空腔相通，構(gòu)成第一液路；液壓馬達、第二管道、儲液罐順序連接，構(gòu)成第二液路；第一液路和第二液路連接，構(gòu)成回路；所述構(gòu)成回路的零部件中設(shè)置液體；所述搖擺筒下部設(shè)有平衡重塊；所述第一管道中設(shè)有第一單向閥，第三管道中設(shè)有第二單向閥；其中，液壓馬達通過支撐板設(shè)置在路燈立柱上部，液壓馬達、第二管道、儲液罐、第三管道、圓筒從高到低順序設(shè)置；該擺動裝置為飛輪發(fā)電裝置提供動力；[0009]飛輪發(fā)電裝置，其通過支撐板設(shè)置在路燈立柱上部，包括內(nèi)接式棘輪、飛輪和發(fā)電機；所述擺動裝置中的液壓馬達、內(nèi)接式棘輪、飛輪、發(fā)電機順序連接；該飛輪發(fā)電裝置通過飛輪電池單元中的控制電路為飛輪電池提供電力；[0010]飛輪電池單元，其包括一飛輪電池，一控制電路；控制電路分別與飛輪發(fā)電裝置中的發(fā)電機、飛輪電池及路燈發(fā)光件連接；該飛輪電池單元為路燈發(fā)光件提供電力；[0011]路燈組件，其包括路燈發(fā)光件和路燈立柱，路燈發(fā)光件裝在路燈立柱上部，并與控制電路通過導線電連接，所述路燈發(fā)光件由飛輪電池單元發(fā)出的電能發(fā)光照明；[0012]使用上述裝置的方法:當列車通過抽吸板時，列車與抽吸板間的氣流加快，壓強降低，產(chǎn)生抽吸效應(yīng)，使抽吸板和搖擺筒繞圓筒的軸線向列車擺動，空腔逐漸縮小，空腔中的液體受壓從圓筒的出液口噴出，推開第一單向閥，通過第一管道，驅(qū)動液壓馬達轉(zhuǎn)動；然后由液壓馬達帶動棘輪和飛輪轉(zhuǎn)動，飛輪儲存動能，并同時帶動發(fā)電機發(fā)電；從液壓馬達流出的液體通過第二管道進入儲液罐和第三管道；[0013]發(fā)電機發(fā)出的電通過控制電路將電能變換成機械動能儲存在飛輪電池中；[0014]當列車離開抽吸板，抽吸力消失，搖擺筒下部的平衡重塊的重力使抽吸板恢復到垂直位置，以備下一次被抽吸力吸引而擺動；空腔也恢復到初始的最大狀態(tài)，儲液罐中的液體經(jīng)第三管道推開第二單向閥，由圓筒的進液口，進入到空腔中；飛輪利用儲存的動能繼續(xù)帶動發(fā)電機發(fā)電，直到儲存的動能耗盡，飛輪停止轉(zhuǎn)動，發(fā)電機停止發(fā)電；[0015]下一趟列車經(jīng)過時，由上述裝置再一次發(fā)電，并由電能變換成機械動能儲存在飛輪電池中；如此周而復始，飛輪電池中逐漸積累機械動能；當控制電路中的光敏傳感器件檢測到環(huán)境亮度不足時，通過控制電路啟動飛輪電池將機械動能變換成電能供電于路燈發(fā)光件照明；當控制電路中的光敏傳感器件檢測到環(huán)境亮度充足時，通過控制電路關(guān)閉飛輪電池的發(fā)電，路燈發(fā)光件熄滅；飛輪電池繼續(xù)儲存機械動能；[0016]如此周而復始，上述裝置依靠列車產(chǎn)生的抽吸力發(fā)電，給鐵路兩旁的路燈發(fā)光件供電照明。[0017]本實用新型的特點和有益效果是:[0018]一、利用列車行駛時所產(chǎn)生的抽吸力發(fā)電，提供鐵路路燈照明的穩(wěn)定和環(huán)保的電力。避免了現(xiàn)有的風能和太陽能路燈電力不穩(wěn)定的缺點。也節(jié)約了公共電網(wǎng)的電力資源。[0019]二、利用飛輪電池儲存發(fā)電的能量，代替化學電池儲存電力，避免了化學電池的環(huán)境污染，也避免了化學電池壽命短，須經(jīng)常維護的缺點。


