CN103032808B - 利用列车的抽吸力进行发电的铁路路灯的使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种利用列车的抽吸力进行发电的铁路路灯及其使用方法，其特点在于铁路沿线两旁的路灯增设了以抽吸力为动力的摆动装置和飞轮发电装置，当列车通过时，摆动装置得到抽吸力而摆动，摆动力迫使装置中的液体驱动液压马达和飞轮转动，飞轮储存动能，并同时带动发电机发电；发电机发出的电通过控制电路将电能变换成机械动能储存在飞轮电池中；到了夜间，控制电路发讯，飞轮电池供电于路灯发光件照明。有益效果是：将高速列车行驶时所产生的抽吸效应的不利一面，转化成一种可发电的能量。本发明避免使用化学电池这一环境污染源。

Description

利用列车的抽吸力进行发电的铁路路灯的使用方法

技术领域

本发明属于照明设备，尤其是涉及一种利用自然能源发电的路灯。

背景技术

   为了节约能源，保护环境，目前已经出现了利用太阳能和风能提供电力的路灯。这两种自然能源的路灯，特别适用于铁路沿线的照明。因为长距离的铁道线的照明要消耗相当大的电力资源。然而，这两种能源都是不稳定的。比如，连续的阴雨天，太阳能路灯的供电就成了问题。连续的无风或微风天气，风能路灯就会停止工作。研究一种利用稳定的自然能源供电的铁路沿线的路灯，成为一个重要课题。

现有的太阳能和风能路灯的另一个缺点是需配置化学电池，而化学电池要定期维护，且使用寿命有限，废弃电池也会对环境造成污染，这种状态也有待改进。

另一值得注意的现象是：高速铁路的两旁，通常建有护栏，用来防止路人盲目接近轨道而被瞬间即至的列车所伤害。因为列车快速通过时所产生的高速气流，会对铁路两旁的人或物产生抽吸效应，如果人或物过分接近高速行驶的列车，就会被这种抽吸力吸向列车。这个现象可以根据伯努利原理解释，流速越快，压强越低，因此靠近列车的人或物会被从高压区推向（吸向）低压区。普通列车的车速也会产生这样的抽吸效应，只不过抽吸力相比列车要小一些，比如，在客运列车进站台时，旅客必须站在警示线以外，以免被进站台的列车吸引过去。

发明内容

本发明的目的是针对上述自然能源发电的路灯的不足之处，提出一种具有稳定的自然能源供电装置的路灯，该路灯无须使用化学电池。所述的自然能源是列车运动时的高速气流形成的抽吸力所产生的；这种自然能源且是稳定的，因为每日运行的列车班次数量是相当稳定的。

本发明主要思路是：铁路沿线两旁的路灯增设了以抽吸力为动力的摆动装置和飞轮发电装置，当列车通过时，摆动装置得到抽吸力而摆动，摆动力使飞轮发电装置储能并同时发电，发出的电储存在一个飞轮电池中，到了夜间，控制电路发讯，飞轮电池供电于路灯发光件照明。

本发明具体的技术方案是这样实现的：该路灯包括：

摆动装置，其包括抽吸板、摇摆筒、圆筒、第一管道、液压马达、第二管道、储液罐、第三管道；所述抽吸板的下部与摇摆筒固连，摇摆筒套在所述圆筒上，使抽吸板能绕圆筒的轴线摆动；摇摆筒内设有多个齿槽，圆筒上设有多个齿牙，齿槽和齿牙构成空腔；所述圆筒的两端分别与第一管道和第三管道固连，第一管道和第三管道分别通过圆筒端部的出液孔和进液孔与空腔相通，构成第一液路；液压马达、第二管道、储液罐顺序连接，构成第二液路；第一液路和第二液路连接，构成回路；所述构成回路的零部件中设置液体；所述摇摆筒下部设有平衡重块；所述第一管道中设有第一单向阀，第三管道中设有第二单向阀；其中，液压马达通过支撑板设置在路灯立柱上部，液压马达、第二管道、储液罐、第三管道、圆筒从高到低顺序设置；该摆动装置为飞轮发电装置提供动力；

