軌道蓄能裝置與系統的製作方法
2023-09-14 05:16:40
本發明涉及交通運輸領域，具體而言，涉及一種軌道蓄能裝置與系統。
背景技術：
火車是現代交通運輸中常見的一種交通運輸工具，當火車經過軌道時，軌道會車輪載荷的作用下發生振動產生位移，如果軌道振動時的位移的最大幅值過大，會對軌道造成一定的損壞。通常情況下，軌道在振動時會產生機械能，但是這些機械能沒能被合理的利用而白白的流失掉，不夠節能環保，另外在軌道系統搭載監測系統時，傳感器供電一直是個棘手的問題，由於環境約束(郊外)不便採用電纜供電或者不便使用太陽能供電(隧道中)，因而需要直接從軌道結構振動中獲取電能。目前，暫時沒有一套裝置可以高效率的利用軌道振動時產生的機械能。
技術實現要素：
有鑑於此，本發明實施例的目的在於提供一種軌道蓄能裝置與系統，以改善上述的問題。
第一方面，本發明實施例提供的一種軌道蓄能裝置，包括支座、槓桿以及蓄能終端，所述槓桿設置在所述支座上方並與所述支座轉動連接，所述槓桿包括第一端和第二端，所述蓄能終端與所述槓桿的第一端連接，且所述支座沿所述槓桿方向到所述槓桿的第一端的距離大於所述支座沿所述槓桿方向到所述槓桿的第二端的距離，所述蓄能終端用於對所述槓桿的第一端的機械能轉化為電能。
進一步地，所述蓄能終端包括安裝盒、線圈、連接杆、第一磁鐵以及蓄電池，所述安裝盒固定且所述安裝盒設置有開口，所述線圈位於所述安裝盒內且所述線圈的兩端分別與所述安裝盒的內壁連接，所述連接杆的一端與所述槓桿的第一端連接，所述連接杆的另一端穿過所述開口，且所述第一磁鐵與所述連接杆的另一端連接且所述第一磁鐵位於所述線圈內，所述線圈與所述蓄電池電連接。
進一步地，所述蓄能終端還包括壓電材料層，所述槓桿為彈性梁，所述壓電材料層包覆於所述彈性梁外，所述壓電材料層與所述蓄電池電連接。
進一步地，所述蓄能終端包括安裝盒、線圈、第二磁鐵、第三磁鐵以及蓄電池，所述槓桿的第一端與所述安裝盒的外壁連接，所述線圈位於所述安裝盒內且所述線圈的兩端分別所述安裝盒的內壁的連接，所述第二磁鐵位於所述線圈內且所述第二磁鐵設置於所述線圈的底部，所述第三磁鐵位於所述線圈內，所述第三磁鐵與所述第二磁鐵相對設置，且所述第三磁鐵的靠近所述第二磁鐵的磁極的極性與所述第二磁鐵靠近所述第三磁鐵的磁極的極性相同。
進一步地，所述蓄能終端還包括壓電材料層，所述槓桿為彈性梁，所述壓電材料層包覆於所述彈性梁外，所述壓電材料層與所述蓄電池電連接。
進一步地，所述蓄能終端包括固定件、壓電材料層以及蓄電池，所述槓桿為彈性梁，所述槓桿的第一端與所述固定件連接，所述壓電材料層包覆於所述彈性梁外，所述壓電材料層與所述蓄電池電連接。
進一步地，所述蓄能終端包括減振彈簧與壓電材料層，所述壓電材料層包覆於所述減振彈簧外，所述槓桿的第一端與所述減振彈簧連接，且所述槓桿的第一端到所述減振彈簧內徑的圓心的距離小於所述減振彈簧的內徑的半徑。
進一步地，所述壓電材料層為壓電晶體層或壓電陶瓷層。
第二方面，本發明實施例孩提供了一種軌道蓄能系統，包括軌道和上述的軌道蓄能裝置，所述槓桿的第二端與所述軌道的底部連接。
進一步地，所述軌道蓄能系統還包括有多個軌枕，所述多個軌枕均與所述軌道的底部連接且均等距離間隔設置，所述槓桿的第二端與相鄰兩個軌枕的距離相等。
與現有技術相比，本發明實施例提供的一種軌道蓄能裝置與系統，通過將槓桿的第二端與軌道的底部接觸，當軌道受到車輪載荷上下振動時帶動槓桿的第二端與第一端上下振動，從而將軌道的機械能通過槓桿的第二端傳遞至槓桿的第一端，蓄能終端將槓桿的第一端的機械能轉化為電能並存儲，從而合理的利用軌道受到車輪載荷上下振動產生的機械能，節能環保。
