專利名稱：軌道測試用自充電系統(tǒng)、軌道測試儀器及其自充電方法
技術領域：
本發(fā)明涉及軌道技術，特別是軌道測試用自充電系統(tǒng)、軌道測試儀器及其自充電方法。
背景技術：
在現(xiàn)有技術中，對鐵路軌道進行測試監(jiān)控的軌道測試儀器通常通過一次性電池供電。不過，一旦一次性電池消耗完電能或者剩余電量不足，則必須進行人工更換，這不僅更換不便，而且會影響鐵路、特別是封閉式高速鐵路的正常運營，甚至需要中斷鐵路運營。

發(fā)明內容
本發(fā)明的各實施例提供軌道測試用自充電系統(tǒng)、軌道測試儀器及其自充電方法， 能夠以更加可靠節(jié)能的方式為軌道測試儀器供電。根據(jù)本發(fā)明的一個方面，提供一種軌道測試用自充電系統(tǒng)，包括連接到軌道的振動致動結構；能量轉化裝置，其連接到所述振動致動結構以將所述振動致動結構接收的所述軌道的振動能量轉化為電能；儲能裝置，其連接到所述能量轉化裝置以接收和儲存所述電能，并將所述電能供應到軌道測試儀器。較佳地，在本發(fā)明的各實施例中，所述的軌道測試用自充電系統(tǒng)進一步包括電能調整單元，其連接在所述能量轉換裝置與所述儲能裝置之間，并包括以下中的至少一種交流-直流轉換結構；橋式整流結構，其優(yōu)選地包括由二極管構成的橋式整流器；穩(wěn)壓處理結構，其優(yōu)選地包括并聯(lián)連接在所述電能調整單元的兩個輸出端上的穩(wěn)壓電容。較佳地，在本發(fā)明的各實施例中，所述能量轉化裝置包括棒形或非棒形的永磁體,其連接到所述振動致動結構以接收來自所述軌道的振動倉;導電線圈，其包圍所述永磁體而使所述永磁體能夠在所述導電線圈圍成的空間中往復運動，所述導電線圈的始端和末端分別電連接到所述能量轉化裝置的一對輸出端。較佳地，在本發(fā)明的各實施例中，所述能量轉化裝置包括非磁性的防護筒，其中，所述防護筒圍繞所述導電線圈，所述導電線圈固定在所述防護筒的內壁上；或者， 所述防護筒包括相互套置的內筒和外筒，且所述內筒圍繞所述導電線圈，所述導電線圈固定在所述內筒與所述外筒之間；所述防護筒與所述軌道直接接觸、或通過中間部件剛性連接到所述軌道、或與所述軌道分尚。較佳地，在本發(fā)明的各實施例中，所述振動致動結構包括彈簧，所述永磁體通過所述彈簧連接到軌道。較佳地，在本發(fā)明的各實施例中，所述能量轉化裝置包括緩沖結構，其設置在所述導電線圈外圍或者所述導電線圈的端開口處以防止所述永磁體撞擊受損。根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供一種軌道測試儀器，包括如前所述的軌道測試用自充電系統(tǒng)。根據(jù)本發(fā)明的又一方面，提供一種用于軌道測試儀器的自充電方法，包括將軌道的振動能量轉化為電能；和將所述電能供應到所述軌道測試儀器。較佳地，在本發(fā)明的各實施例中，所述轉化包括通過所述軌道振動使永磁體在導電線圈圍成的空間中往復運動，以在所述導電線圈中產(chǎn)生電流。較佳地，在本發(fā)明的各實施例中，在將軌道的振動能量轉化為電能之后和將所述電能供應到所述軌道測試儀器之前，進一步包括以下步驟中的至少一種對所述電能進行交流-直流轉換；對所述電能進行橋式整流；對所述電能進行穩(wěn)壓處理。通過本發(fā)明的各實施例提供的軌道測試用自充電系統(tǒng)、軌道測試儀器及其自充電方法，能夠以更加可靠節(jié)能的方式為軌道測試儀器供電。


