铁路列车换能技术的制作方法

专利名称：铁路列车换能技术的制作方法
技术领域：
铁路机车、列车 本发明的技术背景众所周知，铁路列车运载能力强大，是当今陆地上最大的运载工具。同时，其占地及其附属设施也是巨大的，每一节铁轨、路枕及其路基所形成的铁道线，多年来只是供列车行驶之用。但是，巨大的铁路路基和强大的列车之间有着很大的潜在经济效益，应当加以发掘和应用，实现铁路列车更高的应用和经济价值。
本发明的理念是针对上述铁路修建和使用的方法，根据《能量守恒与转化定律》加
以精细化应用，更加科学的使用宝贵的能源和铁路技术，将铁路、列车所蕴含的能量提炼出
来，使其能源的来源更加接近自然、和谐自然。尤其在当今已经具备修建高速铁路网的条件
下，更加适合本发明的应用，同时，这也会提升全国高速铁路的经济和运营价值。 本发明技术的详细内容 第一、本发明要解决的问题 1.铁路机车尤其快速动车的驱动力是由电力通过电动机来实现的，(当然还有应用燃油或其他动力方法的机车)。完成全列车的运行要消耗掉电力转化成的运动能量，也即完成了运输或称为完成了做功，其消耗的能量转化成了相应的动能。本发明要在其这一动能做功的时候，将其动能同时再转换回电能，这中间虽然不能实现百分之百的能量转化，但本着节约能源，减少浪费，实现尽可能的科学化应用自然资源的原则，来优化铁路科学应用技术。 2、从投入与产出的价值观来看庞大的铁道线和巨大的列车是铁路的基本特色，同时，也使铁路具备了将动能二次转化成电能的现成条件。比较而言，列车相对汽车等其他运载工具来讲，具有单位匀速运行时间较长，一般均可达到20分钟以上，甚至有的可达若干小时。本技术是在保证列车正常安全运行和未超出载荷能力的前提条件下，将运行中的列车动能通过增设的特殊发电设备，再次转化提炼出潜在的电能，并就地供给列车自身用电单位使用，使铁路运输更加接近自然、能源的使用技术方法更加严谨。
第二 .本发明所采用的技术方案
本发明的技术原理由三部分共同组成 第一 制造列车载特异型发电机原理以电磁感应定律等科学理论为原理制造的本发电机是由定子、转子、授风扇叶和定子支撑轴承架为主要组成部分。列车在运行时所带动的周边空气的流动，将推动本机的授风扇叶旋转，同时带动与之连接在一起的转子旋转，切割磁力线，发出电能； 第二 必须选择列车上的专用位置按照这种发电机的基本工作原理，选择列车
上最容易、能大量获得快速流动空气的地方安装使用。列车的底部空间部位或者列车顶部
任何位置皆是本发电机是最理想的工作位置，能够获得最佳的工作效能； 第三列车除驱动力和必要的能源供给之外，任何生活、办公性用电设备的用电来
源都可为本机产生，因此，本发电机在全部列车的运营过程中的能源供给将占有重要的地位。 具体技术方法如下
—.列车载特异型发电机制造 方法本发电机的定子、转子仍然延用当今的发电机科学技术理论，所特殊的是本发电机需要同时设计和安装获得流动空气的授风扇叶，1.特异型发电机定子的磁场环境是由N和S极线圈形成，其在通电下即可产生磁场，断电时磁场消失，达到按需使用的目地，特别是列车在非常情况下，能够及时掌控和操作。2.本机转子的两端中心点为延长出来的轴辊，称为"中心轴辊"，其与定子支撑轴承连接点处做出适当的延长， 一般视需要保持在lOOmm以下即可，在此延长轴辊部分安装专用授风扇叶，并牢固的连接在一起(做到可拆卸)。必要时也可在此轴辊与授风扇叶的连接点再次做延长，用以加装另一个支撑轴承架，用以获得更好的旋转稳定性。也可直接将授风扇叶装在转子的轴辊外侧，并一起连接到支撑轴承架上，较之方法2比较紧凑一些。3.每台发电机转子两端各有一扇，特别说明的是为了捕获更多的风能，也可按需要进行多扇安装，这时其扇叶的直径可做相应縮小，这样有利于安装的空间。当列车运动的速度达到50km/h以上或更快速度时，造成了其周边的空气快速流动，利用这种风能驱动授风扇叶，带动转子旋转切割磁力线，发出电能。