[0020]圖1是本實用新型擺動裝置的示意圖。[0021]圖2是圖1的運動狀態(tài)示意圖。[0022]圖3是圖2中的A部放大圖。[0023]圖4是本實用新型的抽吸板、搖擺筒和圓筒組合的立體示意圖。[0024]圖5是圖4的分解圖。[0025]圖6是本實用新型構(gòu)成回路的零部件的俯視示意圖。[0026]圖7是本實用新型構(gòu)成回路的零部件和路燈結(jié)合的正視示意圖。[0027]圖8是液壓馬達、內(nèi)接式棘輪、飛輪和發(fā)電機連接的示意圖。[0028]圖9是圖8中的B— B剖視圖。[0029]圖10是飛輪電池的示意圖。[0030]圖11是本實用新型中的控制電路連接框圖。
具體實施方式
[0031]
以下結(jié)合附圖和具體實施方式
對本實用新型作進一步說明:[0032]參閱圖1至圖7，本實用新型主要是在鐵路沿線兩旁的路燈增設(shè)了以抽吸力為動力的擺動裝置和飛輪發(fā)電裝置，當列車通過時，擺動裝置得到抽吸力而擺動，擺動力使飛輪發(fā)電裝置儲能并同時發(fā)電，發(fā)出的電儲存在一個飛輪電池中，到了夜間，控制電路發(fā)訊，飛輪電池供電于路燈發(fā)光件照明。[0033]擺動裝置，其作用是為飛輪發(fā)電裝置提供動力；其包括抽吸板1、搖擺筒2、圓筒3、第一管道41、液壓馬達5、第二管道42、儲液罐7、第三管道43 ；[0034]為了使抽吸板I擺動而獲得動能，抽吸板I下部固連搖擺筒2，該搖擺筒2套在圓筒3上，與圓筒3同心，可繞圓筒3的軸線擺動(見圖3)。參見圖6，圓筒3的兩端分別與第一管道41和第三管道43固連。所述管道則與地面固連。[0035]搖擺筒2內(nèi)設(shè)有多個齒槽21，圓筒3上設(shè)有多個齒牙31，齒槽和齒牙構(gòu)成空腔9(見圖3)。其中，由于搖擺筒2相對于固定圓筒3是活動的，所以搖擺筒2與圓筒3的連接，要采用液壓專業(yè)中的動密封連接，以防液體從連接處泄出。這是液壓方面的技術(shù)人員所熟悉的知識，在這里不再累述。[0036]參見圖6，第一管道41和第三管道43分別通過圓筒3端部的出液孔93和進液孔94與空腔9相通，構(gòu)成第一液路；液壓馬達5、第二管道42、儲液罐7順序連接，構(gòu)成第二液路；第一液路和第二液路連接，構(gòu)成回路；所述構(gòu)成回路的零部件中設(shè)置液體；[0037]當空腔9內(nèi)存在液體時，隨著抽吸板I繞圓筒3的軸線向列車擺動(如圖2的虛線位置)，空腔9逐漸縮小，里面的液體會從圓筒3的出液口 93被強力排出，推開第一單向閥82，進入第一管道41 (因為第三管道43中有第二單向閥81的存在，液體不會排入第三管道43)。當空腔9縮小到最小時(見圖3中的虛線位置)，抽吸板I擺動停止，否則會倒向列車，與列車相撞。該排出的液體推開第一單向閥82通過第一管道41，壓入液壓馬達5，就會驅(qū)動液壓馬達轉(zhuǎn)動。然后由液壓馬達帶動發(fā)電機6轉(zhuǎn)動發(fā)電。從液壓馬達5流出的液體經(jīng)過第二管道42，流入儲液罐7和第三管道43中。但如果是高速列車通過，經(jīng)過抽吸板的持續(xù)時間很短，導致液壓馬達的轉(zhuǎn)動時間很短，難以有效地在飛輪電池內(nèi)儲存機械動能，所以先將液壓馬達的一部份轉(zhuǎn)動能量先儲存一個飛輪中，然后當液壓馬達停止轉(zhuǎn)動后，由飛輪釋放能量繼續(xù)帶動發(fā)電機發(fā)電。