為了更清楚地說明本發(fā)明實施例或現(xiàn)有技術中的技術方案，以下將對實施例或現(xiàn)有技術描述中所需要使用的附圖進行論述，顯然，在結合附圖進行描述的技術方案僅僅是本發(fā)明的一些實施例，對于本領域普通技術人員而言，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)這些附圖所示實施例得到其它的實施例及其附圖。圖I是根據(jù)本發(fā)明的實施例的軌道測試用自充電系統(tǒng)的示意圖。圖2是根據(jù)本發(fā)明的實施例的能量轉化裝置的示意圖。圖3是根據(jù)本發(fā)明的實施例的電能調整單元的示意圖。圖4是根據(jù)本發(fā)明的實施例的用于軌道測試儀器的自充電方法的流程圖。
具體實施例方式以下將結合附圖對本發(fā)明的各實施例的技術方案進行清楚、完整的描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發(fā)明的一部分實施例，而不是全部的實施例?；诒景l(fā)明中所述的實施例，本領域普通技術人員在不需要創(chuàng)造性勞動的前提下所得到的所有其它實施例，都在本發(fā)明所保護的范圍內。根據(jù)本發(fā)明的一個方面，提供一種軌道測試用自充電系統(tǒng)，包括連接到軌道的振動致動結構；能量轉化裝置，其連接到所述振動致動結構以將所述振動致動結構接收的所述軌道的振動能量轉化為電能；儲能裝置，其連接到所述能量轉化裝置以接收和儲存所述電能，并將所述電能供應到軌道測試儀器。
這樣，連接到軌道的振動致動結構將軌道的振動能量傳遞到能量轉化裝置而轉化為電能并儲存在儲能裝置中，儲能裝置為軌道測試儀器供電。通過這樣的方式，軌道測試儀器不需要單獨的電池供電，而是能夠由儲能裝置持續(xù)供電，而儲能裝置從能量轉化裝置持續(xù)地接收由軌道振動能量轉化來的電能，由此使軌道測試儀器得到持續(xù)的電力供應。這種電力供應源自軌道的振動，在鐵路的正常運營狀態(tài)下，列車會不斷經(jīng)過而引起軌道振動，從而能夠不斷將振動能量轉化為電能供應，因而不僅能量來源持續(xù)可靠而不會發(fā)生電池耗盡無電可供的狀況，而且利用軌道振動能量而非額外電池能量還可顯著節(jié)約能量，具有綠色環(huán)保意義。應理解，在軌道測試應用中，軌道測試儀器所需的供電電流是微電流，S卩，其工作電流小于I安培，例如小于I毫安或小于I微安。較佳地，在本發(fā)明的各實施例中，所述的軌道測試用自充電系統(tǒng)進一步包括電能調整單元，其連接在所述能量轉換裝置與所述儲能裝置之間，并包括以下中的至少一種交流-直流轉換結構；橋式整流結構，其優(yōu)選地包括由二極管構成的橋式整流器；穩(wěn)壓處理結構，其優(yōu)選地包括并聯(lián)連接在所述電能調整單元的兩個輸出端上的穩(wěn)壓電容。圖I是根據(jù)本發(fā)明的實施例的軌道測試用自充電系統(tǒng)的示意圖。在圖I所示的實施例中，軌道測試用自充電系統(tǒng)，包括連接到軌道(未示出)的振動致動結構100 ；能量轉化裝置200，其連接到所述振動致動結構100以將所述振動致動結構100接收的所述軌道的振動能量轉化為電能；儲能裝置500，其連接到所述能量轉化裝置200以接收和儲存所述電能，并將所述電能供應到軌道測試儀器(未示出)；電能調整單元300，其連接在所述能量轉換裝置200與所述儲能裝置500之間。這樣,連接到軌道(如振動致動結構100左側的箭頭所示)的振動致動結構100 將振動能量傳遞到能量轉化裝置200轉化為電能，并經(jīng)過電能調整單元300的調整后傳輸?shù)絻δ苎b置500儲存，用以供應到軌道測試儀器(如儲能裝置500右側的箭頭所示)提供電能。在一個實施例中，電能調整單元中可包括交流-直流轉換結構，以將通過能量轉化裝置轉化得到的交流電轉換為直流電，更便于供軌道測試儀器使用。