技术要求1.特种异型发电机的技术要求要充分考虑到安装环境的空间限制和使用环境因素。成品本机外观应成相对细长型状，长度可在800-1000mm，相对厚度应在300-350mm(含授风扇叶直径)，带有一定的流线型，外壳预留供发电机散热的流通空气通道口 ，防雨水、防雷击、防火、具有减震配置，发电机机身与授风扇叶构成一个安装整体(但扇叶部分与发电机本体是可拆卸的)，除预留的一些与外界连接的端子、线头外，其整机应能牢固安装在车体上，安装或拆卸应当很容易；2.本机的定子N、 S极磁场是由纯铁-软磁物质与励磁线圈组成的线圈设备，线圈通电后在铁芯内建立磁场，而断电后该磁场不能继续保持，线圈匝数、电流大小、电刷等具体部件、数据和方法，可应用当代电机制造成熟技术加以规范选择，本文不作硬性规定而特别提出；3、转子不可过于沉重，否则，会增加列车行进时的阻力，以列车运行速度为50km/h为基本点，来设计转子，尤其当列车行进速度达到120kg/h或300kg/h时候，其线圈供电量和电机产出量以及所供用电设备的总耗电力量之间的关系，加以必要的严格控制，尽量做到智能化发电。转子通过轴棍与定子的支撑轴承架连接，轴棍延长处同时还连接授风扇叶，可以随时方便的安装和拆卸。为了使转子获得更大的驱动力，如果列车的载荷允许，也可再加装一或多扇授风扇叶，以获得更佳的驱动效果。4.授风扇叶的直径应是转子直径的l-2倍，采用多组扇叶时可适当减小扇叶的直径，这样将减少占用的安装空间，授风扇叶一般选择三叶一组，也可多叶，每叶从中心点到顶端部分呈逐渐加宽形状，以捕获更多的能量，整体扇叶的两面均要涂上两种不同的颜色，适应于检修和监测，授风扇叶外面应加装安全罩；5.发电机自身热的发散是通过利用列车运行中所带来的风力来达到自然散热，预先在整流罩上留出散热的通道、风口 ，但要兼顾防止雨水和加装防雷、减震、减噪设备。说明由于当今在发电机理论和制造技术上均有相当成熟的技术，上述关于本发明所涉及的发电机理论和制造技术和要求，在实际应用过程中，应当选择和采用更加具有先进性的理念来制造，本文为节约篇幅不做过多的详述。
二 .列车载特异型发电机安装部位的选择 1. —般首选列车底架下部，列车底部与路轨(路面) 一般有450mm的可用空间，选择适当的位置将变形的发电机装在其上，整机所占空间应在350mm(以本机扇叶为最突出的部分计算)以下的高度空间，只要处理的好，不会影响行车安全。安装在底部的优点在于有一定的隐蔽性，即可躲雨雪又不影响美观。采用此方法的先决条件是l.具有可利用的 足够空间；2.在保证发电机产能基础上的精巧、超薄型的设计；发电机的各部件必须具有 耐用性；授风扇叶的大小、多少取决于可利用的空间； 2.也可选择在列车的上(顶)部，采用将特异型发电机整机直接安装、镶嵌或部 分的镶嵌在车顶上方法，由于安装的立体空间比前一种方法较大，可利用的条件较多。不管 采用哪种安装方法，其整机的流线型一定要与车体相匹配包括颜色，减低噪音的部件一定 要十分有效，发电机散热通道一定要顺畅。采用部分或全部将发电机本体镶嵌在车体的方 法时，其授风扇叶的一部分视需要将在车体里预留出供其旋转的通道，各种连接要可靠耐 用； 3.上述安装位置的选择是针对铁路客运列车而言，至于货运列车或油罐车等其它
