利用飛輪電池和抽吸力進行發電的鐵路路燈及其使用方法
2023-04-23 05:49:56
專利名稱：利用飛輪電池和抽吸力進行發電的鐵路路燈及其使用方法
技術領域：
本發明屬於照明設備，尤其是涉及一種利用自然能源發電的路燈。
背景技術：
為了節約能源，保護環境，目前已經出現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，特別適用於鐵路沿線的照明。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定的。比如，連續的陰雨天，太陽能路燈的供電就成了問題。連續的無風或微風天氣，風能路燈就會停止工作。研究一種利用穩定的自然能源供電的鐵路沿線的路燈，成為一個重要課題。現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，廢棄電池也會對環境造成汙染，這種狀態也有待改進。另一值得注意的現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高速列車所傷害。因為高速列車快速通過時所產生的高速氣流，會對鐵路兩旁的人或物產生抽吸效應，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。這個現象可以根據伯努利原理解釋，流速越快，壓強越低，因此靠近列車的人或物會被從高壓區推向(吸向)低壓區。
發明內容
本發明的目的是針對上述自然能源發電的路燈的不足之處，提出一種具有穩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生的；這種自然能源且是穩定的，因為每日運行的列車班次數量是相當穩定的。本發明主要思路是鐵路沿線兩旁的路燈增設了以抽吸力為動力的擺動裝置和飛輪發電裝置，當高速列車通過時，擺動裝置得到抽吸力而擺動，擺動力使飛輪發電裝置儲能並同時發電，發出的電儲存在一個飛輪電池中，到了夜間，控制電路發訊，飛輪電池供電於路燈發光件照明。本發明具體技術方案是這樣實現的該路燈包括
擺動裝置，其包括設在路燈立柱前部的抽吸板和支架，路燈立柱上部兩側的兩根鏈條、兩隻鏈輪、平衡重塊、兩隻變速器、兩塊支板、兩隻內接式棘輪；支架一端與抽吸板固連，另一端與路燈立柱下部鉸接；兩隻變速器分別通過兩塊支板固定於路燈立柱兩側，所述變速器的輸入端連接鏈輪，鏈輪中設有棘輪；每個鏈輪上均嚙合一根鏈條，每根鏈條的一端連接於抽吸板上部，另一端連接於平衡重塊；變速器的輸出端與一內接式棘輪連接；該擺動裝置與飛輪發電裝置相連接，並為飛輪發電裝置提供動力；
飛輪發電裝置，其包括兩隻飛輪和一發電機及其支撐板；位於路燈立柱內的發電機的轉子的兩端部分別與飛輪連接；含有發電機定子的外殼通過支撐板固定於路燈立柱內部；所述飛輪與擺動裝置中的內接式棘輪連接；該飛輪發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電裝置中的發電機、飛輪電池及路燈發光件連接；該飛輪電池單元為路燈發光件提供電力；
路燈組件，其包括路燈發光件和路燈立柱，路燈發光件裝在路燈立柱上部，並與控制電路通過導線電連接，所述路燈發光件由飛輪電池單元發出的電能發光照明；
使用上述裝置的方法當列車經過路燈時，列車與抽吸板之間的氣流加快，壓強降低，從而對抽吸板產生抽吸力，使抽吸板和支架向列車運動；抽吸板上部拉動鏈條，以此帶動鏈輪、變速器、內接式棘輪、飛輪和發電機的轉子一起運轉，飛輪儲存機械動能並利用其轉動慣性帶動發電機發電，發電機發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；
列車通過路燈後，抽吸力消失，平衡重塊的重力拉動鏈條，使抽吸板回復到原來的狀態，以備下一次被抽吸力吸引而運動；飛輪儲存的機械動能逐漸減少，飛輪的轉速逐漸降低而不再有效發電；
下一趟列車經過時，由上述裝置再一次發電，並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於路燈發光件照明；當控制電路中的光敏傳感器件檢測到環境亮度充足時，通過控制電路關閉飛輪電池的發電，路燈發光件熄滅；飛輪電池繼續儲存機械動能；