這就是以下所述的飛輪發(fā)電裝置。[0038]飛輪發(fā)電裝置:其通過支撐板67設(shè)置在路燈立柱71上部(參見圖7和圖8)，設(shè)置在高處的原因主要與擺動裝置中的儲液罐7的高度有關(guān)。因為儲液罐7內(nèi)的液體必須要有一定的高度，才會產(chǎn)生能推開第二單向閥81的液壓。為了減少能量消耗，擺動裝置中的液壓馬達5、第二管道42、儲液罐7、第三管道43、圓筒3從高到低順序排列；其中，液壓馬達5也通過支撐板67設(shè)置在路燈立柱71上部。[0039]該飛輪發(fā)電裝置包括內(nèi)接式棘輪69、飛輪68和發(fā)電機6 ;所述擺動裝置中的液壓馬達5、內(nèi)接式棘輪69、飛輪68和發(fā)電機6順序連接；內(nèi)接式棘輪69的作用是當飛輪68被推動后，飛輪68依靠其較大的轉(zhuǎn)動慣性持續(xù)轉(zhuǎn)動，而停止后的液壓馬達5不再跟隨飛輪68轉(zhuǎn)動，以免消耗飛輪68的機械動能。[0040]發(fā)電機6依靠飛輪68的儲存的機械動能在一段時間內(nèi)持續(xù)發(fā)電。該飛輪發(fā)電裝置類似于飛輪電池，不同的是飛輪電池是充電儲能的，其外部是一個真空盒，發(fā)電的持續(xù)時間較長。而所述飛輪發(fā)電裝置是由機械驅(qū)動儲能，不能在真空盒內(nèi)運行，其在運行過程中，因為風耗、摩擦等原因，轉(zhuǎn)動的持續(xù)時間較短。[0041]該飛輪發(fā)電裝置通過飛輪電池單元中的控制電路510為飛輪電池310提供電力；[0042]當列車離開抽吸板I后，抽吸力消失，抽吸板I依靠平衡重塊10的重力，恢復到垂直位置，空腔9擴大到初始的最大狀態(tài)(即圖3所示的實線狀態(tài))，儲液罐7中的液體經(jīng)第三管道43推開第二單向閥81，由圓筒3的進液口 94進入空腔9內(nèi)。[0043]在第一管道41中設(shè)置第一單向閥82的作用是防止在第一管道41中的液體回流到空腔9中。[0044]飛輪電池單元，其包括一飛輪電池310 (參見圖10)，一控制電路510 (實物未畫出);該飛輪電池單元為路燈發(fā)光件72提供電力；公知典型的飛輪電池310參見圖10，其由飛輪電池的飛輪311、軸承312、飛輪電池的電動/發(fā)電機313和真空室314四個主要組件構(gòu)成。飛輪電池的電機和飛輪電池的飛輪都使用磁軸承，使其懸浮，以減少機械摩擦，同時將飛輪電池的飛輪和飛輪電池的電機放置在真空容器中，以減少空氣摩擦。這樣的飛輪電池的輸入輸出凈效率可達95%左右。所述飛輪電池的電動/發(fā)電機313是電動發(fā)電互逆式雙向電機。電力電子變換器55從外部輸入電能,驅(qū)動飛輪電池的電動機旋轉(zhuǎn),飛輪電池的電動機帶動飛輪電池的飛輪旋轉(zhuǎn)，飛輪電池的飛輪儲存機械動能。當外部負載需要能量時，飛輪電池的飛輪帶動飛輪電池的發(fā)電機旋轉(zhuǎn)，將機械動能轉(zhuǎn)化為電能，再通過電力電子變換器55變成負載所需要的各種頻率、電壓等級的電能以滿足不同的需求。電力電子變換器55通常是應(yīng)用M0SFETT和IGBT組成的雙向逆變器。