WO2014094670A1 - 一种铁路路灯 - Google Patents

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Abstract

一种铁路路灯，其在铁路沿线两旁的路灯上增设一个以抽吸力为动力的摆动装置。当高速列车通过时，摆动装置得到抽吸力而摆动，摆动力使一个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，飞轮电池供电于铁路两旁的路灯发光照明。该铁路路灯为铁路路灯照明提供稳定和环保的电力，避免了现有的风能和太阳能路灯电力不稳定的缺点，节约了公共电网的电力资源。利用飞轮电池储存发电的能量，代替化学蓄电池储存电力，避免了化学电池的环境污染，也避免了化学电池寿命短，需要经常维护的缺点。

Description

一种铁路路灯 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铁路路灯。 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高速列车所伤害。 因为高速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。
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， 当高速列车通过时， 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。 本发明具体技术方案是这样实现的： 该路灯包括：
摆动装置， 其包括设在路灯立柱前部的抽吸板和支架， 路灯立柱上部两侧 的两根链条、 两只链轮、 平衡重块、 两只变速器、 两块支板、 两只内接式棘轮； 支架一端与抽吸板固连， 另一端与路灯立柱下部铰接； 两只变速器分别通过两 块支板固定于路灯立柱两侧， 所述变速器的输入端连接链轮， 链轮中设有棘轮； 每个链轮上均啮合一根链条， 每根链条的一端连接于抽吸板上部， 另一端连接 于平衡重块； 变速器的输出端与一内接式棘轮连接； 该摆动装置与飞轮发电装 置相连接， 并为飞轮发电装置提供动力；
飞轮发电装置， 其包括两只飞轮和一发电机及其支撑板； 位于路灯立柱内 的发电机的转子的两端部分别与飞轮连接； 含有发电机定子的外壳通过支撑板 固定于路灯立柱内部； 所述飞轮与摆动装置中的内接式棘轮连接； 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： 当列车经过路灯时， 列车与抽吸板之间的气流加快， 压强降低， 从而对抽吸板产生抽吸力， 使抽吸板和支架向列车运动； 抽吸板上 部拉动链条， 以此带动链轮、 变速器、 内接式棘轮、 飞轮和发电机的转子一起 运转， 飞轮储存机械动能并利用其转动惯性带动发电机发电， 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；
列车通过路灯后， 抽吸力消失， 平衡重块的重力拉动链条， 使抽吸板回复 到原来的状态， 以备下一次被抽吸力吸引而运动； 飞轮储存的机械动能逐渐减 少， 飞轮的转速逐渐降低而不再有效发电；
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、 利用高速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， 代替化学蓄电池储存电力， 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是本发明实施例 1的使用状态示意图。
图 2是图 1的运动状态示意图。
图 3是本发明实施例 1的立体示意图。
图 4是本发明实施例 1的局部剖视图。
图 5是图 4中的 A部放大图。
图 6是图 4的正视图。
图 7是图 6中的 B部放大图。
图 8是内接式棘轮的结构示意图。
图 9是图 1 中的 C部放大图。
图 1 0是飞轮电池的示意图。
图 11是本发明实施例 1 中的控制电路连接框图。
图 12是实施例 2的示意图。
图 13是图 12中的 K部放大图。
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：
实施例 1 , 参阅图 4至图 7, 本发明主要是在铁路沿线两旁的路灯上增设一 个以抽吸力为动力的摆动装置， 当高速列车通过时， 摆动装置得到抽吸力而摆 动， 摆动力使一个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。 所述摆动装置主要包括设在路灯立柱前部的抽吸板 11 和支架 12, 路灯立 柱上部两侧的两根链条 13、 两只链轮 14、 平衡重块 15、 两只变速器 16、 两块 支板 17、 两只内接式棘轮 18。 支架 12—端与抽吸板 11 固连， 另一端与路灯立 柱 41 下部铰接； 当列车经过时， 抽吸板 11得到抽吸力， 这两个固连在一起的 零部件可以绕所述铰接处朝列车方向摆动。 摆动的幅度， 由设在路灯立柱上的 上限位杆 91和下限位杆 92控制（参见图 3和图 9 )。抽吸力的大小与抽吸板 11 的面积基本上成正比， 也就是说， 抽吸板 11越大， 获得的抽吸力也越大。 当列 车通过后， 抽吸力消失， 平衡重块 15的重量通过链条 13, 将抽吸板 11恢复到 初始位置， 以备下一次的摆动。 两只变速器 16分别通过两块支板 17分别固定 于路灯立柱 41 两侧， 所述变速器 16的输入端连接链轮 14, 每个链轮 14上均 啮合一根链条 13 , 每根链条 13的一端连接于抽吸板 11上部， 另一端连接于平 衡重块 15; 链轮 14中设有棘轮（未画出）； 该链轮类似于自行车后轮中的含有 棘轮的链轮。 当链条 13带动链轮 14逆时针方向转动时，也带动变速器 1 6的输 入轴一起同方向转动； 当链轮 14顺时针方向转动时， 由于棘轮的防逆功能， 变 速器 16的输入轴不随链轮 14转动。 变速器 16的输出端与一内接式棘轮 18连 接， 内接式棘轮 18与飞轮 21 连接， 参见图 8; 变速器 1 6的作用在于将链轮 14的转速进一步提高， 使飞轮 21 有一个较高的角速度和机械动能。 内接式棘 轮 18的作用是当飞轮 21被推动后， 飞轮 21依靠其较大的转动惯性持续转动， 而变速器 1 6不再跟随转动， 以免消耗飞轮 21的机械动能。