如此周而復始，上述裝置依靠列車產生的抽吸力發電，給鐵路兩旁的路燈發光件供電照明。本發明的特點和有益效果是
一、利用高速列車行駛時所產生的抽吸力發電，提供鐵路路燈照明的穩定和環保的電力。避免了現有的風能和太陽能路燈電力不穩定的缺點。也節約了公共電網的電力資源。二、利用飛輪電池儲存發電的能量，代替化學蓄電池儲存電力，避免了化學電池的環境汙染，也避免了化學電池壽命短，須經常維護的缺點。
圖1是本發明實施例1的使用狀態示意圖。圖2是圖1的運動狀態示意圖。圖3是本發明實施例1的立體示意圖。圖4是本發明實施例1的局部剖視圖。圖5是圖4中的A部放大圖。圖6是圖4的正視圖。圖7是圖6中的B部放大圖。圖8是內接式棘輪的結構示意圖。圖9是圖1中的C部放大圖。圖10是飛輪電池的示意圖。圖11是本發明實施例1中的控制電路連接框圖。圖12是實施例2的示意圖。
圖13是圖12中的K部放大圖。
具體實施例方式下面結合附圖和具體實施方式
對本發明作進一步說明
實施例1，參閱圖4至圖7，本發明主要是在鐵路沿線兩旁的路燈上增設一個以抽吸力為動力的擺動裝置，當高速列車通過時，擺動裝置得到抽吸力而擺動，擺動力使一個飛輪發電裝置儲能並同時發電，發出的電儲存在一個飛輪電池中，到了夜間，控制電路發訊，飛輪電池供電於路燈發光件照明。所述擺動裝置主要包括設在路燈立柱前部的抽吸板11和支架12，路燈立柱上部兩側的兩根鏈條13、兩隻鏈輪14、平衡重塊15、兩隻變速器16、兩塊支板17、兩隻內接式棘輪18。支架12—端與抽吸板11固連，另一端與路燈立柱41下部鉸接；當列車經過時，抽吸板11得到抽吸力，這兩個固連在一起的零部件可以繞所述鉸接處朝列車方向擺動。擺動的幅度，由設在路燈立柱上的上限位杆91和下限位杆92控制(參見圖3和圖9)。抽吸力的大小與抽吸板11的面積基本上成正比，也就是說，抽吸板11越大，獲得的抽吸力也越大。當列車通過後，抽吸力消失，平衡重塊15的重量通過鏈條13，將抽吸板11恢復到初始位置，以備下一次的擺動。兩隻變速器16分別通過兩塊支板17分別固定於路燈立柱41兩側，所述變速器16的輸入端連接鏈輪14，每個鏈輪14上均嚙合一根鏈條13，每根鏈條13的一端連接於抽吸板11上部，另一端連接於平衡重塊15 ;鏈輪14中設有棘輪(未畫出);該鏈輪類似於自行車後輪中的含有棘輪的鏈輪。當鏈條13帶動鏈輪14逆時針方向轉動時，也帶動變速器16的輸入軸一起同方向轉動；當鏈輪14順時針方向轉動時，由於棘輪的防逆功能，變速器16的輸入軸不隨鏈輪14轉動。變速器16的輸出端與一內接式棘輪18連接，內接式棘輪18與飛輪21連接，參見圖8 ;變速器16的作用在於將鏈輪14的轉速進一步提高，使飛輪21有一個較高的角速度和機械動能。內接式棘輪18的作用是當飛輪21被推動後，飛輪21依靠其較大的轉動慣性持續轉動，而變速器16不再跟隨轉動，以免消耗飛輪21的機械動能。飛輪發電裝置主要包括兩隻飛輪21和一發電機22及其支撐板23 ;位於路燈立柱41內的發電機的轉子221的兩端部分別與一飛輪21連接；含有發電機定子的外殼222通過支撐板23固定於路燈立柱41內部；發電機22依靠飛輪21的儲存的機械動能在一段時間內持續發電。發電機22為飛輪電池單元提供電力；該飛輪發電裝置類似於飛輪電池，不同的是飛輪電池是充電儲能的，其外部是一個真空盒，發電的持續時間較長。而所述飛輪發電裝置是由機械驅動儲能，不能在真空盒內運行，其在運行過程中，因為風耗、摩擦等原因，發電的持續時間較短。飛輪電池單元，其包括一飛輪電池3 (參見圖10)，一控制電路5 (實物未畫出);該飛輪電池單元為路燈發光件4提供電力；公知典型的飛輪電池3參見圖10，其由飛輪電池的飛輪311、軸承312、飛輪電池的電動/發電機313和真空室314四個主要組件構成。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淨效率可達95%左右。所述飛輪電池的電動/發電機313是電動發電互逆式雙向電機。