為使本發明的上述目的、特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉較佳實施例，並配合所附附圖，作詳細說明如下。
附圖說明
為使本發明實施例的目的、技術方案和優點更加清楚，下面將結合本發明實施例中的附圖，對本發明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例是本發明一部分實施例，而不是全部的實施例。通常在此處附圖中描述和示出的本發明實施例的組件可以以各種不同的配置來布置和設計。因此，以下對在附圖中提供的本發明的實施例的詳細描述並非旨在限制要求保護的本發明的範圍，而是僅僅表示本發明的選定實施例。基於本發明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有作出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬於本發明保護的範圍。
圖1為本發明較佳實施例提供的軌道蓄能裝置的結構示意圖；
圖2為本發明較佳實施例提供的軌道蓄能裝置的第一種實施方式的結構示意圖；
圖3為本發明較佳實施例提供的軌道蓄能裝置的第二種實施方式的結構示意圖；
圖4為圖3中A部的局部放大圖；
圖5為本發明較佳實施例提供的軌道蓄能裝置的第三種實施方式的結構示意圖；
圖6為本發明較佳實施例提供的軌道蓄能裝置的第四種實施方式的結構示意圖；
圖7為本發明較佳實施例提供的軌道蓄能裝置的第五種實施方式的結構示意圖；
圖8為本發明較佳實施例提供的軌道蓄能系統的結構示意圖。
其中，附圖標記與部件名稱之間的對應關係如下：支座101，槓桿102，蓄能終端103，第一端104，第二端105，安裝盒106，線圈107，連接杆108，第一磁鐵109，壓電材料層110，第二磁鐵111，第三磁鐵112，固定件113，減振彈簧114，軌枕115，軌道116。
具體實施方式
下面將結合本發明實施例中附圖，對本發明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發明一部分實施例，而不是全部的實施例。通常在此處附圖中描述和示出的本發明實施例的組件可以以各種不同的配置來布置和設計。因此，以下對在附圖中提供的本發明的實施例的詳細描述並非旨在限制要求保護的本發明的範圍，而是僅僅表示本發明的選定實施例。基於本發明的實施例，本領域技術人員在沒有做出創造性勞動的前提下所獲得的所有其他實施例，都屬於本發明保護的範圍。
應注意到：相似的標號和字母在下面的附圖中表示類似項，因此，一旦某一項在一個附圖中被定義，則在隨後的附圖中不需要對其進行進一步定義和解釋。同時，在本發明的描述中，術語「第一」、「第二」等僅用於區分描述，而不能理解為指示或暗示相對重要性。
火車是現代交通運輸中常見的一種交通運輸工具，當火車經過軌道時，軌道會車輪載荷的作用下發生振動產生位移，如果軌道振動時的位移的最大幅值過大，會對軌道造成一定的損壞。通常情況下，軌道在振動時會產生機械能，但是這些機械能沒能被合理的利用而白白的流失掉，不夠節能環保，另外在軌道系統搭載監測系統時，傳感器供電一直是個棘手的問題，由於環境約束(郊外)不便採用電纜供電或者不便使用太陽能供電(隧道中)，因而需要直接從軌道結構振動中獲取電能。目前，暫時沒有一套裝置可以高效率的利用軌道振動時產生的機械能。