飞轮发电装置主要包括两只飞轮 21和一发电机 22及其支撑板 23; 位于路 灯立柱 41 内的发电机的转子 221 的两端部分别与一飞轮 21连接； 含有发电机 定子的外壳 222通过支撑板 23固定于路灯立柱 41 内部； 发电机 22依靠飞轮 21 的储存的机械动能在一段时间内持续发电。 发电机 22为飞轮电池单元提供 电力； 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， 发电 的持续时间较短。
飞轮电池单元， 其包括一飞轮电池 3 (参见图 1 0 ), —控制电路 5 (实物未 画出）； 该飞轮电池单元为路灯发光件 4提供电力； 公知典型的飞轮电池 3参见 图 1 0, 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 7 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 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 5参见图 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 22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 3连接； 飞轮发电装置中的发电机 22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和飞轮电池发电， 单片机同时也控制导通继电器 56, 飞轮电池 3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 4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 3停止发电， 同时也闭合继电器 56, 路灯发光件 4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 3和控制电路 5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 4和路灯立柱 41 , 路灯发光件 4装在路灯立 柱 41上部， 并与控制电路中的继电器 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： 当列车经过路灯时， 列车与抽吸板之间 的气流加快， 压强降低， 从而对抽吸板 11产生抽吸力， 使抽吸板 11和支架 12 向列车摆动； 抽吸板 11上部拉动链条 13, 以此带动链轮 14、 变速器 1 6、 内接 式棘轮 18、 飞轮 21和发电机的转子 221—起转动， 飞轮 21储存机械动能并利 用其转动惯性带动发电机 22发电， 发电机 22发出的电通过控制电路 5将电能 变换成机械动能储存在飞轮电池 3中；
列车通过路灯后， 抽吸力消失， 平衡重块 15的重力拉动链条 13 , 使抽吸 板 11 回复到原来的状态， 以备下一次被抽吸力吸引而摆动； 飞轮 21储存的机 械动能逐渐减少， 飞轮 21的转速逐渐降低而不再有效发电；
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 3中； 如此周而复始， 飞轮电池 3中逐渐积累机械动能； 当控制 电路 5中的光敏传感器件检测到环境亮度不足时， 通过控制电路 5启动飞轮电 池 3将机械动能变换成电能供电于路灯发光件 4照明； 当控制电路 5中的光敏 传感器件检测到环境亮度充足时， 通过控制电路 5关闭飞轮电池 3的发电， 路 灯发光件 4熄灭； 飞轮电池 3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 4供电照明。
实施例 2、用平动装置代替实施例 1 中所述的摆动装置也可以实现发电目的： 参见图 12和图 13, 所述平动装置的零部件基本上与摆动装置相同， 它包括 设在路灯立柱 41前部的抽吸板 11和支架 12, 路灯立柱 41上部两侧的两根链 条 13、 两只链轮 14、 平衡重块 15、 两只变速器 1 6、 两块支板 17、 两只内接式 棘轮 18; 不同的是： 支架 12—端与抽吸板 11 固连， 支架 12下部设有多只滚 轮 101 , 路灯立柱 41 下部固定一设有滑槽 102的底框 103, 当抽吸板 11 受到 抽吸力时， 滚轮 101支^着支架 12和抽吸板 11在滑槽 102内向前滚动， 以此 带动链条 13和链轮 14运动。
以下零部件与摆动装置相同： 两只变速器 16分别通过两块支板 17固定于 路灯立柱 41两侧， 所述变速器 16的输入端连接链轮 14, 链轮中设有棘轮； 每 个链轮 14上均啮合一根链条 13, 每根链条 13的一端连接于抽吸板 11上部， 另一端连接于平衡重块 15; 变速器 16的输出端与一内接式棘轮 18连接。
其余的飞轮发电装置、 飞轮电池单元、 路灯组件， 与实施例 1相同。