當然，應理解，對于不同類型的軌道測試儀器可能會采用不同類型的電能，當軌道測試儀器使用交流電工作時，則不必將電能轉換為直流電，而可將交流電供應到軌道測試儀器使用。在一個實施例中，交流-直流轉換結構設置在電能調整單元中的處理流程最下游，即，僅在將電能輸出到軌道測試儀器前才進行交流-直流轉換。在一個實施例中，電能調整單元中可包括橋式整流結構，應理解，這樣的橋式整流結構可采取不同的電路結構，例如可包括全橋結構或半橋結構，只要能夠實現(xiàn)橋式整流作用即可。優(yōu)選地，橋式整流結構可以包括由二極管構成的橋式整流器，例如可包括由四個二極管構成的全橋整流器。在一個實施例中，電能調整單元中可包括穩(wěn)壓處理結構，以確保被供應到軌道測試儀器使用的電能具有穩(wěn)定電壓。優(yōu)選地，穩(wěn)壓處理結構包括并聯(lián)連接在所述電能調整單元的兩個輸出端上的穩(wěn)壓電容，以實現(xiàn)穩(wěn)壓。在一個實施例中，電能調整單元中可包括橋式整流結構和穩(wěn)壓處理結構。應理解， 橋式整流結構可設置在穩(wěn)壓處理結構的上游(此時，電能先進行整流處理再進行穩(wěn)壓處理)，也可設置在穩(wěn)壓處理結構的下游(此時，電能先進行穩(wěn)壓處理再進行整流處理)，這可根據(jù)需要適應性設置。在本發(fā)明的各實施例中，所述橋式整流結構和所述交流-直流轉換結構可集成為單一部件，從而可同時實現(xiàn)整流功能和交流-直流轉換功能。圖2是根據(jù)本發(fā)明的實施例的電能調整單元的示意圖。在圖2所示的實施例中， 電能調整單元從上游到下游依次包括輸入端301 ;作為所述橋式整流結構的由四個二極管構成的全橋整流器310 ;所述穩(wěn)壓處理結構(其包括并聯(lián)連接在所述電能調整單元的兩個輸出端309上的穩(wěn)壓電容320)。這樣，電能可在電能調整單元的輸入端301與輸出端309 之間進行電能調整操作以利于更好地最終為軌道測試儀器供電。其中，包括穩(wěn)壓電容320 的穩(wěn)壓處理結構對電能進行穩(wěn)壓處理，全橋整流器310對電能進行整流處理且優(yōu)選地還可以具有交流-直流轉換功能。應理解，雖然在圖2所示的實施例中全橋整流器310設置在穩(wěn)壓處理結構的上游(此時，電能先進行整流處理再進行穩(wěn)壓處理)，不過，在其它實施例中， 橋式整流結構也可根據(jù)需要而設置在穩(wěn)壓處理結構的下游(此時，電能先進行穩(wěn)壓處理再進行整流處理)。較佳地，在本發(fā)明的各實施例中，所述能量轉化裝置包括棒形或非棒形的永磁體，其連接到所述振動致動結構以接收來自所述軌道的振動倉;導電線圈，其包圍所述永磁體而使所述永磁體能夠在所述導電線圈圍成的空間中往復運動，所述導電線圈的始端和末端分別電連接到所述能量轉化裝置的一對輸出端。這樣，通過振動致動結構連接到軌道的永磁體由于軌道振動而相應運動，由此與導電線圈(其例如可保持在靜止狀態(tài))之間發(fā)生相對運動，從而在導電線圈中引發(fā)電流，該電流隨著永磁體在由導電線圈圍成的空間中往復運動而從能量轉化裝置的輸出端輸出，并可被供應到軌道測試儀器對其供電。較佳地，在本發(fā)明的各實施例中，所述永磁體是永磁棒并具有連接到所述軌道的傳動端和相反的自由端。這樣，當永磁棒由于軌道振動而相應運動時，其長度使其在導電線圈的更多線匝旁邊經(jīng)過，有利于有效引發(fā)電流。較佳地，在本發(fā)明的各實施例中，所述能量轉化裝置包括非磁性的防護筒。在一個實施例中，所述防護筒可圍繞所述導電線圈，所述導電線圈固定在所述防護筒的內壁上，這樣，永磁體當隨軌道振動而在導電線圈圍成的空間內相應運動時，與固定導電線圈發(fā)生相對運動而在導電線圈中產(chǎn)生電流。