专利名称：一种利用飞轮电池和抽吸力进行发电的铁路路灯的制作方法
技术领域：
本实用新型属于照明设备，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。
实用新型内容本实用新型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。本实用新型主要思路是: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。本实用新型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电池、路灯发光件和飞轮发电装置中的发电机连接；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摆动；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摆动；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。本实用新型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。
图1是本实用新型的使用状态示意图。图2是图1的运动状态示意图。图3是本实用新型的立体示意图。图4是本实用新型的局部剖视图。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10是飞轮电池的示意图。图11是本实用新型中的控制电路连接框图。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施方式
对本实用新型作进一步说明:参阅图4至图7，本实用新型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16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16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16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10)，一控制电路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从光敏检测单兀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16、内接式棘轮18、飞轮21和发电机的转子221一起转动，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。
权利要求1.一种利用飞轮电池和抽吸力进行发电的铁路路灯，其特征在于，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电池、路灯发光件和飞轮发电装置中的发电机连接；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。
2.如权利要求1所述的一种利用飞轮电池和抽吸力进行发电的铁路路灯，其特征在于，所述控制电路包括单片机及钮扣电池电源、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；所述整流电路分别与稳压电路和飞轮发电装置中的发电机连接，稳压电路、钮扣电池电源、光敏检测单元分别与单片机连接，单片机还分别与继电器、电力电子变换器连接；电力电子变换器与飞轮电池连接。
专利摘要本实用新型涉及一种利用飞轮电池和抽吸力进行发电的铁路路灯，其特点在于铁路沿线两旁的路灯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。有益效果是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。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。
文档编号F03G7/04GK203010481SQ20122070161
公开日2013年6月19日 申请日期2012年12月18日 优先权日2012年12月18日
发明者冯静 申请人:冯静