飞轮发电装置，其通过支撑板设置在路灯立柱上部，包括内接式棘轮、飞轮和发电机；所述摆动装置中的液压马达、内接式棘轮、飞轮、发电机顺序连接；该飞轮发电装置通过飞轮电池单元中的控制电路为飞轮电池提供电力；

飞轮电池单元，其包括一飞轮电池，一控制电路；控制电路分别与飞轮发电装置中的发电机、飞轮电池及路灯发光件连接；该飞轮电池单元为路灯发光件提供电力；

路灯组件，其包括路灯发光件和路灯立柱，路灯发光件装在路灯立柱上部，并与控制电路通过导线电连接，所述路灯发光件由飞轮电池单元发出的电能发光照明；

使用上述装置的方法：当列车通过抽吸板时，列车与抽吸板间的气流加快，压强降低，产生抽吸效应，使抽吸板和摇摆筒绕圆筒的轴线向列车摆动，空腔逐渐缩小，空腔中的液体受压从圆筒的出液口喷出，推开第一单向阀，通过第一管道，驱动液压马达转动；然后由液压马达带动棘轮和飞轮转动，飞轮储存动能，并同时带动发电机发电；从液压马达流出的液体通过第二管道进入储液罐和第三管道；

发电机发出的电通过控制电路将电能变换成机械动能储存在飞轮电池中；

当列车离开抽吸板，抽吸力消失，摇摆筒下部的平衡重块的重力使抽吸板恢复到垂直位置，以备下一次被抽吸力吸引而摆动；空腔也恢复到初始的最大状态，储液罐中的液体经第三管道推开第二单向阀，由圆筒的进液口，进入到空腔中；飞轮利用储存的动能继续带动发电机发电，直到储存的动能耗尽，飞轮停止转动，发电机停止发电；

下一趟列车经过时，由上述装置再一次发电，并由电能变换成机械动能储存在飞轮电池中；如此周而复始，飞轮电池中逐渐积累机械动能；当控制电路中的光敏传感器件检测到环境亮度不足时，通过控制电路启动飞轮电池将机械动能变换成电能供电于路灯发光件照明；当控制电路中的光敏传感器件检测到环境亮度充足时，通过控制电路关闭飞轮电池的发电，路灯发光件熄灭；飞轮电池继续储存机械动能；

如此周而复始，上述装置依靠列车产生的抽吸力发电，给铁路两旁的路灯发光件供电照明。

本发明的特点和有益效果是：

一、利用列车行驶时所产生的抽吸力发电，提供铁路路灯照明的稳定和环保的电力。避免了现有的风能和太阳能路灯电力不稳定的缺点。也节约了公共电网的电力资源。

二、利用飞轮电池储存发电的能量，代替化学电池储存电力，避免了化学电池的环境污染，也避免了化学电池寿命短，须经常维护的缺点。

附图说明

图1是本发明摆动装置的示意图。

图2是图1的运动状态示意图。

图3是图2中的A部放大图。

图4是本发明的抽吸板、摇摆筒和圆筒组合的立体示意图。

图5是图4的分解图。

图6是本发明构成回路的零部件的俯视示意图。

图7是本发明构成回路的零部件和路灯结合的正视示意图。

图8是液压马达、内接式棘轮、飞轮和发电机连接的示意图。

图9是图8中的B—B剖视图。

图10是飞轮电池的示意图。

图11是本发明中的控制电路连接框图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步说明：

参阅图1至图7，本发明主要是在铁路沿线两旁的路灯增设了以抽吸力为动力的摆动装置和飞轮发电装置，当列车通过时，摆动装置得到抽吸力而摆动，摆动力使飞轮发电装置储能并同时发电，发出的电储存在一个飞轮电池中，到了夜间，控制电路发讯，飞轮电池供电于路灯发光件照明。

