一种振动发电装置及铁路车辆的制作方法

1.本实用新型涉及能量回收技术领域，具体涉及一种振动发电装置及铁路车辆。


背景技术：

2.铁路车辆行驶过程中时刻存在振动，这些振动都具有一定的能量，现有技术中虽然存在利用振动能量进行发电的装置，但由于铁路车辆振动能量具有不连续、稳定性差等特点，影响着振动能量的利用。
3.因此，如何提供一种方案，以克服或者缓解上述缺陷，仍是本领域技术人员亟待解决的技术问题。


技术实现要素：

4.本实用新型的目的是提供一种振动发电装置及铁路车辆，其中，该振动发电装置可以将不稳定的振动能量转换为相对稳定的液压能进行发电，可以保证发电效率和稳定性。
5.为解决上述技术问题，本实用新型提供一种振动发电装置，包括振动能量获取单元和能量转换单元，所述振动能量获取单元包括液压缸，所述液压缸包括缸体和活塞杆，因振动而相对位移的两个部件能够一一对应地与所述缸体、所述活塞杆相作用，以驱使所述活塞杆相对所述缸体进行伸缩，所述缸体具有液腔；所述能量转换单元包括液压驱动部件、发电部件、蓄电池组件和储能部件，所述液压驱动部件与所述发电部件传动连接，所述发电部件与所述蓄电池组件电连接，所述液腔与所述液压驱动部件之间设有出液流路和回液流路，所述储能部件设置在所述液腔的出液流路，用于储存所述液腔排出的液压液，所述储能部件在其内部的液压液达到设定阈值后能够向所述液压驱动部件输送液压液。
6.在上述的方案中，本实用新型通过设置储能部件对液压液进行储存、缓冲，可以将不稳定、不持续的振动能量产生的不稳定、不持续的液压能转换为相对稳定、持续的液压能，这样，液压驱动部件可以相对稳定、持续地工作，这不仅可以保证发电过程的稳定性和连续性，还有利于保证发电的效率，而且，通过储能部件的设置，还可以避免液压液对于液压驱动部件的直接冲击，尤其是在振动能量过大时、压力过大的液压液对于液压驱动部件的直接冲击，还有利于延长液压驱动部件的使用寿命。
7.可选地，所述出液流路还设有储液部件，所述液压驱动部件排出的液压液能够进入所述储液部件，所述储液部件内的液压液能够进入所述液腔。
8.可选地，还包括溢流部件，用于连通所述储能部件和所述储液部件。
9.可选地，所述缸体、所述活塞杆一一对应地与因振动而相对位移的两个部件固连；或者，还包括弹性部件，所述缸体、所述活塞杆中的一者与因振动而相对位移的两个部件中的一者固连，所述弹性部件处于蓄能状态，并至少与所述缸体、所述活塞杆中的另一者相作用，使得所述缸体、所述活塞杆中的另一者与因振动而相对位移的两个部件中的另一者处于相接触的状态；或者，还包括弹性部件，所述缸体、所述活塞杆与因振动而相对位移的两
个部件均不固连，所述弹性部件处于蓄能状态，并与所述缸体、所述活塞杆相作用，使得所述缸体、所述活塞杆能够一一对应地与因振动而相对位移的两个部件处于相接触的状态。
10.可选地，所述活塞杆包括相连接的活塞部和杆部，所述活塞部位于所述缸体内，并将所述缸体的内腔沿轴向分隔为两个腔室，所述弹性部件设置在其中的一个所述腔室内，两所述腔室中的一者为所述液腔。
11.可选地，所述液腔为无所述杆部的所述腔室，所述弹性部件设置在所述液腔内，并处于压缩状态。
12.可选地，所述活塞杆包括相连接的活塞部和杆部，所述活塞部位于所述缸体内，并将所述缸体的内腔沿轴向分隔为两个腔室；所述液压缸的数量为多个，并分为两组，其中的一组所述液压缸的所述液腔为有所述杆部的所述腔室，另一组所述液压缸的所述液腔为无所述杆部的所述腔室。
13.可选地，所述出液流路和所述回液流路均设有单向阀。
14.本实用新型还提供一种铁路车辆，包括振动发电装置，所述振动发电装置为上述的振动发电装置。
15.由于上述的振动发电装置已经具备如上的技术效果，那么，具有该振动发电装置的铁路车辆亦当具备相类似的技术效果，故在此不作赘述。
附图说明
16.图1为本实用新型所提供振动发电装置的结构示意图；
17.图2为图1中振动能量获取单元的第一种连接方式的结构示意图；
18.图3为图1中振动能量获取单元的第二种连接方式的结构示意图；
19.图4为图1中振动能量获取单元的第三种连接方式的结构示意图；