有鑑於此，發明人經過長期觀察和研究發現，提供了一種軌道蓄能裝置與系統。該軌道蓄能裝置包括支座、槓桿以及蓄能終端，槓桿設置在支座上方並與支座轉動連接，槓桿包括第一端和第二端。該軌道蓄能裝置通過將槓桿的第二端與軌道的底部接觸，當軌道受到車輪載荷上下振動時帶動槓桿的第二端與第一端上下振動，從而將軌道的機械能通過槓桿的第二端傳遞至槓桿的第一端，蓄能終端將槓桿的第一端的機械能轉化為電能並存儲，從而合理的利用軌道受到車輪載荷上下振動產生的機械能，節能環保。
下面通過具體的實施例子並結合附圖對本發明做進一步的詳細描述。
請參閱圖1，本發明實施例提供的一種軌道蓄能裝置，包括支座101、槓桿102以及蓄能終端103，槓桿102設置在支座101上方並與支座101轉動連接。本實施例中，槓桿102與支座101的轉動連接方式可以為鉸鏈連接以及其他的一些轉動連接方式，在此並不做限制。支座101固定設置於軌枕或設置於安裝軌枕的路基。槓桿102包括第一端104和第二端105，蓄能終端103與槓桿102的第一端104連接，且支座101沿槓桿102方向到槓桿102的第一端104的距離大於支座101沿槓桿102方向到槓桿102的第二端105的距離，蓄能終端103用於對槓桿102的第一端104的機械能轉化為電能。具體地，本實施例中，蓄能終端103用於對軌道通過槓桿102的第二端105傳遞至槓桿102的第一端104的機械能轉化為電能並存儲。
如圖2所示，本實施例中，蓄能終端103可採用安裝盒106、線圈107、連接杆108、第一磁鐵109以及蓄電池。其中，安裝盒106固定且安裝盒106設置有開口，線圈107位於安裝盒106內且線圈107的兩端分別與安裝盒106的內壁連接，連接杆108的一端與槓桿102的第一端104連接，連接杆108的另一端穿過開口，且第一磁鐵109與連接杆108的另一端連接且第一磁鐵109位於線圈107內，線圈107與蓄電池電連接。
當軌道受到車輪載荷上下振動時帶動槓桿102的第二端105與第一端104上下振動，從而將軌道的機械能通過槓桿102的第二端105傳遞至槓桿102的第一端104，槓桿102的第一端104通過連接杆108帶動第一磁鐵109在線圈107內切割磁感線，從而使得線圈107內產生電流，由於蓄電池與線圈107電連接，因此電流流進蓄電池內存儲。進一步地，如圖3所示，該蓄能終端103還可以包括壓電材料層110，且槓桿102為彈性梁，如圖4所示，壓電材料層110包覆於彈性梁外，壓電材料層110與蓄電池電連接。由於槓桿102為彈性梁，當軌道受到車輪載荷上下振動時彈性梁會產生形變，壓電材料層110在受到壓力作用時會在兩端面間出現電壓，由於壓電材料層110包覆於彈性梁表面，在彈性梁產生形變時壓電材料層110受到壓力，從而產生電壓為蓄電池充電。通過第一磁鐵109在線圈107內切割磁感線以及壓電材料層110受到壓力時為蓄電池充電，可將軌道受到車輪載荷上下振動時產生的機械能高效的轉化為電能儲存。
另外，如圖5所示，蓄能終端103還可以採用安裝盒106、線圈107、第二磁鐵111、第三磁鐵112、壓電材料層110以及蓄電池，槓桿102為彈性梁，槓桿102的第一端104與安裝盒106的外壁連接，線圈107位於安裝盒106內且線圈107的兩端分別安裝盒106的內壁的連接，第二磁鐵111位於線圈107內且第二磁鐵111設置於線圈107的底部，第三磁鐵112位於線圈107內，第三磁鐵112與第二磁鐵111相對設置，且第三磁鐵112的靠近第二磁鐵111的磁極的極性與第二磁鐵111靠近第三磁鐵112的磁極的極性相同。壓電材料層110包覆於彈性梁外，壓電材料層110與蓄電池電連接。
