能量采集及结合能量采集的铁轨监测装置

本发明涉及能量采集，具体地，涉及从电气化铁路网络的铁轨采集磁场能量。本发明还涉及结合这种能量采集方案的监测装置。

背景技术：

1、铁路网络越来越多地使用电力机车而不是柴油和其它燃料。电力通常使用架空电缆来供应，与之相关联的机车和/或车厢(为方便起见，本文中称为列车)设置有支撑与架空电缆接触的集电器的适当受电弓装置。回路连接通常经由列车车轮和列车在其上运行的铁轨来进行。虽然使用架空电缆是相当普遍的，但是包括通过供应电力的第三轨道等其他方案也是已知的。

2、铁路网络通常包括需要电源的多个轨道侧电气设备。以示例的方式，通常包括一系列监测铁轨状况的传感器。通过监测铁轨的状况，可增强维护并减少由意外故障引起的中断。虽然使用到供电网络的连接或者使用电池、太阳能电池板等是可能的，但是需要提供其他供电方案来允许向这样的设备供应电力，并且本发明的目的是提供这样的装置以及包括这种方案的监测装置。

技术实现思路

1、根据本发明，提供了一种用于从铁路网络的铁轨形式的源采集磁场能量的能量采集装置，该能量采集装置包括接近铁轨布置的能量采集器或电连接到铁轨的部件，并且该能量采集器经由功率管理电路电连接到电存储设备。

2、在一个实施例中，能量采集器包括第一通量收集器和第二通量收集器，其在使用中定位为邻近铁轨的底脚的相对侧，使得铁轨的底脚至少部分地侧向位于第一通量收集器与第二通量收集器之间，第一通量收集器和第二通量收集器通过杆互连，该杆由线圈缠绕并且在铁轨下方延伸，线圈的导体经由功率管理电路电连接到电存储设备，其中，第一通量收集器和第二通量收集器以及杆是磁性材料。

3、在一个实施例中，能量采集器包括接近回线布置的线圈，回线：从铁轨连接到位于铁轨旁边的升压变压器；或者从铁轨连接到地，并且线圈经由功率管理电路电连接到电存储设备。优选地，线圈被布置为围绕回线。

4、当交流电在铁轨中流动时，由于趋肤效应，电流将集中在铁轨轮廓的表面处和邻近其拐角。为了使可以采集的磁场能量的量最大化，将期望采集装置环绕铁轨。然而，这将阻止列车在铁轨上运行。通过提供由在铁轨下方延伸的杆连接的、位于铁轨的相对侧的第一通量收集器和第二通量收集器，可以采集高水平的磁场能量而不妨碍列车沿着铁轨的通过。由于趋肤效应，在铁轨的拐角处和铁轨的底脚处的磁通量密度较高，因此，尽管可以采集的能量水平低于铁轨将被采集装置环绕的情况，但可以实现良好的能量采集水平。

5、通量收集器优选地具有大致平面的形式，并且方便地定位为靠近铁轨但不与铁轨接触。

6、本发明还涉及一种用于监测铁轨状况的铁轨监测装置，该铁轨监测装置包括：如上文所述的能量采集装置；传感器，其可操作为监测与铁轨相关联的状况参数，该传感器被布置为从电存储设备供电；传输装置，通过该传输装置，使用传感器获取的数据可被传输到远程位置；以及控制器，其可操作为控制传感器和传输装置的操作。

7、应当理解，当列车在安装能量采集装置所邻近的铁轨的部分上运行时，由能量采集装置生成的电输出处于其最高水平。传感器信息最有用的时刻也是机车接近和通过铁轨时。电存储设备方便地包括至少第一能量存储器和第二能量存储器，并且控制器包括功率管理功能，其可操作为将一个能量存储器连接到线圈，并且将另一个能量存储器连接到传感器和传输装置。这样，避免了一个能量存储器的同时充电和放电，并且可以确保传感器和传输装置可以在列车到达之前被供电。控制器方便地将具有最高电荷水平的能量存储器连接到传感器和传输装置，并且将具有最低电荷水平的能量存储器连接到线圈。通常，这样，能量存储器将依次连接到传感器和传输装置。