摆动装置，其作用是为飞轮发电装置提供动力；其包括抽吸板1、摇摆筒2、圆筒3、第一管道41、液压马达5、第二管道42、储液罐7、第三管道43；

为了使抽吸板1摆动而获得动能，抽吸板1下部固连摇摆筒2，该摇摆筒2套在圆筒3上，与圆筒3同心，可绕圆筒3的轴线摆动（见图3）。参见图6，圆筒3的两端分别与第一管道41和第三管道43固连。所述管道则与地面固连。

摇摆筒2内设有多个齿槽21，圆筒3上设有多个齿牙31，齿槽和齿牙构成空腔9（见图3）。其中，由于摇摆筒2相对于固定圆筒3是活动的，所以摇摆筒2与圆筒3的连接，要采用液压专业中的动密封连接，以防液体从连接处泄出。这是液压方面的技术人员所熟悉的知识，在这里不再累述。

参见图6，第一管道41和第三管道43分别通过圆筒3端部的出液孔93和进液孔94与空腔9相通，构成第一液路；液压马达5、第二管道42、储液罐7顺序连接，构成第二液路；第一液路和第二液路连接，构成回路；所述构成回路的零部件中设置液体；

当空腔9内存在液体时，随着抽吸板1绕圆筒3的轴线向列车摆动（如图2的虚线位置），空腔9逐渐缩小，里面的液体会从圆筒3的出液口93被强力排出，推开第一单向阀82，进入第一管道41（因为第三管道43中有第二单向阀81的存在，液体不会排入第三管道43）。当空腔9缩小到最小时（见图3中的虚线位置），抽吸板1摆动停止，否则会倒向列车，与列车相撞。该排出的液体推开第一单向阀82通过第一管道41，压入液压马达5，就会驱动液压马达转动。然后由液压马达带动发电机6转动发电。从液压马达5流出的液体经过第二管道42，流入储液罐7和第三管道43中。但如果是高速列车通过，经过抽吸板的持续时间很短，导致液压马达的转动时间很短，难以有效地在飞轮电池内储存机械动能，所以先将液压马达的一部份转动能量先储存一个飞轮中，然后当液压马达停止转动后，由飞轮释放能量继续带动发电机发电。这就是以下所述的飞轮发电装置。

飞轮发电装置：其通过支撑板67设置在路灯立柱71上部（参见图7和图8），设置在高处的原因主要与摆动装置中的储液罐7的高度有关。因为储液罐7内的液体必须要有一定的高度，才会产生能推开第二单向阀81的液压。为了减少能量消耗，摆动装置中的液压马达5、第二管道42、储液罐7、第三管道43、圆筒3从高到低顺序排列；其中，液压马达5也通过支撑板67设置在路灯立柱71上部。

该飞轮发电装置包括内接式棘轮69、飞轮68和发电机6；所述摆动装置中的液压马达5、内接式棘轮69、飞轮68和发电机6顺序连接；内接式棘轮69的作用是当飞轮68被推动后，飞轮68依靠其较大的转动惯性持续转动，而停止后的液压马达5不再跟随飞轮68转动，以免消耗飞轮68的机械动能。

发电机6依靠飞轮68的储存的机械动能在一段时间内持续发电。该飞轮发电装置类似于飞轮电池，不同的是飞轮电池是充电储能的，其外部是一个真空盒，发电的持续时间较长。而所述飞轮发电装置是由机械驱动储能，不能在真空盒内运行，其在运行过程中，因为风耗、摩擦等原因，转动的持续时间较短。

该飞轮发电装置通过飞轮电池单元中的控制电路510为飞轮电池310提供电力；

当列车离开抽吸板1后，抽吸力消失，抽吸板1依靠平衡重块10的重力，恢复到垂直位置，空腔9扩大到初始的最大状态（即图3所示的实线状态），储液罐7中的液体经第三管道43推开第二单向阀81，由圆筒3的进液口94进入空腔9内。