Claims

权 利 要 求 书
1、 一种铁路路灯， 其特征在于， 所述路灯包括：
路灯组件， 所述路灯组件包括路灯发光件和路灯立柱；
摆动装置；
飞轮发电装置；
路灯发光件； 以及
飞轮电池单元；
其中， 所述摆动装置包括设在所述路灯立柱前部的抽吸板和支架， 所述路灯立 柱上部两侧的至少两根链条、 至少两只链轮、 至少一个平衡重块、 至少两只变 速器、 至少两块支板、 至少两只内接式棘轮；
所述支架一端与抽吸板固定连接， 所述支架的另一端与所述路灯立柱下部铰接； 两只所述变速器分别通过两块所述支板固定于所述路灯立柱两侧， 所述变速器 的输入端连接所述链轮， 所述链轮中设有棘轮；
每个所述链轮上均啮合一根链条， 每根所述链条的一端连接于所述抽吸板的上 部， 所述链条的另一端连接于所述平衡重块。
2、 如权利要求 1所述的铁路路灯， 其特征在于所述变速器的输出端与一所述内 接式棘轮连接；
所述摆动装置与所述飞轮发电装置相连接， 用于为所述飞轮发电装置提供动力； 所述飞轮发电装置包括两只飞轮、 一发电机及支撑板；
所述发电机的转子的两端部分别与所述飞轮连接；
含有所述发电机定子的外壳通过所述支撑板固定于所述路灯立柱内部； 所述飞轮与所述摆动装置中的内接式棘轮连接。
3、 如权利要求 2所述的铁路路灯， 其特征在于， 所述飞轮电池单元包括： 一飞轮电池； 以及
一控制电路；
所述飞轮发电装置通过所述飞轮电池单元中的控制电路为所述飞轮电池提供电 力；
所述控制电路分别与所述飞轮发电装置中的所述发电机、 所述飞轮电池及所述 路灯发光件连接。
4、 如权利要求 3所述的铁路路灯， 其特征在于， 所述飞轮电池单元用于为所述 路灯发光件提供电力； 权 利 要 求 书 所述路灯发光件装在所述路灯立柱上部， 并与所述控制电路通过导线电连接，
5、 如权利要求 4所述的铁路路灯， 其特征在于， 所述摆动装置为平动装置， 所 述平动装置包括设在所述路灯立柱前部的所述抽吸板和所述支架， 以及设置在 所述路灯立柱上部两侧的至少两根所述链条、 至少两只所述链轮、 所述平衡重 块、 至少两只所述变速器、 至少两块所述支板、 至少两只所述内接式棘轮。
6、 如权利要求 3所述的铁路路灯， 其特征在于， 所述路灯还包括：
真空容器；
所述飞轮电池的所述飞轮和所述飞轮电池的电机放置在所述真空容器中。
7、 如权利要求 6所述的铁路路灯， 其特征在于， 所述发电机是电动发电互逆式 双向电机。
8、 如权利要求 3所述的铁路路灯， 其特征在于， 所述控制电路包括单片机、 钮 扣电池电源、 整流电路、 稳压电路、 电力电子变换器、 继电器和光敏检测单元。
9、 如权利要求 8所述的铁路路灯， 其特征在于， 所述电力电子变换器用于输入 电能， 以驱动所述电动机旋转；
所述电动机用于带动所述飞轮旋转， 所述飞轮用于存储机械动能；
所述电力电子变换器是双向逆变器。
10、 如权利要求 9所述的铁路路灯， 其特征在于， 所述整流电路分别与所述发 电机和所述稳压电路连接， 所述稳压电路、 所述钮扣电池电源、 所述光敏检测 单元分别与所述单片机连接， 所述单片机还分别与所述继电器、 所述电力电子 变换器连接；
所述电力电子变换器与所述飞轮电池连接。
2
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