8、该装置优选地还包括可操作为检测列车接近的传感器。以示例的方式，传感器可以包括压电传感器、麦克风或振动传感器。在检测到接近的列车时，控制器给传感器和传输装置加电，以允许传感器信息被记录并传输到远程位置。传感器信息优选地经由蓝牙通信链路(其中需要相对短的距离上的传输)或lora(其中需要更大的距离上的传输)传输到形成远程位置的通信集线器。

1.一种用于从铁路网络的铁轨形式的源采集磁场能量的能量采集装置，所述能量采集装置包括接近所述铁轨布置的能量采集器或电连接到所述铁轨的部件，并且所述能量采集器经由功率管理电路电连接到电存储设备。

2.根据权利要求1所述的装置，其中，所述能量采集器包括第一通量收集器和第二通量收集器，所述第一通量收集器和第二通量收集器在使用中定位为邻近所述铁轨的底脚的相对侧，使得所述铁轨的所述底脚至少部分地侧向位于所述第一通量收集器与所述第二通量收集器之间，所述第一通量收集器和所述第二通量收集器通过杆互连，所述杆由线圈缠绕并且在所述铁轨下方延伸，所述线圈的导体经由所述功率管理电路电连接到所述电存储设备，其中，所述第一通量收集器和所述第二通量收集器以及所述杆是磁性材料。

3.根据权利要求2所述的装置，其中，所述通量收集器大致上是平面的形式。

4.根据权利要求2或3所述的装置，其中，所述通量收集器定位成靠近但与所述铁轨隔开。

5.根据前述权利要求中任一项所述的装置，其中，所述通量收集器整体上位于所述铁轨的所述底脚的底部水平之下。

6.根据前述权利要求中任一项所述的装置，其中，所述通量收集器具有大体上正方形截面形状。

7.根据前述权利要求中任一项所述的装置，其中，所述通量收集器和所述杆位于定位在所述铁轨下方的壳体内。

8.根据权利要求1所述的装置，其中，所述能量采集器包括接近回线布置的线圈，所述回线：从所述铁轨连接到位于所述铁轨旁边的升压变压器；或者从所述铁轨连接到地，并且所述线圈经由所述功率管理电路电连接到所述电存储设备。

9.根据权利要求8所述的装置，其中，所述线圈被布置为围绕所述回线。

10.一种用于监测铁轨状况的铁轨监测装置，所述铁轨监测装置包括：根据前述权利要求中任一项所述的能量采集装置；传感器，其可操作为监测与所述铁轨相关联的状况参数，所述传感器被布置为从所述电存储设备供电；传输装置，通过所述传输装置，利用所述传感器获取的数据能够被传输到远程位置；以及控制器，其可操作为控制所述传感器和所述传输装置的操作。

11.根据权利要求10所述的装置，其中，所述电存储设备包括至少第一能量存储器和第二能量存储器，并且所述控制器包括功率管理功能，所述功率管理功能可操作为将所述能量存储器中的一者连接到所述线圈，并且将所述能量存储器中的另一者连接到所述传感器和所述传输装置。

12.根据权利要求11所述的装置，其中，所述控制器将具有最高电荷水平的能量存储器连接到所述传感器和所述传输装置，并且将具有最低电荷水平的能量存储器连接到所述线圈。

13.根据权利要求11或12所述的装置，其中，所述能量存储器依次连接到所述传感器和所述传输装置。

14.根据权利要求11至13中任一项所述的装置，还包括可操作为检测列车的接近的传感器。

15.根据权利要求14所述的装置，其中，所述传感器包括压电传感器、麦克风或振动传感器。

16.根据权利要求15所述的装置，其中，在检测到接近的列车时，所述控制器给所述传感器和所述传输装置加电，以允许传感器信息被记录并传输到远程位置。

17.根据权利要求16所述的装置，其中，所述传感器信息经由蓝牙通信链路传输到形成所述远程位置的通信集线器。