在第一管道41中设置第一单向阀82的作用是防止在第一管道41中的液体回流到空腔9中。

飞轮电池单元，其包括一飞轮电池310（参见图10），一控制电路510（实物未画出）；该飞轮电池单元为路灯发光件72提供电力；公知典型的飞轮电池310参见图10，其由飞轮电池的飞轮311、轴承312、飞轮电池的电动/发电机313和真空室314四个主要组件构成。飞轮电池的电机和飞轮电池的飞轮都使用磁轴承，使其悬浮，以减少机械摩擦，同时将飞轮电池的飞轮和飞轮电池的电机放置在真空容器中，以减少空气摩擦。这样的飞轮电池的输入输出净效率可达95%左右。所述飞轮电池的电动/发电机313是电动发电互逆式双向电机。电力电子变换器55从外部输入电能，驱动飞轮电池的电动机旋转，飞轮电池的电动机带动飞轮电池的飞轮旋转，飞轮电池的飞轮储存机械动能。当外部负载需要能量时，飞轮电池的飞轮带动飞轮电池的发电机旋转，将机械动能转化为电能，再通过电力电子变换器55变成负载所需要的各种频率、电压等级的电能以满足不同的需求。电力电子变换器55通常是应用MOSFETT和 IGBT组成的双向逆变器。所述控制电路510参见图11，其包括单片机51及钮扣电池电源52、整流电路53、稳压电路54、电力电子变换器55、继电器56和光敏检测单元57；所述整流电路53分别与飞轮发电装置中的发电机6和稳压电路54连接，稳压电路54、钮扣电池电源52、光敏检测单元57分别与单片机51连接，单片机51还分别与继电器56、电力电子变换器55连接；电力电子变换器55与飞轮电池310连接；飞轮发电装置中的发电机6发出的电，经整流电路53的整流，再经稳压电路54的稳压，通过单片机51的控制，经过电力电子变换器55驱动飞轮电池的电动机313转动，飞轮电池的电动机313带动飞轮电池的飞轮311旋转，飞轮电池的飞轮311储存机械动能；当单片机51从光敏检测单元57中的光敏传感器的获得开灯讯号，则单片机51控制导通电力电子变换器55和飞轮电池310发电，单片机同时也控制导通继电器56，飞轮电池310发出的电经电力子变换器55、单片机51和继电器56供电于路灯发光件72照明。当单片机51从光敏检测单元57中的光敏传感器的获得闭灯讯号，则单片机51控制飞轮电池310停止发电，同时也闭合继电器56，路灯发光件72熄灭。如果由时间设定单元代替光敏检测单元，也可以实现路灯的自动启闭。光敏检测单元或时间设定单元这类控制电路，均是公知的电路。上述飞轮电池310和控制电路510均是所属技术领域的技术人员所熟识的，不再详细累述。

路灯组件，其包括路灯发光件72和路灯立柱71，路灯发光件72装在路灯立柱71上部，并与控制电路510中的继电器56通过导线电连接，该路灯组件中的路灯发光件由飞轮电池单元发出的电能发光照明；

综上所述，使用上述装置的方法：当列车通过抽吸板1时，列车与抽吸板1间的气流加快，压强降低，产生抽吸效应，使抽吸板1和摇摆筒2绕圆筒3的轴线向列车摆动，空腔9逐渐缩小，空腔9中的液体受压从圆筒3的出液口93喷出，推开第一单向阀82，通过第一管道41，驱动液压马达5转动；然后由液压马达5带动棘轮69和飞轮68转动，飞轮68储存动能，并同时带动发电机6发电；从液压马达5流出的液体通过第二管道42进入储液罐7和第三管道43；

发电机6发出的电通过控制电路510将电能变换成机械动能储存在飞轮电池310中；

当列车离开抽吸板1，抽吸效应消失，摇摆筒2下部的平衡重块10的重力使抽吸板1恢复到垂直位置，以备下一次被抽吸力吸引而摆动；空腔9也恢复到初始的最大状态，储液罐7中的液体经第三管道43推开第二单向阀81，由圆筒3的进液口94，进入到空腔9中；飞轮68利用储存的动能继续带动发电机6发电，直到储存的动能耗尽，飞轮68停止转动，发电机6停止发电；