在另一實施例中，所述防護筒包括相互套置的內筒和外筒，且所述內筒圍繞所述導電線圈，所述導電線圈固定在所述內筒與所述外筒之間，這樣， 永磁體當隨軌道振動而在導電線圈圍成的空間內相應運動時，與固定導電線圈發(fā)生相對運動而在導電線圈中產(chǎn)生電流。應注意，一方面，所述防護筒為非磁性的，因而不會影響永磁體與導電線圈的相互磁電作用；另一方面，所述防護筒以適合的方式將導電線圈固定，以確保在導電線圈與永磁體之間發(fā)生相對運動以形成電流；此外，防護筒將導電線圈包圍于其中(例如，單層防護筒以內壁包圍導電線圈，雙層防護筒將導電線圈包圍在內、外筒之間)，能夠對導電線圈及其包圍的永磁體起到機械保護作用以及限制作用。較佳地，在本發(fā)明的各實施例中，所述防護筒與所述軌道直接接觸、或通過中間部件剛性連接到所述軌道、或與所述軌道分離。較佳地，在本發(fā)明的各實施例中，所述振動致動結構包括彈簧，所述永磁體通過所述彈簧連接到軌道。這樣，軌道的振動通過彈簧傳遞到永磁體，因而永磁體的往復運動雖然源自軌道振動，但與軌道振動是不同步的，這樣，永磁體在導電線圈圍成的空間中相應往復運動而與導電線圈形成相對運動，由此在導電線圈中形成電流。在一個實施例中，導電線圈(例如固定到所述防護筒的導電線圈)可不與軌道接觸而保持靜止，而通過彈簧連接到軌道的永磁體隨軌道振動在導電線圈圍成的空間中相應往復運動而與靜止導電線圈形成相對運動，由此在導電線圈中形成電流。在另一實施例中，導電線圈(例如固定到所述防護筒的導電線圈)與軌道接觸或剛性連接而與軌道同步地振動，而通過彈簧連接到軌道的永磁體隨軌道振動而在導電線圈圍成的空間中相應往復運動且這種往復運動與軌道振動是不同步的(如前所述)，因此，永磁體與導電線圈形成相對運動，由此在導電線圈中形成電流。優(yōu)選地，防護筒與軌道接觸而與軌道同步振動，使得固定到防護筒的導電線圈也隨軌道同步振動，在這樣的實施例中，防護筒可構成包圍能量轉化裝置中各部件的能量轉化裝置殼體的一部分或連接到能量轉化裝置殼體。較佳地，在本發(fā)明的各實施例中，所述能量轉化裝置包括緩沖結構，其設置在所述導電線圈外圍或者所述導電線圈的端開口處以防止所述永磁體撞擊受損。在軌道振動劇烈的情況下，連接到軌道永磁體可能會大幅度運動，可能會撞擊到周圍部件，也可能會脫落而撞擊到殼體上，因而設置緩沖結構可避免或減少永磁體撞擊受損的可能性，以提高能量轉化裝置的工作安全性和可靠性。圖3是根據(jù)本發(fā)明的實施例的能量轉化裝置的示意圖。在圖3所示的實施例中， 能量轉化裝置包括棒形的永磁體210，其連接到所述振動致動結構中的彈簧101以接收來自所述軌道的振動能量，所述永磁體210具有連接到所述軌道的傳動端(在圖3中顯示為上端)和相反的自由端(在圖3中顯示為下端)，其中永磁體210在其傳動端通過彈簧101 (以及固定結構102)連接到所述軌道；導電線圈220，其包圍所述永磁體210而使所述永磁體210能夠在所述導電線圈 220圍成的空間中往復運動，所述導電線圈220的始端和末端分別電連接到所述能量轉化裝置的一對輸出端209。這樣，通過彈簧101連接到軌道的永磁體210由于軌道振動而相應運動，從而在圍繞其設置的導電線圈220中引發(fā)電流，該電流從能量轉化裝置的輸出端209輸出，并可被供應到軌道測試儀器對其供電。在圖3所示的實施例中，為了進一步控制永磁體210與導電線圈220之間的相對運動并保護永磁體210免于碰撞受損，可在導電線圈220外圍提供防護筒250，以確保通過永磁體210在導電線圈220中可控地相應運動而產(chǎn)生電流。
