列車平動(dòng)動(dòng)能發(fā)電制動(dòng)裝置及方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種列車平動(dòng)動(dòng)能發(fā)電制動(dòng)裝置，包括列車上裝置和環(huán)列車軌道裝置，所述列車上裝置包括列車以及安裝在所述列車上的若干組電磁鐵，所述電磁鐵兩極的連線與所述列車的縱向平行；所述環(huán)列車軌道裝置包括環(huán)列車軌道設(shè)置并供列車穿過的若干節(jié)螺線管式閉合導(dǎo)線，所述環(huán)列車軌道裝置設(shè)置在列車將要停靠或減速通過的車站進(jìn)站前的路段、和/或所述列車不得加速通行的下坡道的路段。本發(fā)明還公開了一種利用上述裝置進(jìn)行發(fā)電制動(dòng)的方法。本發(fā)明使得能夠在列車有減速、不加速或停止運(yùn)行需要的路段或車站，將列車的動(dòng)能直接轉(zhuǎn)換為電能，實(shí)現(xiàn)發(fā)電和列車制動(dòng)。
【專利說明】列車平動(dòng)動(dòng)能發(fā)電制動(dòng)裝置及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及發(fā)電和制動(dòng)裝置【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其涉及一種列車平動(dòng)動(dòng)能發(fā)電制動(dòng)裝置及方法。
【背景技術(shù)】
[0002]1831年，法拉第實(shí)驗(yàn)表明，只要穿過閉合電路的磁通量發(fā)生變化，閉合電路中就有電流產(chǎn)生。這種現(xiàn)象稱為電磁感應(yīng)現(xiàn)象，所產(chǎn)生的電流稱為感應(yīng)電流。并總結(jié)如下定律:電路中感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的大小,跟穿過這一閉合電路的磁通量變化率成正比。這就是法拉第電磁感應(yīng)定律。
[0003]應(yīng)用電磁感應(yīng)原理，法國(guó)人畢克西次年(1832年)發(fā)明了手搖式直流發(fā)電機(jī)，德國(guó)西門子1866年發(fā)明了將其它形式能源轉(zhuǎn)換成轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)械能進(jìn)而發(fā)電的設(shè)備，他們創(chuàng)立了發(fā)電機(jī)由轉(zhuǎn)子和定子構(gòu)成的模式并沿用至今。其中轉(zhuǎn)子為某種電磁鐵(或永磁鐵)，定子相當(dāng)于導(dǎo)體線圈閉合電路，通入一定勵(lì)磁電流后轉(zhuǎn)子電磁鐵周圍就具有了磁場(chǎng)，由水輪機(jī)、汽輪機(jī)、柴油機(jī)或其它動(dòng)力機(jī)械驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)起來(lái)，轉(zhuǎn)子周圍的磁場(chǎng)相對(duì)于定子線圈來(lái)說就是一個(gè)變動(dòng)的磁場(chǎng)，定子閉合電路中有了磁通量的變化，定子線圈切割磁感線，在定子電路中產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，通過接線端子引出，接在回路中，便產(chǎn)生了電流。于是水流，氣流，燃料燃燒或原子核裂變產(chǎn)生的能量轉(zhuǎn)化為轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)械能，再由機(jī)械能轉(zhuǎn)換為電能。
[0004]而水利、風(fēng)力發(fā)電站通常遠(yuǎn)離城市，加大了電網(wǎng)建設(shè)投資、高壓電纜原材料耗費(fèi)和電能在長(zhǎng)途輸送中的損失；火力發(fā)電可靠近城市，但對(duì)城市環(huán)境空氣污染嚴(yán)重；轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)發(fā)電的模式須先將其他能量轉(zhuǎn)化為轉(zhuǎn)動(dòng)，再由轉(zhuǎn)動(dòng)的機(jī)械轉(zhuǎn)換為電能，兩次能量轉(zhuǎn)換即兩次能量損失，影響效率。
[0005]列車動(dòng)能的大小與其重量及速度的平方成正比，而與列車制動(dòng)相矛盾。與列車重量、速度及制動(dòng)相關(guān)的技術(shù)背景概述如下:
