基于电气化铁路上机车车辆上的发电装置和铁路运载工具的制作方法

本发明涉及轨道交通领域，具体而言，涉及一种基于电气化铁路上机车车辆上的发电装置和铁路运载工具。

背景技术：

随着铁路货物列车编组数量、载重量增加，以及有特殊需求的货物列车的发展，电空制动、防滑技术、车辆定位、轴温监测、信息通讯等技术在铁路货车上的应用需求不断增加。传统铁路货车对电力的需求日渐增长。

发明人研究发现，现有的铁路车辆采用的小功率发电装置其结构复杂、安全可靠性相对较差、维护和制造成本较高。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种基于电气化铁路上机车车辆上的发电装置，其能够有效地改善上述的技术问题。

本发明的目的在于还提供了一种铁路运载工具，包括上述提到的基于电气化铁路上机车车辆上的发电装置，并且具有该基于电气化铁路上机车车辆上的发电装置的全部功能。

本发明的实施例是这样实现的：

第一方面，实施例提供一种基于电气化铁路上机车车辆上的发电装置，安装在与电力机车连接的铁路车辆上，所述电力机车、铁轨以及接触网之间形成用于产生交变磁场的电路回路，所述发电装置包括环形件，所述环形件的环形空间用于使所述交变磁场的磁力线穿过且在所述环形件上产生电流。

在可选的实施方式中，所述环形件包括一个金属线圈，所述金属线圈的一端用于输出或输入电流,所述金属线圈的另一端用于输入或输出电流，以与电流处理装置形成电路回路；

或，所述环形件包括多个并排设置的金属线圈，多个所述金属线圈依次串联电连接，其中一个所述金属线圈的一端用于输出或输入电流，其中另一个所述金属线圈的一端输入或输出电流，以形成电路回路；

或，多个所述金属线圈并联电连接，多个所述金属线圈并联形成的两个公共端用于分别输入和输出电流，以形成电路回路。

在可选的实施方式中，所述金属线圈的轴线用于与竖直平面垂直，其中，所述铁轨的延伸方向位于所述竖直平面内。

在可选的实施方式中，所述环形件包括金属杆、第一导线和第二导线，所述金属杆用于在运动时，切割所述交变磁场的磁力线，所述第一导线的一端与所述金属杆的一端电连接，所述第一导线的另一端用于与所述负载电连接，所述第二导线的一端与所述金属杆的另一端电连接，所述第二导线的另一端用于与所述负载电连接。

在可选的实施方式中，所述环形件的数量为多个，多个所述环形件用于同时设置在铁路轨道的外侧或内侧。

在可选的实施方式中，所述环形件还包括与所述第一导线电连接的第三导线和与所述第二导线电连接第四导线，所述金属杆的数量为多个，多个所述金属杆并排且间隔设置，所述第三导线同时与多个所述金属杆电连接，所述第四导线同时与多个所述金属杆电连接，以使多个所述金属杆并联电连接。

在可选的实施方式中，所述金属杆的数量为多个，多个所述金属杆依次串联电连接，其中一个所述金属杆与所述第一导线电连接，其中另一个所述金属杆与所述第二导线电连接。

在可选的实施方式中，所述发电装置还包括电流处理装置，所述电流处理装置同时与所述环形件和负载电连接，所述环形件中产生的电流用于被所述电流处理装置进行处理，所述电流处理装置用于对所述环形件产生的电流进行整流、稳压、滤波和存储处理，并向负载供电。

第二方面，实施例提供一种铁路运载工具，包括铁路车辆和前述实施方式任一项所述的基于电气化铁路上机车车辆上的发电装置，所述发电装置设置在所述铁路车辆上，用于对所述铁路车辆上的负载供电。其中，铁路车辆包括有铁路货车。

在可选的实施方式中，所述铁路车辆的数量为多个，多个所述铁路车辆依次连接，每个所述铁路车辆上均可设置有所述发电装置。

本发明实施例的有益效果包括，例如：

本发明实施例提供了一种基于电气化铁路上机车车辆上的发电装置，交变磁场的磁力线穿过环形件的环形空间，环形件上能够产生感应电流，从而能够对负载进行供电。该基于电气化铁路上机车车辆上的发电装置利用电力机车、接触网和铁轨之间产生的交变磁场进行发电，其结构简单、安全可靠性高、维护和制造成本低。该铁路车辆包括车辆车厢和转向架，转向架包括滚轮，滚轮可相对于转向架和车辆车厢转动，发电装置固定安装在车辆车厢内，这样，铁路车辆移动时，发电装置相对于车辆车厢不容易产生移动或晃动，能够保持良好的稳定性。

本发明实施例还提供了一种铁路运载工具，包括上述提到的基于电气化铁路上机车车辆上的发电装置，该铁路运载工具同样能够利用交变磁场进行发电，其结构简单、安全可靠性高、维护和制造成本低。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为本发明实施例提供的铁路运载工具放置在铁轨上的结构示意图；