電力電子變換器55從外部輸入電能,驅動飛輪電池的電動機旋轉,飛輪電池的電動機帶動飛輪電池的飛輪旋轉，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電機旋轉，將機械動能轉化為電能，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通常是應用MOSFETT和IGBT組成的雙向逆變器。所述控制電路5參見圖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分別與飛輪發電裝置中的發電機22和穩壓電路54連接，穩壓電路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3連接；飛輪發電裝置中的發電機22發出的電，經整流電路53的整流，再經穩壓電路54的穩壓，通過單片機51的控制，經過電力電子變換器55驅動飛輪電池的電動機313轉動，飛輪電池的電動機313帶動飛輪電池的飛輪311旋轉，飛輪電池的飛輪311儲存機械動能；當單片機51從光敏檢測單兀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和飛輪電池發電，單片機同時也控制導通繼電器56，飛輪電池3發出的電經電力子變換器55、單片機51和繼電器56供電於路燈發光件4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3停止發電，同時也閉合繼電器56，路燈發光件4熄滅。如果由時間設定單元代替光敏檢測單元，也可以實現路燈的自動啟閉。光敏檢測單元或時間設定單元這類控制電路，均是公知的電路。上述飛輪電池3和控制電路5均是所屬技術領域的技術人員所熟識的，不再詳細累述。路燈組件，其包括路燈發光件4和路燈立柱41，路燈發光件4裝在路燈立柱41上部，並與控制電路中的繼電器56通過導線電連接，該路燈組件中的路燈發光件由飛輪電池單元發出的電能發光照明；
綜上所述，使用上述裝置的方法當列車經過路燈時，列車與抽吸板之間的氣流加快，壓強降低，從而對抽吸板11產生抽吸力，使抽吸板11和支架12向列車擺動；抽吸板11上部拉動鏈條13，以此帶動鏈輪14、變速器16、內接式棘輪18、飛輪21和發電機的轉子221一起轉動，飛輪21儲存機械動能並利用其轉動慣性帶動發電機22發電，發電機22發出的電通過控制電路5將電能變換成機械動能儲存在飛輪電池3中；
列車通過路燈後，抽吸力消失，平衡重塊15的重力拉動鏈條13，使抽吸板11回復到原來的狀態，以備下一次被抽吸力吸引而擺動；飛輪21儲存的機械動能逐漸減少，飛輪21的轉速逐漸降低而不再有效發電；
下一趟列車經過時，由上述裝置再一次發電，並由電能變換成機械動能儲存在飛輪電池3中；如此周而復始，飛輪電池3中逐漸積累機械動能；當控制電路5中的光敏傳感器件檢測到環境亮度不足時，通過控制電路5啟動飛輪電池3將機械動能變換成電能供電於路燈發光件4照明；當控制電路5中的光敏傳感器件檢測到環境亮度充足時，通過控制電路5關閉飛輪電池3的發電，路燈發光件4熄滅；飛輪電池3繼續儲存機械動能；
如此周而復始，上述裝置依靠列車產生的抽吸力發電，給鐵路兩旁的路燈發光件4供電照明。實施例2、用平動裝置代替實施例1中所述的擺動裝置也可以實現發電目的 參見圖12和圖13，所述平動裝置的零部件基本上與擺動裝置相同，它包括設在路燈立
柱41前部的抽吸板11和支架12，路燈立柱41上部兩側的兩根鏈條13、兩隻鏈輪14、平衡重塊15、兩隻變速器16、兩塊支板17、兩隻內接式棘輪18 ;不同的是支架12 —端與抽吸板11固連，支架12下部設有多隻滾輪101，路燈立柱41下部固定一設有滑槽102的底框103，當抽吸板11受到抽吸力時，滾輪101支承著支架12和抽吸板11在滑槽102內向前滾動，以此帶動鏈條13和鏈輪14運動。以下零部件與擺動裝置相同兩隻變速器16分別通過兩塊支板17固定於路燈立柱41兩側，所述變速器16的輸入端連接鏈輪14，鏈輪中設有棘輪；每個鏈輪14上均嚙合一根鏈條13，每根鏈條13的一端連接於抽吸板11上部，另一端連接於平衡重塊15 ;變速器16的輸出端與一內接式棘輪18連接。其餘的飛輪發電裝置、飛輪電池單元、路燈組件，與實施例1相同。