[0006]從1814年英國(guó)人喬治.斯蒂芬森發(fā)明了被稱為“半統(tǒng)靴”的蒸汽機(jī)車近兩百年來(lái)，鐵路發(fā)展史就是一部列車制動(dòng)技術(shù)不斷改進(jìn)伴隨列車重量和速度不斷提高的歷史。列車制動(dòng)意即人為地制止列車的運(yùn)動(dòng)，包括使列車減速，不加速或停止運(yùn)行。顯然，列車有效制動(dòng)為列車重量和速度提高提供了安全保障。
[0007]發(fā)展到今天，鐵路現(xiàn)代化的兩個(gè)標(biāo)志“重載和高速”，已達(dá)到一定水平。例如:
[0008]重載方面，國(guó)外重載列車牽引重量一般為I?3萬(wàn)噸，美國(guó)重載列車編組通常為108輛貨車，牽引重量為13600噸；加拿大典型單元重載列車編組為124輛貨車，牽引重量為16000噸；南非重載列車的牽引重量一般為18500噸?2萬(wàn)噸；澳大利亞哈默利斯鐵礦鐵路重載列車一般編組為226輛貨車，牽引重量為28000噸；巴西維多利亞-米納斯鐵路標(biāo)準(zhǔn)編組列車為320輛編組，列車牽引重量31000噸。2001年6月21日，澳大利亞在紐曼山-海德蘭鐵路線上，試驗(yàn)開行了編組達(dá)682輛貨車的重載列車，列車總長(zhǎng)7353米，牽引重量達(dá)99734噸，凈載重為82000噸，創(chuàng)造了重載列車新的試驗(yàn)記錄。
[0009]高速方面:[0010](I)營(yíng)業(yè)最高速度
[0011]鋼輪式:德國(guó)，330km/h，ICE-LGV東歐線；法國(guó)，320km/h，TGV-LGV東歐線；日本，300km/h，新干線；中國(guó)，300km/h，CRH2-...CRH380武廣、鄭西、滬寧、京滬、滬杭、廣深港；每小時(shí)300公里左右的還有:西班牙AVE、意大利TAV、韓國(guó)KTX、臺(tái)灣高鐵；俄羅斯，240km/h高鐵 Soko1240 ;美國(guó)，210km/h，Acela 特快；瑞典，200km/h，X2000 列車；
[0012]磁懸浮式:430km/h中國(guó)，上海線。
[0013](2)試驗(yàn)之最高速度
[0014]鋼輪式:法國(guó)，574.8km/h;中國(guó)，487.3km/h ;日本，443km/h ;德國(guó)，406km/h ;韓國(guó)，352.4km/h ;意大利，319km/h ；
[0015]磁懸浮式:日本，581km/h ;德國(guó)，501km/h ;據(jù)報(bào)道中國(guó)在研發(fā)真空管道磁懸浮列車時(shí)速4000公里。
[0016]本領(lǐng)域技術(shù)人員都清楚，在向“重載和高速”邁進(jìn)中的技術(shù)瓶頸之一，仍然是列車動(dòng)能大幅提高帶來(lái)的列車制動(dòng)難題。按現(xiàn)有技術(shù)列車制動(dòng)方式主要有閘瓦制動(dòng)、盤形制動(dòng)、磁軌制動(dòng)、軌道渦流制動(dòng)、旋轉(zhuǎn)渦流制功、電阻制動(dòng)、再生制動(dòng)、液力制動(dòng)、逆汽制動(dòng)等。制動(dòng)往往需要額外消耗某些能量，再轉(zhuǎn)化為熱而消散；且在通過摩擦阻力制動(dòng)過程中列車制動(dòng)裝置受到一定耗損，帶來(lái)安全隱患也加重部件維修更換的成本。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0017](一)要解決的技術(shù)問題
[0018]本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是:提供一種列車平動(dòng)動(dòng)能發(fā)電制動(dòng)裝置及方法，使得能夠在列車有減速、不加速或停止運(yùn)行需要的路段或車站，將列車的動(dòng)能直接轉(zhuǎn)換為電能，實(shí)現(xiàn)發(fā)電和列車制動(dòng)。
[0019](二)技術(shù)方案
[0020]為解決上述問題，一方面本發(fā)明提供了一種列車平動(dòng)動(dòng)能發(fā)電制動(dòng)裝置，包括列車上裝置和環(huán)列車軌道裝置，所述列車上裝置包括列車以及安裝在所述列車上的若干組電磁鐵，所述電磁鐵兩極的連線與所述列車的縱向平行；所述環(huán)列車軌道裝置包括環(huán)列車軌道設(shè)置并供列車穿過的若干節(jié)螺線管式閉合導(dǎo)線，所述環(huán)列車軌道裝置設(shè)置在列車將要?？炕驕p速通過的車站進(jìn)站前的路段、和/或所述列車不得加速通行的下坡道的路段。
[0021]優(yōu)選地，所述環(huán)列車軌道裝置還包括支撐于所述若干節(jié)螺線管式閉合導(dǎo)線外圍的管道樣結(jié)構(gòu)。
[0022]優(yōu)選地，所述若干組電磁鐵在所述列車上沿列車的縱向前后排列，其中前后相鄰的兩組電磁鐵同極相向設(shè)置。