所述控制電路510參見圖11，其包括單片機51及鈕扣電池電源52、整流電路53、穩(wěn)壓電路54、電力電子變換器55、繼電器56和光敏檢測單元57 ;所述整流電路53分別與飛輪發(fā)電裝置中的發(fā)電機6和穩(wěn)壓電路54連接，穩(wěn)壓電路54、鈕扣電池電源52、光敏檢測單元57分別與單片機51連接，單片機51還分別與繼電器56、電力電子變換器55連接；電力電子變換器55與飛輪電池310連接；飛輪發(fā)電裝置中的發(fā)電機6發(fā)出的電，經(jīng)整流電路53的整流，再經(jīng)穩(wěn)壓電路54的穩(wěn)壓，通過單片機51的控制，經(jīng)過電力電子變換器55驅(qū)動飛輪電池的電動機313轉(zhuǎn)動，飛輪電池的電動機313帶動飛輪電池的飛輪311旋轉(zhuǎn)，飛輪電池的飛輪311儲存機械動能；當單片機51從光敏檢測單元57中的光敏傳感器的獲得開燈訊號，則單片機51控制導通電力電子變換器55和飛輪電池310發(fā)電，單片機同時也控制導通繼電器56，飛輪電池310發(fā)出的電經(jīng)電力子變換器55、單片機51和繼電器56供電于路燈發(fā)光件72照明。當單片機51從光敏檢測單元57中的光敏傳感器的獲得閉燈訊號，則單片機51控制飛輪電池310停止發(fā)電，同時也閉合繼電器56，路燈發(fā)光件72熄滅。如果由時間設(shè)定單元代替光敏檢測單元，也可以實現(xiàn)路燈的自動啟閉。光敏檢測單元或時間設(shè)定單元這類控制電路，均是公知的電路。上述飛輪電池310和控制電路510均是所屬技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員所熟識的，不再詳細累述。[0045]路燈組件，其包括路燈發(fā)光件72和路燈立柱71，路燈發(fā)光件72裝在路燈立柱71上部，并與控制電路510中的繼電器56通過導線電連接，該路燈組件中的路燈發(fā)光件由飛輪電池單元發(fā)出的電能發(fā)光照明；[0046]綜上所述，使用上述裝置的方法:當列車通過抽吸板I時，列車與抽吸板I間的氣流加快，壓強降低，產(chǎn)生抽吸效應(yīng)，使抽吸板I和搖擺筒2繞圓筒3的軸線向列車擺動，空腔9逐漸縮小，空腔9中的液體受壓從圓筒3的出液口 93噴出，推開第一單向閥82，通過第一管道41，驅(qū)動液壓馬達5轉(zhuǎn)動；然后由液壓馬達5帶動棘輪69和飛輪68轉(zhuǎn)動，飛輪68儲存動能，并同時帶動發(fā)電機6發(fā)電；從液壓馬達5流出的液體通過第二管道42進入儲液罐7和第三管道43 ；[0047]發(fā)電機6發(fā)出的電通過控制電路510將電能變換成機械動能儲存在飛輪電池310中；[0048]當列車離開抽吸板1，抽吸效應(yīng)消失，搖擺筒2下部的平衡重塊10的重力使抽吸板I恢復到垂直位置，以備下一次被抽吸力吸引而擺動；空腔9也恢復到初始的最大狀態(tài)，儲液罐7中的液體經(jīng)第三管道43推開第二單向閥81，由圓筒3的進液口 