權利要求
1.一種利用飛輪電池和抽吸力進行發電的鐵路路燈的使用方法，其特徵在於，該路燈包括 擺動裝置，其包括設在路燈立柱前部的抽吸板和支架，路燈立柱上部兩側的兩根鏈條、兩隻鏈輪、平衡重塊、兩隻變速器、兩塊支板、兩隻內接式棘輪；支架一端與抽吸板固連，另一端與路燈立柱下部鉸接；兩隻變速器分別通過兩塊支板固定於路燈立柱兩側，所述變速器的輸入端連接鏈輪，鏈輪中設有棘輪；每個鏈輪上均嚙合一根鏈條，每根鏈條的一端連接於抽吸板上部，另一端連接於平衡重塊；變速器的輸出端與一內接式棘輪連接；該擺動裝置與飛輪發電裝置相連接，並為飛輪發電裝置提供動力； 飛輪發電裝置，其包括兩隻飛輪和一發電機及其支撐板；位於路燈立柱內的發電機的轉子的兩端部分別與飛輪連接；含有發電機定子的外殼通過支撐板固定於路燈立柱內部；所述飛輪與擺動裝置中的內接式棘輪連接；該飛輪發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電裝置中的發電機、飛輪電池及路燈發光件連接；該飛輪電池單元為路燈發光件提供電力； 路燈組件，其包括路燈發光件和路燈立柱，路燈發光件裝在路燈立柱上部，並與控制電路通過導線電連接，所述路燈發光件由飛輪電池單元發出的電能發光照明； 使用上述裝置的方法當列車經過路燈時，列車與抽吸板之間的氣流加快，壓強降低，從而對抽吸板產生抽吸力，使抽吸板和支架向列車運動；抽吸板上部拉動鏈條，以此帶動鏈輪、變速器、內接式棘輪、飛輪和發電機的轉子一起運轉，飛輪儲存機械動能並利用其轉動慣性帶動發電機發電，發電機發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； 列車通過路燈後，抽吸力消失，平衡重塊的重力拉動鏈條，使抽吸板回復到原來的狀態，以備下一次被抽吸力吸引而運動；飛輪儲存的機械動能逐漸減少，飛輪的轉速逐漸降低而不再有效發電； 下一趟列車經過時，由上述裝置再一次發電，並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於路燈發光件照明；當控制電路中的光敏傳感器件檢測到環境亮度充足時，通過控制電路關閉飛輪電池的發電，路燈發光件熄滅；飛輪電池繼續儲存機械動能； 如此周而復始，上述裝置依靠列車產生的抽吸力發電，給鐵路兩旁的路燈發光件供電照明。
2.如權利要求1所述的利用飛輪電池和抽吸力進行發電的鐵路路燈的使用方法，其特徵是用平動裝置代替所述的擺動裝置； 所述平動裝置包括設在路燈立柱前部的抽吸板和支架，路燈立柱上部兩側的兩根鏈條、兩隻鏈輪、平衡重塊、兩隻變速器、兩塊支板、兩隻內接式棘輪；支架一端與抽吸板固連，支架下部設有多隻滾輪；路燈立柱下部固定一底框，底框中設有供所述滾輪運動的滑槽； 兩隻變速器分別通過兩塊支板固定於路燈立柱兩側，所述變速器的輸入端連接鏈輪，鏈輪中設有棘輪；每個鏈輪上均嚙合一根鏈條，每根鏈條的一端連接於抽吸板上部，另一端連接於平衡重塊；變速器的輸出端與一內接式棘輪連接。
全文摘要
本發明涉及一種利用飛輪電池和抽吸力進行發電的鐵路路燈及其使用方法，其特點在於鐵路沿線兩旁的路燈增設一個以抽吸力為動力的擺動裝置，當高速列車通過時，擺動裝置得到抽吸力而擺動，擺動力使一個飛輪發電裝置儲能並同時發電，發出的電儲存在一個飛輪電池中。到了夜間，控制電路發訊，飛輪電池供電於鐵路兩旁的路燈發光照明。有益效果是利用高速列車行駛時所產生的抽吸力發電，提供鐵路路燈照明的穩定和環保的電力。避免了現有的風能和太陽能路燈電力不穩定的缺點。也節約了公共電網的電力資源。利用飛輪電池儲存發電的能量，代替化學蓄電池儲存電力，避免了化學電池的環境汙染，也避免了化學電池壽命短，須經常維護的缺點。
文檔編號F21V23/04GK103032804SQ20121055077
公開日2013年4月10日 申請日期2012年12月18日 優先權日2012年12月18日
發明者馮靜 申請人:馮靜