[0023]優(yōu)選地，所述前后相鄰兩組電磁鐵之間的組間距離長(zhǎng)于一節(jié)所述螺線管式閉合導(dǎo)線沿列車縱向的長(zhǎng)度。
[0024]優(yōu)選地,每組電磁鐵包括若干個(gè)電磁鐵，同組的若干電磁鐵沿列車橫向間隔布置于所述列車的底盤下方和/或列車車體兩側(cè)下方。[0025]優(yōu)選地，所述列車的全部或部分車廂上設(shè)有電磁屏蔽裝置，所述電磁鐵設(shè)于具有電磁屏蔽裝置的車廂外。
[0026]優(yōu)選地，所述列車上裝置還包括罩設(shè)在所述電磁鐵外部的罩狀物，所述列車上設(shè)有控制所述罩狀物打開和閉合的罩狀物控制裝置。
[0027]優(yōu)選地，所述若干節(jié)螺線管式閉合導(dǎo)線沿列車行進(jìn)方向前后排列，相鄰兩節(jié)螺線管式閉合導(dǎo)線之間的節(jié)間距離長(zhǎng)于所述電磁鐵的長(zhǎng)度。
[0028]優(yōu)選地，所述列車上設(shè)有控制電磁鐵的勵(lì)磁電源和勵(lì)磁電流的大小和方向、被勵(lì)磁電磁鐵的數(shù)量的電磁鐵控制系統(tǒng)。
[0029]另一方面，本發(fā)明還提供了一種利用上述列車平動(dòng)動(dòng)能發(fā)電制動(dòng)裝置進(jìn)行列車平動(dòng)動(dòng)能發(fā)電制動(dòng)的方法，包括以下步驟:
[0030]S1:在所述列車將要?？炕驕p速通過的車站進(jìn)站前的路段、或所述列車不得加速通行的下坡道的路段，所述列車即將駛進(jìn)所述環(huán)列車軌道裝置時(shí)，接通所述電磁鐵的勵(lì)磁電流，所述列車上的電磁鐵形成磁場(chǎng)并高速穿過所述環(huán)列車軌道裝置中的所述螺線管式閉合導(dǎo)線；
[0031]S2:所述螺線管式閉合導(dǎo)線內(nèi)的磁場(chǎng)強(qiáng)度隨著所述列車上電磁鐵的快速穿入或穿出而驟然劇增或銳減，所述螺線管式閉合導(dǎo)線的部分導(dǎo)體不斷做切割磁感線運(yùn)動(dòng)，生成感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)；
[0032]S3:所述感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)通過接線端子引出至回路中，產(chǎn)生電流，由電路單元將電能輸出；同時(shí)所述列車平動(dòng)動(dòng)能因不斷轉(zhuǎn)化為電能而逐漸減少或消耗，所述列車隨之減速或不加速；
[0033]S4:所述列車通過所述環(huán)列車軌道裝置后，切斷所述電磁鐵的勵(lì)磁電流，所述電磁鐵上磁性消失，列車正常運(yùn)行。
[0034](三)有益效果
[0035]本發(fā)明的有益效果可從發(fā)電和列車減速制動(dòng)兩方面討論:
[0036]1、發(fā)電方面
[0037]本發(fā)明利用列車平動(dòng)運(yùn)動(dòng)動(dòng)能發(fā)電，而物體所具有的動(dòng)能與其質(zhì)量以及速度的平方成正比。由于在鐵路現(xiàn)代化的過程中，列車在“重載和高速”兩方面已達(dá)到一定水平。例如國(guó)外重載列車牽引重量一般為I?3萬(wàn)噸，中外營(yíng)業(yè)最高時(shí)速鋼輪式已達(dá)到300多公里，磁浮式約400公里，還有繼續(xù)提高的趨勢(shì)。如果說一列列車的平動(dòng)動(dòng)能還不算很大，但一列列車經(jīng)過和停靠很多城市，大量城市需接發(fā)大量列車經(jīng)過和停靠。從一個(gè)城市看，例如中國(guó)鄭州，鄭州站平均每不到3分鐘接發(fā)客車一列，春運(yùn)密集時(shí)段有統(tǒng)計(jì)平均1.67分鐘一列；以上統(tǒng)計(jì)僅來(lái)自鄭州三個(gè)車站之一，不包括其他兩個(gè)車站(鄭州北站和鄭州東站)過往的列車，還沒統(tǒng)計(jì)經(jīng)過和?？康呢涇?。從世界范圍看，目前各國(guó)高速鐵路幾乎都能滿足最小行車間隔時(shí)間4分鐘及其以下(日本可達(dá)3分鐘)的要求，扣除維修時(shí)間4小時(shí)，則每天可開行的旅客列車約為280對(duì)(560列)...每個(gè)城市的具體情況會(huì)有一定的差別，初步估算一個(gè)交通較為繁忙的大中城市，列車平動(dòng)動(dòng)能總合發(fā)電量應(yīng)可供幾十萬(wàn)、上百萬(wàn)人口日常用電。如此總合一個(gè)國(guó)家或地區(qū)所有列車?？砍鞘械陌l(fā)電量，再加上那些列車減速通過的小城鎮(zhèn)和相對(duì)“減速”通過的長(zhǎng)大下坡道等區(qū)段所發(fā)電量，總量是可觀的。