图2为本发明实施例提供的第一种发电装置的结构示意图；

图3为本发明实施例提供的金属线圈在铁轨上方的结构示意图；

图4为本发明实施例提供的第二种发电装置的结构示意图；

图5为本发明实施例提供的金属杆与铁轨之间的相对位置示意图。

图标：1-铁路运载工具；11-电力机车；121-铁路车辆；122-发电装置；1221-环形件；12211-金属线圈；12212-金属杆；12213-第一导线；12214-第二导线；12215-第三导线；12216-第四导线；1222-电流处理装置；2-接触网；3-牵引变电所；4-铁轨；6-交变磁场；7-负载。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

此外，术语“水平”、“竖直”等术语并不表示要求部件绝对水平或悬垂，而是可以稍微倾斜。如“水平”仅仅是指其方向相对“竖直”而言更加水平，并不是表示该结构一定要完全水平，而是可以稍微倾斜。

在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

相关技术中，铁路车辆采用的发电方法主要有振动发电、风力发电、太阳能发电、轴端发电、机车供电、柴油机发电等，但上述方法使用时都存在一定的不足。振动发电装置结构复杂，发电效率低；风力发电装置只能安装在车体底部，且需要大面积的收集风力装置，易损坏；轴端发电需要在车轴上增加附属传动装置，且机械传动和发电会产生热，给车辆运行安全带来一定影响；由机车供电时车辆间的电线连接可靠性差，增加了车辆的连挂和解编工作量，降低了铁路车辆运用效率，实现起来较为困难；柴油机发电成本高，并需要专门的运用维护，全安性差，铁路货车上使用柴油机发电受到一定限制，太阳能在铁路货车上使用安装受限、易损，并受天气影响。

综上，发明人研究发现，相关技术中，铁路车辆采用的发电装置存在结构复杂、制造和维护成本较高的问题。

请参照图1，本实施例提供了一种铁路运载工具1，包括铁路车辆121和基于电气化铁路上机车车辆上的发电装置，一般地，铁路车辆121与电力机车11连接，该电力机车11设置在铁轨4上时，电力机车11、铁轨4和接触网2之间能够形成电路回路。

具体的，请参照图1，在本实施例中，电流从牵引变电所3输出至接触网2，电流通过接触网2到达电力机车11，然后通过电力机车11输送到铁轨4上，最后从铁轨4回到牵引变电所3，从而形成电路回路。

可以理解的是，在实际使用过程中，从牵引变电所3输出的电流为交流电，因此，该电路回路能够产生交变磁场6。

请参照图1和图2，在本实施例中，该基于电气化铁路上机车车辆上的发电装置包括环形件1221，铁路车辆121与电力机车11连接，环形件1221与铁路车辆121连接，环形件1221的环形空间用于使交变磁场6的磁力线穿过且在环形件1221上产生电流。

需要说明的是，在本实施例中，由于环形件1221设置在交变磁场6内，不论铁路车辆121是否处于运动状态，通过环形件1221的磁通量均会发生变化。也就是说，在本实施例中，不论铁路车辆121是否处于运动状态，该环形件1221内均能够产生感应电流。

这样，环形件1221与电流处理装置1222电连接，环形件1221内产生的感应电流通过电流处理装置1222处理能够对铁路车辆121上的负载7进行供电。

可以理解的是，在本实施例中，环形件1221选用导电的金属材料。

需要说明的是，本实施例中的环形件1221，通过铁轨4周围存在的交变磁场6，能够实现发电，其结构简单、安全可靠性高、维护和制造成本低。

另外，需要说明的是，在实际的轨道交通中，电力机车11与铁路车辆121之间经常发生安装和拆卸动作，在本实施例中，环形件1221设置在铁路车辆121上，这样，不需要从电力机车11内接线，电力机车11与铁路车辆121之间的安装和拆卸涉及不到该发电装置122。

请参照图1，在本实施例中，铁路车辆121的数量为多个，多个铁路车辆121依次连接，每个铁路车辆121上均设置有发电装置122。这样，每个铁路车辆121上的发电装置122能够对每个铁路车辆121上的负载7进行单独的供电，可以针对不同铁路车辆121上的不同需求进行针对性供电。

当然了，在其它实施例中，发电装置122的数量也可以为一个，一个发电装置122能够同时对多个铁路车辆121上的负载7进行供电。

需要说明的是，上述的负载7可以是报警器、安全检测仪器、电子防滑系统等用电量不大的装置。

具体的，请参照图2，图2为本实施例提供的第一种发电装置发电装置122的结构示意图，在第一种发电装置122中，该环形件1221包括多个并排设置的金属线圈12211，多个金属线圈12211依次串联电连接，其中一个金属线圈12211的一端用于与电流处理装置1222的一个输入端电连接，其中另一个金属线圈12211的一端用于与电流处理装置1222的另一个输入端电连接。可以理解的是，在本实施例中，多个金属线圈12211依次串联电连接，金属线圈12211的匝数增多，能够增大感应电流值，能够为更大的负载7进行供电。