當軌道受到車輪載荷上下振動時帶動槓桿102的第二端105與第一端104上下振動，從而帶動安裝盒106上下振動，由於第三磁鐵112的靠近第二磁鐵111的磁極的極性與第二磁鐵111靠近第三磁鐵112的磁極的極性相同，因此第三磁鐵112懸浮於第二磁鐵111的上方，當安裝盒106向上振動時，第二磁鐵111靠近第三磁鐵112，從而第二磁鐵111對第三磁鐵112的斥力增大，從而推動第二磁鐵111切割磁感線，從而使得線圈107內產生電流，由於蓄電池與線圈107電連接，因此電流流進蓄電池內存儲。通過第一磁鐵109在線圈107內切割磁感線以及壓電材料層110受到壓力時為蓄電池充電，可將軌道受到車輪載荷上下振動時產生的機械能高效的轉化為電能儲存。
本實施例中，如圖6所示，蓄能終端103也可採用固定件113、壓電材料層110以及蓄電池，固定件113固定安裝於路基、橋梁與隧道壁上等非軌道結構，槓桿102為彈性梁，槓桿102的第一端104與固定件113連接，壓電材料層110包覆於彈性梁外，壓電材料層110與蓄電池電連接。當軌道受到車輪載荷上下振動時，槓桿102會產生形變從而使得壓電材料層110為蓄電池充電，其原理請參照上述的描述。
本實施例中，如圖7所示，蓄能終端103還可以採用包覆有壓電材料層110的減振彈簧114，槓桿102的第一端104與減振彈簧114連接，且槓桿102的第一端104到減振彈簧114內徑的圓心的距離小於減振彈簧114的內徑的半徑。當軌道受到車輪載荷上下振動時帶動槓桿102的第二端105與第一端104上下振動，從而使得減振彈簧114壓縮或者拉伸，從而使得壓電材料層110產生形變，為蓄電池充電。
本實施例中，壓電材料層110可以採用壓電晶體層或壓電陶瓷層。
考慮到軌道會車輪載荷的作用下發生振動產生位移，如果軌道振動時的位移的最大幅值過大以及振動頻率過高，會對軌道造成一定的損壞，因此減小軌道的振動頻率很有必要。本實施例中，需要說明的是，由於軌道受到車輪載荷上下振動時產生的機械能的一部分轉化為電能儲存，從而蓄能終端103還可起到為軌道減振的作用。另外，當蓄能終端103採用包覆有壓電材料層110的減振彈簧114時，不僅可將軌道受到車輪載荷上下振動時產生的機械能的一部分轉化為電能儲存；另外當槓桿102的第一端104向上移動壓縮減振彈簧114時，減振彈簧114會給槓桿102施加方向相反的力，從而減小槓桿102的振動頻率；同理可得槓桿102的第一端104向下移動壓縮減振彈簧114時，減振彈簧114減小槓桿102的振動頻率，從而減小了軌道的振動頻率。
當蓄能終端103採用固定件113、壓電材料層110以及蓄電池且槓桿102採用彈性梁時，當槓桿102的第一端104軌道帶動向上移動時，由於槓桿102的第一端104被固定件113固定，槓桿102會向下彎曲，從而為軌道施加方向相反的力，並且支座101沿槓桿102方向到槓桿102的第一端104的距離大於支座101沿槓桿102方向到槓桿102的第二端105的距離，從而較優的減小軌道的振動頻率；同理當槓桿102的第一端104被軌道帶動向下移動時由於槓桿102的第一端104被固定件113固定，槓桿102會向上彎曲，從而為軌道施加方向相反的力，並且支座101沿槓桿102方向到槓桿102的第一端104的距離大於支座101沿槓桿102方向到槓桿102的第二端105的距離，從而較優的減小軌道的振動頻率。