[0038]本發(fā)明發(fā)電地點(diǎn)在在城區(qū)或周邊，避免了長(zhǎng)途送電沿途的能量損失，長(zhǎng)途電纜建設(shè)成本，同時(shí)對(duì)城市空氣、環(huán)境無(wú)污染，清潔環(huán)保，節(jié)能。
[0039]對(duì)比傳統(tǒng)的發(fā)電的模式兩次能量轉(zhuǎn)換經(jīng)歷兩次能量損失，本發(fā)明從列車平動(dòng)動(dòng)能直接轉(zhuǎn)換為電能，減少了一層能量轉(zhuǎn)換的損失和所述原動(dòng)機(jī)建造、維護(hù)的成本，避免了那些以汽輪機(jī)、柴油機(jī)等為所述原動(dòng)機(jī)發(fā)電對(duì)煤炭、燃油等能源的消耗。尤其值得一提的是，本發(fā)明用于發(fā)電的所述列車平動(dòng)動(dòng)能，在鐵路運(yùn)輸過程中產(chǎn)生，隨列車減速停車而減少歸零，原本是一種將要白白浪費(fèi)的能量，本發(fā)明“廢物利用”用來(lái)發(fā)電，能量成本可視為零。
[0040]2、列車制動(dòng)方面
[0041]理論上分析可知，本發(fā)明提供的可用于列車制動(dòng)的能量足夠大，它恰好等于列車所具有的平動(dòng)動(dòng)能。當(dāng)這個(gè)動(dòng)能在發(fā)電的過程中全部用完之時(shí)，列車的速度歸零，實(shí)現(xiàn)停車。
[0042]在向鐵路現(xiàn)代化“重載和高速”發(fā)展中，主攻方向之一便是制動(dòng)技術(shù)?！爸剌d和高速”使列車平動(dòng)動(dòng)能大幅提高，成為各種傳統(tǒng)制動(dòng)方式難以克服的重負(fù)；但對(duì)于本發(fā)明來(lái)說，“重載和高速”卻是求之不得的，因?yàn)閷?duì)本發(fā)明而言列車平動(dòng)動(dòng)能大幅提高顯著增加發(fā)電能力，同時(shí)列車制動(dòng)能力也平行提高。本發(fā)明提供的制動(dòng)方式并不畏懼列車的“重載和高速”。
[0043]本發(fā)明提供的制動(dòng)方式使列車在較長(zhǎng)的大角度下坡路段不加速，使得列車不至于在重力作用下下滑失控，在列車勻速運(yùn)行中還發(fā)了電，所需能量來(lái)自與坡段高度有關(guān)的重力勢(shì)能所轉(zhuǎn)化的動(dòng)能。本發(fā)明為列車?？砍鞘熊囌净驕p速通過城鎮(zhèn)提供的制動(dòng)方式節(jié)能發(fā)電。
[0044]本發(fā)明提供的列車制動(dòng)方式零接觸無(wú)摩擦，避免了制動(dòng)裝置的直接磨損帶來(lái)的安全隱患和因此增加的制動(dòng)裝置維修更換的成本費(fèi)用，不消耗額外能源反而產(chǎn)生電能，制動(dòng)力可控(感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)、電磁阻尼等可控)，為鐵路現(xiàn)代化的“重載和高速”提供技術(shù)支持。
[0045]綜上所述，本發(fā)明使得鐵路和電力系統(tǒng)增加了收益，降低了成本。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0046]圖1是本發(fā)明理論基礎(chǔ)電磁感應(yīng)演示實(shí)驗(yàn)示意圖；
[0047]圖2是本發(fā)明列車平動(dòng)動(dòng)能發(fā)電制動(dòng)裝置橫截面示意圖；
[0048]圖3是本發(fā)明列車平動(dòng)動(dòng)能發(fā)電制動(dòng)裝置縱截面示意圖；
[0049]圖4為本發(fā)明列車平動(dòng)動(dòng)能發(fā)電制動(dòng)的步驟流程示意圖；
[0050]其中:1:列車；2:電磁鐵；3:軌道；4:螺線管式閉合導(dǎo)線；5:管道樣結(jié)構(gòu)；6:電磁鐵組間距離；7:螺線管式閉合導(dǎo)線節(jié)間距離；8:列車上裝置；9:環(huán)列車軌道裝置。
【具體實(shí)施方式】
[0051]下面結(jié)合附圖及實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明如下。
[0052]實(shí)施例一:
[0053]下面從本發(fā)明的原理到具體方案對(duì)本發(fā)明的裝置進(jìn)行詳細(xì)說明如下:
[0054]A.原理部分:
[0055]1.法拉第電磁感應(yīng)定律