94，進入到空腔9中；飛輪68利用儲存的動能繼續(xù)帶動發(fā)電機6發(fā)電，直到儲存的動能耗盡，飛輪68停止轉(zhuǎn)動，發(fā)電機6停止發(fā)電；[0049]下一趟列車經(jīng)過時，由上述裝置再一次發(fā)電，并由電能變換成機械動能儲存在飛輪電池310中；如此周而復始，飛輪電池310中逐漸積累機械動能；當控制電路510中的光敏傳感器件檢測到環(huán)境亮度不足時，通過控制電路510啟動飛輪電池310將機械動能變換成電能供電于路燈發(fā)光件72照明；當控制電路510中的光敏傳感器件檢測到環(huán)境亮度充足時，通過控制電路510關(guān)閉飛輪電池310的發(fā)電，路燈發(fā)光件72熄滅；飛輪電池310繼續(xù)儲存機械動能；[0050]如此周而復始，上述裝置依靠列車產(chǎn)生的抽吸力發(fā)電，給鐵路兩旁的路燈發(fā)光件72供電照明。
權(quán)利要求1.一種利用列車的抽吸力進行發(fā)電的飛輪蓄能式鐵路路燈，其特征在于，該路燈包括: 擺動裝置，其包括抽吸板、搖擺筒、圓筒、第一管道、液壓馬達、第二管道、儲液罐、第三管道；所述抽吸板的下部與搖擺筒固連，搖擺筒套在所述圓筒上，使抽吸板能繞圓筒的軸線擺動；搖擺筒內(nèi)設(shè)有多個齒槽，圓筒上設(shè)有多個齒牙，齒槽和齒牙構(gòu)成空腔；所述圓筒的兩端分別與第一管道和第三管道固連，第一管道和第三管道分別通過圓筒端部的出液孔和進液孔與空腔相通，構(gòu)成第一液路；液壓馬達、第二管道、儲液罐順序連接，構(gòu)成第二液路；第一液路和第二液路連接，構(gòu)成回路；所述構(gòu)成回路的零部件中設(shè)置液體；所述搖擺筒下部設(shè)有平衡重塊；所述第一管道中設(shè)有第一單向閥，第三管道中設(shè)有第二單向閥；其中，液壓馬達通過支撐板設(shè)置在路燈立柱上部，液壓馬達、第二管道、儲液罐、第三管道、圓筒從高到低順序設(shè)置；該擺動裝置為飛輪發(fā)電裝置提供動力； 飛輪發(fā)電裝置，其通過支撐板設(shè)置在路燈立柱上部，包括內(nèi)接式棘輪、飛輪和發(fā)電機；所述擺動裝置中的液壓馬達、內(nèi)接式棘輪、飛輪、發(fā)電機順序連接；該飛輪發(fā)電裝置通過飛輪電池單元中的控制電路為飛輪電池提供電力； 飛輪電池單元，其包括一飛輪電池，一控制電路；控制電路分別與飛輪發(fā)電裝置中的發(fā)電機、飛輪電池及路燈發(fā)光件連接；該飛輪電池單元為路燈發(fā)光件提供電力； 路燈組件，其包括路燈發(fā)光件和路燈立柱，路燈發(fā)光件裝在路燈立柱上部，并與控制電路通過導線電連接，所述路燈發(fā)光件由飛輪電池單元發(fā)出的電能發(fā)光照明。
專利摘要本實用新型涉及一種利用列車的抽吸力進行發(fā)電的飛輪蓄能式鐵路路燈，其特點在于鐵路沿線兩旁的路燈增設(shè)了以抽吸力為動力的擺動裝置和飛輪發(fā)電裝置，當列車通過時，擺動裝置得到抽吸力而擺動，擺動力迫使裝置中的液體驅(qū)動液壓馬達和飛輪轉(zhuǎn)動，飛輪儲存動能，并同時帶動發(fā)電機發(fā)電；發(fā)電機發(fā)出的電通過控制電路將電能變換成機械動能儲存在飛輪電池中；到了夜間，控制電路發(fā)訊，飛輪電池供電于路燈發(fā)光件照明。有益效果是將高速列車行駛時所產(chǎn)生的抽吸效應(yīng)的不利一面，轉(zhuǎn)化成一種可發(fā)電的能量。本實用新型避免使用化學電池這一環(huán)境污染源。
文檔編號B61L13/02GK202953016SQ20122070189
公開日2013年5月29日 申請日期2012年12月18日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月18日
發(fā)明者馮靜 申請人:馮靜