20.图5为振动能量获取单元的第二种具体实施方式的结构示意图；
21.图6为振动能量获取单元的第三种具体实施方式的结构示意图；
22.图7为振动能量获取单元的第四种具体实施方式的结构示意图。
23.图1
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图7中的附图标记说明如下：
24.1振动能量获取单元、11液压缸、111缸体、111a液腔、112活塞杆、112a活塞部、112b杆部；
25.2能量转换单元、21液压驱动部件、22发电部件、23蓄电池组件、24储能部件、25储液部件、26溢流部件；
26.3弹性部件；
27.4单向阀。
具体实施方式
28.为了使本领域的技术人员更好地理解本实用新型的技术方案，下面结合附图和具体实施例对本实用新型作进一步的详细说明。
29.请参考图1
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图7，图1为本实用新型所提供振动发电装置的结构示意图，图2为图1中振动能量获取单元的第一种连接方式的结构示意图，图3为图1中振动能量获取单元的第二种连接方式的结构示意图，图4为图1中振动能量获取单元的第三种连接方式的结构示意
图，图5为振动能量获取单元的第二种具体实施方式的结构示意图，图6为振动能量获取单元的第三种具体实施方式的结构示意图，图7为振动能量获取单元的第四种具体实施方式的结构示意图。
30.如图1所示，本实用新型提供一种振动发电装置，包括振动能量获取单元1和能量转换单元2，振动能量获取单元1包括液压缸11，液压缸11包括缸体111和活塞杆112，因振动而相对位移的两个部件能够一一对应地与缸体111、活塞杆112相作用，以驱使活塞杆112相对缸体111进行伸缩，缸体111具有液腔111a；能量转换单元2包括液压驱动部件21、发电部件22、蓄电池组件23和储能部件24，液压驱动部件21与发电部件22传动连接，发电部件22与蓄电池组件23电连接，液腔111a与液压驱动部件21之间设有出液流路(附图中液腔111a到液压驱动部件21之间的实线部分)和回液流路(附图中液压驱动部件21到液箱111a之间的双点划线部分)，储能部件24设置在出液流路，用于储存液腔111a排出的液压液，储能部件24在其内部的液压液达到设定阈值时向液压驱动部件21输送液压液。
31.采用上述结构，因振动而相对位移(附图中的s表示位移)的两个部件可以驱使活塞杆112在缸体111内进行伸缩，而伸缩的活塞杆112又可以驱使液腔111a进行喷液或者吸液，进而可以将振动产生的能量转化为液压能；进一步地，在液腔111a与液压驱动部件21之间的出液流路上还可以设有储能部件24，储能部件24可以对液腔111a喷出的液压液进行储存，以避免液压液直接流向液压驱动部件21，储能部件24在其内部的液压液达到设定阈值后能够向液压驱动部件21输送液压液，以驱使液压驱动部件21进行动作，进而带动发电部件22进行发电，将液压能再转换为电能，从而完成对于振动能量的利用。
32.在上述的方案中，本实用新型实施例通过设置储能部件24对液压液进行储存、缓冲，可以将(压力)不稳定、不持续的振动能量产生的不稳定、不持续的液压能转换为相对稳定、持续的液压能，这样，液压驱动部件21可以相对稳定、持续地工作，这不仅可以保证发电过程的稳定性和连续性，还有利于保证发电的效率，而且，通过储能部件24的设置，还可以避免液压液对于液压驱动部件21的直接冲击，尤其是在振动能量过大时、压力过大的液压液对于液压驱动部件21的直接冲击，还有利于延长液压驱动部件21的使用寿命。
33.换而言之，在本实用新型实施例所提供振动发电装置中，并不一定每一次的振动都会有液压液流向液压驱动部件21、来驱使液压驱动部件21进行工作，而是否有液压液输出实际是由储能部件24内的液压液是否能够达到设定阈值而决定。
34.上述的设定阈值可以为设定压力值，也可以为设定液量值，具体可以根据实际情况进行判定；以设定压力值为例，储能部件24的出口端可以设置依据压力而启闭的压力阀等进行控制，或者，也可以在储能部件24内设置传感器等形式的压力检测元件，并构建该压力检测元件与储能部件24出口端阀体之间信号传递关系，进而控制该出口端阀体进行启闭。