[0056]如圖1a和圖lb，在把磁棒插入線圈A和再把磁棒從線圈A內(nèi)拔除的過程中，電流計(jì)的指針分別向不同方向發(fā)生偏轉(zhuǎn)，插入或拔出的速度越快，電流計(jì)偏轉(zhuǎn)的角度就越大。如圖lc，用一個(gè)通電線圈A’(電磁鐵)代替磁棒重復(fù)上述實(shí)驗(yàn)，可以觀察到同樣的現(xiàn)象。圖1d示意磁棒相對(duì)于線圈A運(yùn)動(dòng)時(shí)，線圈導(dǎo)線切割磁感線。實(shí)驗(yàn)表明，穿過閉合電路的磁通量發(fā)生變化閉合電路中就有電流產(chǎn)生，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的大小跟穿過這一閉合電路的磁通量變化率有關(guān)。感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)用ε表示，即ε = ηΔ Φ/Δ?,這就是法拉第電磁感應(yīng)定律。式中η為線圈匝數(shù)，Λ Φ/At為磁通量變化率。
[0057]上述實(shí)驗(yàn)給出了本實(shí)施例技術(shù)方案的初步設(shè)想，即:如果一列車車體上帶有電磁鐵(或永磁鐵)的列車穿過一個(gè)大型線圈，線圈中會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。
[0058]2.楞次定律和能量守恒定律
[0059]楞次定律可以表述為:感應(yīng)電流的效果總是反抗引起感應(yīng)電流的原因。在上述實(shí)驗(yàn)里，按照楞次定律，把磁棒插入線圈或從線圈內(nèi)拔出時(shí)，都必須克服斥力或引力做機(jī)械功，實(shí)際上，正是這部分機(jī)械功轉(zhuǎn)化成感應(yīng)電流相關(guān)的能量。這顯然符合能量守恒定律。
[0060]由上述定律可以初步設(shè)想，列車以其具有的動(dòng)能穿經(jīng)大型線圈，線圈中產(chǎn)生一定電能的同時(shí)，列車所具有的動(dòng)能相應(yīng)減少，表現(xiàn)為列車減速；從理論上分析，按此方案列車所具有的實(shí)現(xiàn)制動(dòng)的能量就是列車所具有的動(dòng)能，在發(fā)電的過程中這個(gè)動(dòng)能全部用完之時(shí)，也就是列車速度歸零實(shí)現(xiàn)停車之時(shí)。這種情況如果發(fā)生在城市車站附近，既可發(fā)電，也同時(shí)達(dá)到減速停車的目的。
[0061]3.列車平動(dòng)動(dòng)能
[0062]由于列車在做平移運(yùn)動(dòng)的同時(shí)還有某些部分如輪對(duì)等在作與轉(zhuǎn)動(dòng)慣量相關(guān)的轉(zhuǎn)動(dòng)，其結(jié)果也促進(jìn)列車平移運(yùn)動(dòng)。所以本實(shí)施例中列車帶電磁鐵平動(dòng)穿過大型線圈的動(dòng)能，在本實(shí)施例中簡(jiǎn)稱為列車平動(dòng)動(dòng)能，用Ek來(lái)表示，則
[0063]Ek = mv2/2+ Σ I ω2
[0064]式中:m-整個(gè)列車的質(zhì)量；
[0065]V-列車運(yùn)行速度；
[0066]1-回旋部分的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量；
[0067]ω——回旋部分的角速度。
[0068]根據(jù)上面的兩個(gè)定律，本實(shí)施例利用列車平動(dòng)動(dòng)能發(fā)電和制動(dòng)。
[0069]B.具體方案:
[0070]如圖2和圖3所示,本實(shí)施例記載了一種列車平動(dòng)動(dòng)能發(fā)電制動(dòng)裝置,包括列車上裝置8和環(huán)列車軌道裝置9，所述列車上裝置8包括列車I以及安裝在所述列車I上的若干組電磁鐵2，所述電磁鐵2兩極的連線與所述列車I的縱向平行；所述環(huán)列車軌道裝置包括環(huán)列車軌道3設(shè)置并供列車I穿過的若干節(jié)螺線管式閉合導(dǎo)線4，所述環(huán)列車軌道裝置設(shè)置在列車I將要?？炕驕p速通過的車站進(jìn)站前的路段、和/或所述列車I不得加速通行的下坡道的路段。
[0071]其中，所述電磁鐵2在所述列車I車體上安裝固定牢固，使所述電磁鐵2受到與所述列車I前進(jìn)方向相反的阻力時(shí)，可起到制動(dòng)作用。
`[0072]在本實(shí)施例中，所述環(huán)列車軌道裝置還包括支撐于所述若干節(jié)螺線管式閉合導(dǎo)線4外圍的管道樣結(jié)構(gòu)5。所述管道樣結(jié)構(gòu)5用以固定、支撐、保護(hù)、遮蔽所述螺線管式閉合導(dǎo)線4組合；所述管道樣結(jié)構(gòu)5略長(zhǎng)于所述螺線管式閉合導(dǎo)線4組合，故其亦遮蔽在所述螺線管式閉合導(dǎo)線4組合兩端之外的部分所述列車軌道3之上。
[0073]在本實(shí)施例中，所述列車I包括鋼輪式列車和磁懸浮式列車中的一種或多種。所述列車包括貨車和客車中的一種或多種。[0074]在本實(shí)施例中，所述電磁鐵2為在條形鐵芯的外部纏繞導(dǎo)電繞組構(gòu)成，其磁感線特性與條形磁鐵相似，在所述線圈兩端磁感線漸彎曲向外。