下一趟列车经过时，由上述装置再一次发电，并由电能变换成机械动能储存在飞轮电池310中；如此周而复始，飞轮电池310中逐渐积累机械动能；当控制电路510中的光敏传感器件检测到环境亮度不足时，通过控制电路510启动飞轮电池310将机械动能变换成电能供电于路灯发光件72照明；当控制电路510中的光敏传感器件检测到环境亮度充足时，通过控制电路510关闭飞轮电池310的发电，路灯发光件72熄灭；飞轮电池310继续储存机械动能；

如此周而复始，上述装置依靠列车产生的抽吸力发电，给铁路两旁的路灯发光件72供电照明。

Claims (1)

1.一种利用列车的抽吸力进行发电的铁路路灯的使用方法，其特征在于，该路灯包括：

摆动装置，其包括抽吸板、摇摆筒、圆筒、第一管道、液压马达、第二管道、储液罐、第三管道；所述抽吸板的下部与摇摆筒固连，摇摆筒套在所述圆筒上，使抽吸板能绕圆筒的轴线摆动；摇摆筒内设有多个齿槽，圆筒上设有多个齿牙，齿槽和齿牙构成空腔；所述圆筒的两端分别与第一管道和第三管道固连，第一管道和第三管道分别通过圆筒端部的出液孔和进液孔与空腔相通，构成第一液路；液压马达、第二管道、储液罐顺序连接，构成第二液路；第一液路和第二液路连接，构成回路；所述构成回路的零部件中设置液体；所述摇摆筒下部设有平衡重块；所述第一管道中设有第一单向阀，第三管道中设有第二单向阀；其中，液压马达通过支撑板设置在路灯立柱上部，液压马达、第二管道、储液罐、第三管道、圆筒从高到低顺序设置；该摆动装置为飞轮发电装置提供动力；

飞轮发电装置，其通过支撑板设置在路灯立柱上部，包括内接式棘轮、飞轮和发电机；所述摆动装置中的液压马达、内接式棘轮、飞轮、发电机顺序连接；该飞轮发电装置通过飞轮电池单元中的控制电路为飞轮电池提供电力；

飞轮电池单元，其包括一飞轮电池，一控制电路；控制电路分别与飞轮发电装置中的发电机、飞轮电池及路灯发光件连接；该飞轮电池单元为路灯发光件提供电力；

路灯组件，其包括路灯发光件和路灯立柱，路灯发光件装在路灯立柱上部，并与控制电路通过导线电连接，所述路灯发光件由飞轮电池单元发出的电能发光照明；

使用上述摆动装置和飞轮发电装置的方法：当列车通过抽吸板时，列车与抽吸板间的气流加快，压强降低，产生抽吸效应，使抽吸板和摇摆筒绕圆筒的轴线向列车摆动，空腔逐渐缩小，空腔中的液体受压从圆筒的出液口喷出，推开第一单向阀，通过第一管道，驱动液压马达转动；然后由液压马达带动棘轮和飞轮转动，飞轮储存动能，并同时带动发电机发电；从液压马达流出的液体通过第二管道进入储液罐和第三管道；

发电机发出的电通过控制电路将电能变换成机械动能储存在飞轮电池中；

当列车离开抽吸板，抽吸力消失，摇摆筒下部的平衡重块的重力使抽吸板恢复到垂直位置，以备下一次被抽吸力吸引而摆动；空腔也恢复到初始的最大状态，储液罐中的液体经第三管道推开第二单向阀，由圆筒的进液口，进入到空腔中；飞轮利用储存的动能继续带动发电机发电，直到储存的动能耗尽，飞轮停止转动，发电机停止发电；

下一趟列车经过时，由上述摆动装置和飞轮发电装置再一次发电，并由电能变换成机械动能储存在飞轮电池中；如此周而复始，飞轮电池中逐渐积累机械动能；当控制电路中的光敏传感器件检测到环境亮度不足时，通过控制电路启动飞轮电池将机械动能变换成电能供电于路灯发光件照明；当控制电路中的光敏传感器件检测到环境亮度充足时，通过控制电路关闭飞轮电池的发电，路灯发光件熄灭；飞轮电池继续储存机械动能；

如此周而复始，上述摆动装置和飞轮发电装置依靠列车产生的抽吸力发电，给铁路两旁的路灯发光件供电照明。