当然了，在其它实施例中，金属线圈12211的数量也可以为一个、两个等。

需要说明的是，在其它实施例中，多个金属线圈12211也可以并排设置，多个金属线圈12211之间并联电连接，多个金属线圈12211的一个公共端与电流处理装置1222的一个输入端电连接，多个金属线圈12211的另一个公共端与电流处理装置1222的另一个输入端电连接。

请参照图2和图3，在本实施例中，金属线圈12211的轴线与竖直平面垂直。这样，当磁场变化时，能够使金属线圈12211内产生更大的感应电流。

需要说明的是，在本实施例中，铁轨4的延伸方向位于竖直平面内，竖直方向为铁轨4在实际运用场景中的高度方向，即本实施例图2中的上下方向。

请参照图2，在本实施例中，该发电装置122还包括电流处理装置1222，电流处理装置1222同时与环形件1221和负载7电连接，环形件1221中产生的电流用于通过电流处理装置1222进行处理并向负载7供电，电流处理装置1222用于对环形件1221产生的电流进行整流、稳压、滤波和存储处理。

可以理解的是，在本实施例中，环形件1221中产生的感应电流先经过电流处理装置1222进行处理，由电流处理装置1222向负载7供电。

具体的，在本实施例中，电流处理装置1222可以包括整流器、稳压器、滤波器和蓄电池等。需要说明的是，整流器、稳压器、滤波器和蓄电池等结构在现有技术中均有涉及，这里就不再赘述。另外，整流器、稳压器、滤波器和蓄电池之间的连接电路，在现有的电流处理系统中也均有涉及，这里不再赘述。

请参照图4和图5，图4为本实施例提供的第二种发电装置122的结构示意图，需要说明的是，在本实施例中，第二种发电装置122与第一种发电装置122的区别在于，第二种发电装置122中的环形件1221包括金属杆12212、第一导线12213和第二导线12214，金属杆12212用于在铁路车辆121运动时，切割交变磁场6的磁力线，第一导线12213的一端与金属杆12212的一端电连接，第一导线12213的另一端用于与负载7电连接，第二导线12214的一端与金属杆12212的另一端电连接，第二导线12214的另一端用于与负载7电连接。

可以理解的是，在本实施例中，铁路车辆121运动过程中，金属杆12212能够切割交变磁场6中的磁力线，从而产生感应电流。值得注意的是，在本实施例中，第二种发电装置122更倾向用于铁路车辆121运动过程中，使用金属杆12212切割磁力线以产生感应电流。而第一种发电装置122更倾向用于铁路车辆121静止时，通过交变磁场6本身变化，使得通过金属线圈12211的磁通量变化而产生感应电流。

具体的，请参照图4，在本实施例中，环形件1221还包括与第一导线12213电连接的第三导线12215和与第二导线12214电连接第四导线12216，金属杆12212的数量为多个，多个金属杆12212并排且间隔设置，第三导线12215同时与多个金属杆12212电连接，第四导线12216同时与多个金属杆12212电连接，以使多个金属杆12212并联电连接。

可以理解的是，多个金属杆12212并联电连接，多个金属杆12212产生的电流能够汇合于第一导线12213和第二导线12214，这样，能够增大用于对负载7供电的感应电流值。

需要说明的是，在其它实施例中，多个金属杆12212也可以依次串联电连接，其中一个金属杆12212与第一导线12213电连接，其中另一个金属杆12212与第二导线12214电连接。请参照图4和图5，在第二种发电装置122中，环形件1221的数量为多个，多个环形件1221用于同时设置在铁路轨道的外侧或内侧。

可以理解的是，在实际使用环境中，铁路轨道由两条铁轨4形成。在本实施例中，铁路轨道的内侧即为两条铁轨4之间的区域，铁路轨道的外侧即为不位于两条铁轨4之间的外部区域。

需要说明的是，在其它实施例中，也可以是，部分的环形件1221设置在铁路轨道的外侧，另一部分的环形件1221设置在铁路轨道的内侧。但是，这样由于铁路轨道的外侧的磁场方向和铁路轨道的内侧和磁场方向不同，会产生方向不同的感应电流，会降低感应电流值的大小。

需要说明的是，在其它实施例中，在第一种发电装置122中，也可以是，环形件1221的数量为多个，多个环形件1221用于同时设置在铁路轨道的外侧或内侧。

需要说明的是，请参照图4，在本实施例中，第二种发电装置122也包括有电流处理装置1222，其原理与上述的第一种发电装置122中的电流处理装置1222和原理相同，这里就不再赘述。

以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。