[0075]在本實(shí)施例中，所述若干組電磁鐵2在所述列車I上沿列車I的縱向前后排列，其中前后相鄰的兩組電磁鐵2同極相向設(shè)置，即前后相對(duì)的兩電磁鐵2以N極對(duì)N極，S極對(duì)S極為宜。
[0076]在本實(shí)施例中，所述前后相鄰兩組電磁鐵2之間的組間距離6長(zhǎng)于一節(jié)所述螺線管式閉合導(dǎo)線4沿列車縱向的長(zhǎng)度。
[0077]在本實(shí)施例中，每組電磁鐵2包括若干個(gè)電磁鐵2,但不宜在所述列車I車體同一節(jié)段過于均勻地環(huán)形分布，以同組的若干電磁鐵2沿列車I橫向間隔布置于所述列車I的底盤下方和/或列車I車體兩側(cè)下方分別為佳。
[0078]在本實(shí)施例中，所述列車I的全部或部分車廂上設(shè)有電磁屏蔽裝置，優(yōu)選地，所述電磁鐵2設(shè)于具有電磁屏蔽裝置的車廂外。
[0079]在本發(fā)明的其它實(shí)施例中，對(duì)于尚無(wú)良好屏蔽設(shè)施的貨車，可全列貨車或部分節(jié)段貨車上設(shè)有所述電磁鐵2 ;當(dāng)設(shè)有所述電磁鐵2的貨車運(yùn)輸有某些對(duì)電磁場(chǎng)敏感的物品時(shí)，該物品可存放在所述貨車中對(duì)電磁場(chǎng)屏蔽良好的隔間內(nèi)；對(duì)于尚無(wú)良好屏蔽設(shè)施的客車，可僅將所述客車后部行李車車廂設(shè)置所述電磁鐵2，所述電磁鐵2在其上可更為密集地排列。
[0080]在本實(shí)施例中，所述列車上裝置8還包括罩設(shè)在所述電磁鐵2外部的罩狀物(圖2和圖3中未示出)，所述列車I上設(shè)有控制所述罩狀物打開和閉合的罩狀物控制裝置。所述電磁鐵2平時(shí)被罩狀物遮擋以防雨打日曬，所述罩狀物可在罩狀物控制裝置的控制下開啟或關(guān)閉，所述罩狀物開啟時(shí)所述電磁鐵2暴露，所述罩狀物關(guān)閉時(shí)所述電磁鐵2被保護(hù)遮擋。
[0081]在本實(shí)施例中，所述若干節(jié)螺線管式閉合導(dǎo)線4沿列車I行進(jìn)方向前后排列，其中每節(jié)所述螺線管式閉合導(dǎo)線4由多匝線圈構(gòu)成，相鄰兩節(jié)螺線管式閉合導(dǎo)線4之間的節(jié)間距離7長(zhǎng)于所述電磁鐵2的長(zhǎng)度。所述帶電磁鐵2的列車I從所述螺線管式閉合導(dǎo)線4中穿過時(shí)，因螺線管式閉合導(dǎo)線4內(nèi)磁通量發(fā)生變化而產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，通過接線端子引出。
[0082]本實(shí)施例中，所述列車I上設(shè)有控制電磁鐵2的勵(lì)磁電源和勵(lì)磁電流的大小和方向、被勵(lì)磁電磁鐵2的數(shù)量的電磁鐵2控制系統(tǒng)。其中所述電磁鐵2磁性的有無(wú)可以用通、斷勵(lì)磁電流控制，磁性的大小可以用勵(lì)磁電流的強(qiáng)弱和/或線圈的匝數(shù)來(lái)控制，磁極可以由改變電流的方向來(lái)控制。
[0083]由于所述電磁鐵2繞組線圈的匝數(shù)、所述電磁鐵2在所述列車I車體上安裝固定的數(shù)量、所述電磁鐵2的組數(shù)、所述電磁鐵2勵(lì)磁電流的大小、被勵(lì)磁電磁鐵2的數(shù)量，以及所述螺線管式閉合導(dǎo)線4組合中每節(jié)所述螺線管式閉合導(dǎo)線4線圈匝數(shù)和導(dǎo)線本身總長(zhǎng)度、所述螺線管式閉合導(dǎo)線4的節(jié)數(shù)等與感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)產(chǎn)生的大小有關(guān)；所述電磁鐵2在所述帶電磁鐵2列車I車體上安裝固定的部位、所述電磁鐵2組間距離、所述電磁鐵2勵(lì)磁電流的方向，以及所述螺線管式閉合導(dǎo)線4組合中每節(jié)所述螺線管式閉合導(dǎo)線4線圈纏繞方向、所述螺線管式閉合導(dǎo)線4的節(jié)數(shù)、每節(jié)所述螺線管式閉合導(dǎo)線4的螺線管長(zhǎng)度、各節(jié)所述螺線管式閉合導(dǎo)線4的節(jié)間距離等與感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)產(chǎn)生的方向和頻率有關(guān)；與感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)產(chǎn)生的大小有關(guān)的各項(xiàng)參數(shù)亦與列車I制動(dòng)力的大小有關(guān)。