35.需要说明的是，无论上述的设定阈值是设定压力值、还是设定液量值，本实用新型实施例均不对该设定阈值的具体大小值进行限定，在实际应用中，本领域技术人员可以结合具体情况进行确定。
36.另外，本实用新型实施例也不限定上述液压液的种类，一般而言，该液压液可以采用石油基液压液，或者，也可以为海水混淡水的液压液等各种形式的液压液，只要能够满足使用的要求即可。
37.同样地，本实用新型实施例还不限定液压驱动部件21、发电部件22的结构，在具体实施时，本领域技术人员可以根据实际需要进行选择，只要能够满足上述的要求即可。在一种示例性的方案中，液压驱动部件21可以为液压马达，发电部件22可以为发电机，液压马达在液压液的作用下可以驱使发电机进行转动，发电机所产生的电力可以存储在蓄电池组件23中，以供其他的负载使用；这里的蓄电池组件23不仅可以包括电池组，还可以包括电源管理系统。
38.请继续参考图1，出液流路还可以设有储液部件25，液压驱动部件21排出的液压液能够通入储液部件25，储液部件25内的液压液能够通入液腔111a。
39.如前所述，液腔111a内排出的液压液并不一定会通向或者全部通向液压驱动部件21内，此时，为了保证液腔111a吸液时有足够的液压液补充到液腔111a内，还可以设置储液部件25，用于满足液腔111a的吸液需求。其中，液腔111a的吸液主要是依靠液腔111a和储液部件25之间的压力差。
40.进一步地，还可以包括溢流部件26，用于连通储能部件24和储液部件25。在振动能量过大时，在单次流向储能部件24的液压液的量非常大的情况下，有可能导致储能部件24内部的压力过大，此时，可以通过溢流部件26向储液部件25排出一部分的液压液，能够避免储能部件24内部的压力过大，有利于保证本系统的正常工作。
41.以上本实用新型实施例主要是针对能量转换单元2的结构进行描述，以下本实用新型实施例还将结合附图对振动能量获取单元1的固定方式和具体结构进行详细说明。
42.如图2所示，缸体111、活塞杆112可以一一对应地与因振动而相对位移的两个部件固连，此时，因振动而相对位移的两个部件将直接带动活塞杆112相对缸体111进行伸缩。
43.上述固定连接的形式可以多种多样，如焊接、铰接、法兰连接等，只要能够满足连接的可靠性即可。
44.如图3所示，缸体111、活塞杆112中可以仅有一者与因振动而相对位移的两个部件中的一者固连，此时，还可以设置弹性部件3，弹性部件3可以处于蓄能状态，并至少与缸体111、活塞杆112中的另一者相作用，使得缸体111、活塞杆112中的另一者可以时刻与因振动而相对位移的两个部件中的另一者处于相接触的状态，可保证该液压缸11能够有效地获取振动能量。
45.以应用于铁路车辆为例，因振动而相对运动的两个部件可以为车体和走行部，上述的缸体111和活塞杆112中，一者可以与车体和走行部中的一者相固定，另一者在弹性部件3的作用下可以与车体和走行部中的另一者相接触，这样，该振动发电装置的设置并没有改变车体和走行部的连接方式，不会影响铁路车辆检修维护作业时车体和走行部的正常分离，有利于保证检修作业的效率。同时，上述的方案还可以简化振动发电装置与铁路车辆的安装结构，还有利于车体与走行部的快速拆装；除此之外，因振动而相对位移的两个部件也可以是走行部的侧架与摇枕，此时，上述的缸体111和活塞杆112中，一者可以与摇枕和侧架中的一者相固定，另一者在弹性部件3的作用下可以与摇枕和侧架中的另一者相接触。
46.作为优选地，可以将缸体111与车体和走行部中的一者固连，具体可以参见图3，这种固连方式更有利于保证液压缸11的稳定设置。
47.如图4所示，缸体111、活塞杆112均可以与因振动而相对位移的两个部件接触而不固连，此时，还可以设置弹性部件3，弹性部件3处于蓄能状态，并可以与缸体111、活塞杆112
相作用，使得缸体111、活塞杆112可以时刻与因振动而相对位移的两个部件处于相接触的状态，可保证该液压缸11能够有效地获取振动能量。