如圖8所示，本發明實施例還提供了一種軌道蓄能系統，包括軌道116和上述實施例所述的軌道蓄能裝置，槓桿102的第二端105與軌道116的底部連接。槓桿102的第二端105與軌道116的底部的連接方式可以為接觸連接、固定連接以及鉸鏈連接，本實施例中優選鉸鏈連接。軌道蓄能系統還包括有多個軌枕115，多個軌枕115均與軌道116的底部連接且均等距離間隔設置，槓桿102的第二端105與相鄰兩個軌枕115的距離相等。由於每兩個軌枕115連線的中點為軌道116振動位移和振速最大的位置，因此將槓桿102的第二端105與軌道116與每兩個軌枕115連線的中點連接較佳。另外，在具體實施時，儘量將蓄能終端103設置於離軌道116較遠的路基，可避免蓄能終端103影響軌道結構的界限。
本發明實施例提供的一種軌道蓄能裝置與系統，通過將槓桿102的第二端105與軌道的底部接觸，當軌道116受到車輪載荷上下振動時帶動槓桿102的第二端105與第一端104上下振動，從而將軌道116的機械能通過槓桿102的第二端105傳遞至槓桿102的第一端104，蓄能終端103將槓桿102的第一端104的機械能轉化為電能並存儲，從而合理的利用軌道116受到車輪載荷上下振動產生的機械能，節能環保；並且可在軌道116振動時減小軌道116振動時的振動頻率，從而在一定程度上保護了軌道116不被損壞。
在本發明的描述中，還需要說明的是，除非另有明確的規定和限定，術語「設置」、「安裝」、「相連」、「連接」應做廣義理解，例如，可以是固定連接，也可以是可拆卸連接，或一體地連接；可以是機械連接，也可以是電連接；可以是直接相連，也可以通過中間媒介間接相連，可以是兩個元件內部的連通。對於本領域的普通技術人員而言，可以具體情況理解上述術語在本發明中的具體含義。
應注意到：相似的標號和字母在下面的附圖中表示類似項，因此，一旦某一項在一個附圖中被定義，則在隨後的附圖中不需要對其進行進一步定義和解釋。
在本發明的描述中，需要說明的是，術語「中心」、「上」、「下」、「左」、「右」、「豎直」、「水平」、「內」、「外」等指示的方位或位置關係為基於附圖所示的方位或位置關係，或者是該發明產品使用時慣常擺放的方位或位置關係，僅是為了便於描述本發明和簡化描述，而不是指示或暗示所指的裝置或元件必須具有特定的方位、以特定的方位構造和操作，因此不能理解為對本發明的限制。此外，術語「第一」、「第二」、「第三」等僅用於區分描述，而不能理解為指示或暗示相對重要性。
以上所述僅為本發明的優選實施例而已，並不用於限制本發明，對於本領域的技術人員來說，本發明可以有各種更改和變化。凡在本發明的精神和原則之內，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發明的保護範圍之內。
以上所述僅為本發明的優選實施例而已，並不用於限制本發明，對於本領域的技術人員來說，本發明可以有各種更改和變化。凡在本發明的精神和原則之內，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發明的保護範圍之內。應注意到：相似的標號和字母在下面的附圖中表示類似項，因此，一旦某一項在一個附圖中被定義，則在隨後的附圖中不需要對其進行進一步定義和解釋。
以上所述，僅為本發明的具體實施方式，但本發明的保護範圍並不局限於此，任何熟悉本技術領域的技術人員在本發明揭露的技術範圍內，可輕易想到變化或替換，都應涵蓋在本發明的保護範圍之內。因此，本發明的保護範圍應所述以權利要求的保護範圍為準。