因此，本實(shí)施例中，優(yōu)選地，所述列車平動(dòng)動(dòng)能發(fā)電制動(dòng)裝置中所述列車上裝置8與所述環(huán)列車軌道裝置9相匹配，即所述電磁鐵2繞組線圈的匝數(shù)、所述電磁鐵2在所述帶電磁鐵2列車I車體上安裝固定的部位和數(shù)量、所述電磁鐵2的組數(shù)和組間距離、所述電磁鐵2勵(lì)磁電流的大小和方向、被勵(lì)磁電磁鐵2的數(shù)量等等參數(shù)，與所述螺線管式閉合導(dǎo)線4組合中每節(jié)所述螺線管式閉合導(dǎo)線4線圈纏繞方向和匝數(shù)、所述螺線管式閉合導(dǎo)線4的節(jié)數(shù)、每節(jié)所述螺線管式閉合導(dǎo)線4的螺線管長(zhǎng)度和導(dǎo)線本身總長(zhǎng)度、各節(jié)所述螺線管式閉合導(dǎo)線4的節(jié)間距離等等參數(shù)相匹配，以使所述帶電磁鐵2列車I穿經(jīng)所述螺線管式閉合導(dǎo)線4，更好的實(shí)現(xiàn)發(fā)電和制動(dòng)。
[0084]本實(shí)施例中，所述列車I還可以保留有某些傳統(tǒng)制動(dòng)方式，必要時(shí)與列車平動(dòng)動(dòng)能發(fā)電制動(dòng)裝置協(xié)同使用，或用于緊急制動(dòng)。
[0085]實(shí)施例二:
[0086]如圖4所示，本實(shí)施例記載了一種利用上述列車平動(dòng)動(dòng)能發(fā)電制動(dòng)裝置進(jìn)行列車平動(dòng)動(dòng)能發(fā)電制動(dòng)的方法，包括以下步驟:
[0087]S1:在所述列車I將要?？炕驕p速通過的車站進(jìn)站前的路段、或所述列車I不得加速通行的下坡道的路段時(shí)，所述列車I 一旦進(jìn)入所述管道樣結(jié)構(gòu)5的端部，罩狀物控制裝置即控制罩設(shè)在所述電磁鐵2外的罩狀物開啟，使得所述電磁鐵2暴露，同時(shí)所述電磁鐵2控制系統(tǒng)接通電磁鐵的勵(lì)磁電流，所述列車I上的所述電磁鐵2形成磁場(chǎng)并高速穿過所述螺線管式閉合導(dǎo)線4;
[0088]S2:所述螺線管式閉合導(dǎo)線4內(nèi)的磁場(chǎng)強(qiáng)度隨著所述列車I上電磁鐵2的快速穿入或穿出而驟然劇增或銳減，所述螺線管式閉合導(dǎo)線4的部分導(dǎo)體不斷做切割磁感線運(yùn)動(dòng)，生成感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)；
[0089]其中，由于所述電磁鐵2組間距離略長(zhǎng)于每節(jié)所述螺線管式閉合導(dǎo)線4的螺線管長(zhǎng)度，所述螺線管式閉合導(dǎo)線4節(jié)間距離略長(zhǎng)于所述電磁鐵2的長(zhǎng)度，使所述螺線管式閉合導(dǎo)線4組合中一節(jié)節(jié)螺線管式閉合導(dǎo)線4內(nèi)的磁場(chǎng)強(qiáng)度隨著一組組電磁鐵2快速穿入和穿出而有序地驟然劇增和驟然銳減；
[0090]S3:所述感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)通過接線端子引出至回路中，產(chǎn)生電流，由電路單元(整流、變流、變頻、變壓)將電能輸出；同時(shí)所述列車I平動(dòng)動(dòng)能因不斷轉(zhuǎn)化為電能而逐漸減少或消耗，所述電磁鐵2所承受的與所述列車I運(yùn)行方向相反的阻力成為制動(dòng)力，所述列車I隨之減速或不加速；其中，所述列車I在斜度大、距離長(zhǎng)的下坡路段，雖受到重力勢(shì)能作用而不加速；在需要減速通過或進(jìn)站停靠路段，所述列車I減速或者停止；
[0091]S4:所述列車I通過所述管道樣結(jié)構(gòu)后，罩狀物控制裝置控制所述罩狀物關(guān)閉，使得所述電磁鐵2被保護(hù)遮擋，切斷所述電磁鐵的勵(lì)磁電流，所述電磁鐵上磁性消失，列車I正常運(yùn)行。
[0092]其中與將要?？砍鞘械牧熊嘔對(duì)比，那些將要減速通過城市的列車I或在通過長(zhǎng)大下坡路段時(shí)不加速的列車1，在所述管道樣結(jié)構(gòu)5內(nèi)使用的勵(lì)磁電流相對(duì)較小或/和所述電磁鐵2勵(lì)磁數(shù)量相對(duì)較少，而且相應(yīng)路段所述管道樣結(jié)構(gòu)5中所述螺線管式閉合導(dǎo)線4的節(jié)數(shù)也相對(duì)較少，發(fā)電量和制動(dòng)力亦相對(duì)較小。
[0093]以上實(shí)施方式僅用于說明本發(fā)明，而并非對(duì)本發(fā)明的限制，有關(guān)【技術(shù)領(lǐng)域】的普通技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍的情況下，還可以做出各種變化和變型，因此所有等同的技術(shù)方案也屬于本發(fā)明的范疇，本發(fā)明的專利保護(hù)范圍應(yīng)由權(quán)利要求限定。