48.仍以走行部的侧架与摇枕之间的振动为例，缸体111和活塞杆111可以分别与摇枕和侧架处于接触连接。这样设置可以尽可能地减小车辆运行时车体与走行部水平方向移动造成的振动发电装置活塞杆端部和缸体端部磨耗。
49.这里，本实用新型实施例并不限定弹性部件3的种类和数量，具体实施时，本领域技术人员可以根据实际需要进行选择。举例说明，该弹性部件3可以为弹簧、弹性块、拉力绳等各种样式的弹性元件，只要能够实现上述的技术效果即可；弹性部件3所处的蓄能状态可以为压缩状态，也可以为拉伸状态，具体与其安装位置有关。
50.活塞杆112可以包括相连接的活塞部112a和杆部112b，活塞部112a可以位于缸体111内，并能够将缸体111的内腔沿轴向分隔为两个腔室，前述的弹性部件3可以设置在其中的一个腔室内，这两个腔室中的一个可以为液腔111a。
51.为便于描述，可以将设有杆部112b的腔室称之为第一腔室，另一腔室可以称之为第二腔室。
52.弹性部件3可以位于第一腔室内，或者，也可以位于第二腔室内，具体可以根据实际情况进行确定。需要注意的是，弹性部件3位于不同腔室内时，弹性部件3所处的状态也可以有所不同：在图1到图6的方案，均是第二腔室为液腔111a，弹性部件3也是位于第二腔室内，这样设计，只需要保证活塞部112a与缸体111内壁之间的密封即可避免漏液，结构更为简单，此时，弹性部件3的蓄能状态可以为压缩状态，以时刻为活塞杆112提供向外伸出的推力；而当弹性部件3位于第一腔室时，第二腔室仍可以为液腔111a，此时，弹性部件3的蓄能状态则可以为拉伸状态，以时刻为活塞杆112提供向外伸出的拉伸力。
53.对于弹性部件3位于第二腔室内的方案，弹性部件3的两端可以分别与缸体111的底部和活塞部112a相作用。对于弹性部件3位于第一腔室内的方案，以弹性部件3为弹簧的方案为例，弹性部件3可以外套于活塞杆112，其一端可以与缸体111相连接，另一端可以与活塞杆112相连接。
54.进一步地，在出液流路和回液流路中均可以设置单向阀4，用于保证液压液的流向，以避免造成发电部件22的反向旋转，单向阀4的数量和设置位置在此不做限定。
55.在上述的各实施方式中，振动能量获取单元1中的液压缸11的数量可以为一个，也可以为多个，具体可以结合振动的实际情况进行确定，而当为多个时，各液压缸11可以并联设置。
56.以下本实用新型实施例还将结合图1、图7对本实用新型所提供振动发电装置的工作过程进行描述。
57.如图1所示，在活塞杆112受振动而向上位移时，液腔111a内的液压液可以通入储能部件24中，在储能部件24内的液压液达到设定阈值时，储能部件24内的液压液可以通入液压驱动部件21中，以带动液压驱动部件21工作，液压驱动部件21又可以带动发电部件22进行转动发电，从液压驱动部件21排出的液压液可以通入储液部件25内储存；在活塞杆112受振动而向下位移时，液腔111a的体积可以增大，储液部件25内的液压液可以补充到液腔111a中。
58.在图1的方案中，缸体111只有一个液腔111a，只有活塞杆112向上位移的过程中，
液压液才会向储能部件24内流动，出液流路和回液流路分别在不同的位置接入液腔111a。
59.而在图7的方案中，存在两组缸体111，且两组缸体111内液腔111a的设置位置并不相同，在两组缸体111的安装方向(活塞杆112的伸出方向)一致时，无论活塞杆112相对缸体111是向上位移、还是向下位移，均可以存在一个液腔111a向储能部件24排出液压液，更有利于发电的持续进行。
60.图5为图1的变形方案，在图5实施例中，出液流路和回液流路可以在同一位置接入液腔111a，图6为图7的变形方案，在图6实施例中，液腔111a均为无杆部112b的腔室。
61.本实用新型还提供一种铁路车辆，包括振动发电装置，该振动发电装置即为上述各实施方式所涉及的振动发电装置。
62.由于上述的振动发电装置已经具备如上的技术效果，那么，具有该振动发电装置的铁路车辆亦当具备相类似的技术效果，故在此不作赘述。
63.以上仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。