运载功能的列车，安装本设备要根据具体情况具体对待，本文不详述。 三.列车载特异型发电机安装数量 决定安装数量的因素主要有两点1.虽然巨大的列车在运行达到一定的速度时 候能够产生较强烈的空气运动，但发电机毕竟是阻力因素，因此，其扇叶的大小选择很重 要，应本着只要能带动转子的旋转速度达到一定的产电量要求即可。2.如果所制造的发
电机过大，其单位扇叶所需的列车风能就大，因此，本文提倡发电机自身相对横向宽度要较 长，如可在1000-1200rmm范围；而其自身相对厚度应尽量小，所占用空间高度尽量的小；转 子、定子、授风扇叶等部件匹配严谨科学；从发电机外观看，扇叶在发电机的两侧的位置，整 机具有^^紧凑、精巧细致的特点。整机安装数量的选择 A.选择列车底部车架安装方法时列车头的底下可用空间相对列车可能要少，一 般可安装1-2台，列车则每一节均可安装，列车中间可同时安装2台，间距为1000mm以外， 两头个可再安装1台即可；B.选择列车顶部安装方法时动车列车头后顶部是可选部位， 安装在任何车头上时，均远离列车原始的供电线路和设备，做到在行车过程中不管出现任 何情况都不会与列车自身已有的供电系统产生妨碍或干扰。列车每一节车厢两头是首选部 位，可同时分别安装2台，间距为1000mm以夕卜，列车中间视情况酌定。例如按照动车的序 列编组，以一列8节计算，至少可安装20台这种特异型发电机，将其输出的端子串联起来， 汇总一起，统一进行诸如稳压、整流等技术处理措施，最后供列车自身如照明、空调、采暖、 办公等方面使用。C.列车的其他部位的安装以及货运列车、特种列车等，其安装应视具体情 况具体对待，本文不做特别说明。
四.全列车供电和用电系统的安排 A.供电在采用本发电机的送电过程中，l.列车的动力供电系统仍然维持其原 始的系统设计安排。本发明的电能不推荐作为动力系统用电；2.列车的非动力系统供电 当本发电机进入工作状态前，也即40km/h以下速度时，列车可仍然沿用其原始设计用电方 案，40km/h以上特别是列车进入60km/h以上时，本发明的电力能源将会进入最理想的产能 状态，尤其是在列车进行较长距离或"巡航"速度的运行状态下。这就需要配备专门的用电 转化电脑系统，按当时列车的运行状态和用电需要进行智能化的调配，在不影响用电设备 工作的前提条件下，任意的、及时的切换电源，按供电次序匹配供电，达到最佳的效果。3.就 列车的供电系统来讲，也可将列车的供电来源作为两套系统一部分为列车自有的原始系 统，一部分为本发明的发电机供电系统。
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B.用电列车头除执行原先有的一整套用电原始方案之外，本发明所产生的电 力，主要应用于1.照明、采暖、茶炉、通信、办公等方面，即动力系统之外的所有用电部门均 可涉及；2.如果简化由列车发出的这种"换能电力"使用方法，则直接将本发电机所产生的 电力通过一系列的设备，将其直接输送到外界的电网中，成为新的电力来源。由于本机发电 能力有限，对外界电网影响有限，本发明不作为主要目的。
以上为本发明的技术方案。