【權(quán)利要求】
1.一種列車平動(dòng)動(dòng)能發(fā)電制動(dòng)裝置，其特征在于，包括列車上裝置和環(huán)列車軌道裝置，所述列車上裝置包括列車以及安裝在所述列車上的若干組電磁鐵，所述電磁鐵兩極的連線與所述列車的縱向平行；所述環(huán)列車軌道裝置包括環(huán)列車軌道設(shè)置并供列車穿過的若干節(jié)螺線管式閉合導(dǎo)線，所述環(huán)列車軌道裝置設(shè)置在列車將要停靠或減速通過的車站進(jìn)站前的路段、和/或所述列車不得加速通行的下坡道的路段。
2.如權(quán)利要求1所述的列車平動(dòng)動(dòng)能發(fā)電制動(dòng)裝置，其特征在于，所述環(huán)列車軌道裝置還包括支撐于所述若干節(jié)螺線管式閉合導(dǎo)線外圍的管道樣結(jié)構(gòu)。
3.如權(quán)利要求1所述的列車平動(dòng)動(dòng)能發(fā)電制動(dòng)裝置，其特征在于，所述若干組電磁鐵在所述列車上沿列車的縱向前后排列，其中前后相鄰的兩組電磁鐵同極相向設(shè)置。
4.如權(quán)利要求1所述的列車平動(dòng)動(dòng)能發(fā)電制動(dòng)裝置，其特征在于，所述前后相鄰兩組電磁鐵之間的組間距離長(zhǎng)于一節(jié)所述螺線管式閉合導(dǎo)線沿列車縱向的長(zhǎng)度。
5.如權(quán)利要求1所述的列車平動(dòng)動(dòng)能發(fā)電制動(dòng)裝置，其特征在于，每組電磁鐵包括若干個(gè)電磁鐵，同組的若干電磁鐵沿列車橫向間隔布置于所述列車的底盤下方和/或列車車體兩側(cè)下方。
6.如權(quán)利要求1所述的列車平動(dòng)動(dòng)能發(fā)電制動(dòng)裝置，其特征在于，所述列車的全部或部分車廂上設(shè)有電磁屏蔽裝置，所述電磁鐵設(shè)于具有電磁屏蔽裝置的車廂外。
7.如權(quán)利要求1所述的列車平動(dòng)動(dòng)能發(fā)電制動(dòng)裝置，其特征在于，所述列車上裝置還包括罩設(shè)在所述電磁鐵外部的罩狀物，所述列車上設(shè)有控制所述罩狀物打開和閉合的罩狀物控制裝置。
8.如權(quán)利要求1所述的列車平動(dòng)動(dòng)能發(fā)電制動(dòng)裝置，其特征在于，所述若干節(jié)螺線管式閉合導(dǎo)線沿列車行進(jìn)方向前后排列，相鄰兩節(jié)螺線管式閉合導(dǎo)線之間的節(jié)間距離長(zhǎng)于所述電磁鐵的長(zhǎng)度。
9.如權(quán)利要求1所述的列車平動(dòng)動(dòng)能發(fā)電制動(dòng)裝置，其特征在于，所述列車上設(shè)有控制電磁鐵的勵(lì)磁電源和勵(lì)磁電流的大小和方向、被勵(lì)磁電磁鐵的數(shù)量的電磁鐵控制系統(tǒng)。
10.一種利用權(quán)利要求1-9中任一項(xiàng)所述的列車平動(dòng)動(dòng)能發(fā)電制動(dòng)裝置進(jìn)行列車平動(dòng)動(dòng)能發(fā)電制動(dòng)的方法，其特征在于，包括以下步驟: S1:在所述列車將要?？炕驕p速通過的車站進(jìn)站前的路段、或所述列車不得加速通行的下坡道的路段，所述列車即將駛進(jìn)所述環(huán)列車軌道裝置時(shí)，接通所述電磁鐵的勵(lì)磁電流，所述列車上的電磁鐵形成磁場(chǎng)并高速穿過所述環(huán)列車軌道裝置中的所述螺線管式閉合導(dǎo)線.S2:所述螺線管式閉合導(dǎo)線內(nèi)的磁場(chǎng)強(qiáng)度隨著所述列車上電磁鐵的快速穿入或穿出而驟然劇增或銳減，所述螺線管式閉合導(dǎo)線的部分導(dǎo)體不斷做切割磁感線運(yùn)動(dòng)，生成感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)； S3:所述感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)通過接線端子引出至回路中，產(chǎn)生電流，由電路單元將電能輸出；同時(shí)所述列車平動(dòng)動(dòng)能因不斷轉(zhuǎn)化為電能而逐漸減少或消耗，所述列車隨之減速或不加速； S4:所述列車通過所述環(huán)列車軌道裝置后，切斷所述電磁鐵的勵(lì)磁電流，所述電磁鐵上磁性消失，列車正常運(yùn)行。
【文檔編號(hào)】B61K7/10GK103448750SQ201210175358
【公開日】2013年12月18日 申請(qǐng)日期:2012年5月30日 優(yōu)先權(quán)日:2012年5月30日
【發(fā)明者】王力豐 申請(qǐng)人:王力豐