铁路列车换能技术与当今铁路应用技术有意效果的比较 当今铁路的应用技术是一个巨大的应用系统工程，投资大、规模大、运力大、存在 的可利用的潜能和机会也多。从铁路发明至今，人类对于铁路的应用特别是在能源的应 用方面应该仍然是处在比较粗放的状态，特别是在当今因能源问题而引发的各种各类问题 上，正在越来越尖锐的提到人类的面前。同时，我们在由靠燃煤到燃油再到电力作为铁路动 力来源的过程中，运用各种技术的手段和能源应用的精细化程度是逐渐进步的过程。但是， 以节约化石能源为主调、并以绿色可再生能源为发展方向的当今社会里，节约能源、充分利 用能源进而减少环境污染、减少二氧化碳的排放尤其显得格外突出重要。 一列列车所应用 的能源主要就有两条一是动力驱动对能源的依赖，二是列车自身对于能源的使用。本发明 与当今的铁路应用技术特别是在列车自身用电的使用问题上比较，突破了以前的铁路供电 应用模式，增强了列车用电的绿色性，虽然这中间按照能量守恒与转化定律科学来讲，本发 电机的授风扇叶会形成相对于列车运行的一种阻力因素，但在实际中，列车巨大的动能所 造成的空气流动所带来利益比较，利用是非常必要的，更何况客观中，我们的列车常常不能 够做到"满负荷运行"。采用本发明在列车运行到一定的速度的时候，会使一列列车在能源 的应用方面，减少了其对于列车以外能源的过分依赖，有一定的"自产自足"的优点；有利的 降低了铁路运行成本；同时，也相应的减少了二氧化碳的排放和减少了化石能源的使用，比 之当今的列车运行模式基本上实现了半绿化运行，向全绿化运行技术靠近了一大步。
具体实施例方式
本发明的实施将会涉及到铁路工程学科、电力学科、力学特别是风力、风洞学说以
及电机制造和生产诸方面。在发电机理论和发电机的制造方面，科学技术界客观上已经具 备了优势，应用技术已经十分成熟，尤其关于各种发电机特别是风力发电机的制造技术的 日趋成熟和广泛应用，使得本技术的实施障碍显得不多。主要是要经过相关技术部门的进 一步的实施确认，对发展方向的抉择，尤其中国的高速铁路计划的展开，皆为本技术的实施 创造了可行性条件，应用本技术将会使铁路尤其是高速铁路方面的应用技术得以进一步的
完善和优化；也会使得铁路在运行成本问题上得到有效和明显的改善；更重要的是铁路在 二氧化碳和减排的问题上有了了一定的主动权，明显的进步了，符合世界对于环境的要求； 另外，还会带动电机制造企业，在风能发电机制造领域又增加了一个新品种。铁路列车率先 实现部分绿色运营的基础条件是其他行业不可比拟的。
本技术的设备和投入资金也不会很大。
权利要求
铁路列车换能技术是将特种的发电机，安装在各种列车相关部位的一种能量转换方法。交换步骤是列车由电力、燃油等方式所获得的驱动力，在其行进的过程中，带动四周空气的流动，推动安装在其上的发电机转子授风扇叶旋转，带动转子旋转发出二次电能，通过一定的供电装置，就地用于列车自身用电。
2. 这种发电机镶嵌在列车适当的位置，以获得最佳的工作效能。
3. 在该发明中，发电机的外观形状是根据列车自身的实际需要而确定的，但其安装在列车上因"风"而动的特点是本发明的特色。
全文摘要
本发明涉及到一种能使铁路和列车减少碳排放、实现绿色运营的方法。所属技术领域铁路列车。要解决的技术问题是将铁路列车、快速动车运行中的动能适当的转化成一定的电能，再将这种电能就地用于列车自身供电需要，替代原来使用的电源，达到能量交换、减少列车对外界供给能源的依赖和消耗的目地。技术要点和用途列车行进时，会带动大量的空气流动，利用这一现象，将其作为一种推动发电机授风扇叶进而带动发电机转子旋转的动能，其转子轴与机外的扇叶连接在一起，整机镶嵌在列车的适当位置，不影响列车正常运行。本技术尤其适合高速铁路列车，能大力提升其运营的经济和社会价值。本技术有别于传统列车用电来源的产生方法。
文档编号B60L8/00GK101716891SQ20091025967
公开日2010年6月2日 申请日期2009年12月22日 优先权日2009年12月22日
发明者董鹏 申请人:董鹏