在圖3所示的實施例中，防護筒250是圍繞導電線圈220的單層筒，導電線圈220 固定在所述防護筒250的內壁上，這樣，通過彈簧101連接到軌道的永磁體210當隨軌道振動而在導電線圈220圍成的空間內相應往復運動時，與導電線圈220發(fā)生相對運動而在導電線圈220中產(chǎn)生電流。在圖3所示的實施例中，防護筒250以及固定于其內的導電線圈220可不與軌道接觸或剛性連接，即，與軌道分離，在這種情況下，導電線圈220保持靜止，因而在導電線圈 220中往復運動的永磁體210與導電線圈220發(fā)生相對運動而在導電線圈220中產(chǎn)生電流。較佳地，在圖3所示的實施例中，所述能量轉化裝置包括緩沖結構230，其設置在所述導電線圈220的端開口(即，下開口)處以防止所述永磁體210撞擊受損。在軌道振動劇烈的情況下，連接到軌道永磁體可能會大幅度運動，可能會撞擊到周圍部件，也可能會脫落而撞擊到殼體上，因而設置緩沖結構可避免或減少永磁體撞擊受損的可能性，從而提高能量轉化裝置的工作安全性和可靠性。根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供一種軌道測試儀器，包括如前所述的軌道測試用自充電系統(tǒng)。在這種情況下，所述的軌道測試用自充電系統(tǒng)安裝或集成在軌道測試儀器中而形成整體結構。不過，在其它實施例中，所述軌道測試用自充電系統(tǒng)可以完全獨立于軌道測試儀器，并連接到軌道測試儀器而為其供電。在由多個所述軌道測試儀器構成的軌道測試系統(tǒng)中，每個軌道測試儀器可具有各自的如本發(fā)明各實施例中所述的軌道測試用自充電系統(tǒng)，即，所述軌道測試儀器與相應的軌道測試用自充電系統(tǒng)是一一對應配置的。不過，在其它的實施例中，根據(jù)需要，也可采用單個的所述軌道測試用自充電系統(tǒng)為與其相連的多個軌道測試儀器供電。根據(jù)本發(fā)明的又一方面，提供一種用于軌道測試儀器的自充電方法。圖4是根據(jù)本發(fā)明的實施例的用于軌道測試儀器的自充電方法的流程圖，所述方法包括將軌道的振動能量轉化為電能(如步驟901所示);和將所述電能供應到所述軌道測試儀器(如步驟902所示)。較佳地，在本發(fā)明的各實施例中，所述轉化包括通過所述軌道振動使設置在導電線圈中的永磁體運動，以在所述導電線圈中產(chǎn)生電流。較佳地，在本發(fā)明的各實施例中，在將軌道的振動能量轉化為電能之后和將所述電能供應到所述軌道測試儀器之前，進一步包括以下步驟中的至少一種對所述電能進行交流-直流轉換；對所述電能進行橋式整流；對所述電能進行穩(wěn)壓處理。通過本發(fā)明的各實施例提供的軌道測試用自充電系統(tǒng)、軌道測試儀器及其自充電方法，能夠以更加可靠節(jié)能的方式為軌道測試儀器供電。在本發(fā)明的各實施例中，以軌道振動能量為能量來源，并可通過能量轉化裝置將振動能量(機械能)轉化為電能，并利用儲能裝置儲存電能，從而實現(xiàn)對軌道測試儀器的供電。與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明的各實施例還具有以下至少一種優(yōu)點
1、軌道測試儀器不需要更換電池，提高了軌道測試儀器的使用效率。2、通過能量轉化裝置充分利用軌道振動能量轉化為電能對軌道測試儀器供電，有效實現(xiàn)節(jié)能減排。3、減少一次性電池的使用，保護環(huán)境。本發(fā)明提供的各種實施例可根據(jù)需要以任意方式相互組合，通過這種組合得到的技術方案，也在本發(fā)明的范圍內。顯然，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍的情況下，本領域技術人員可以對本發(fā)明進行各種改動和變型。這樣，如果對本發(fā)明的這些改的和變型屬于本發(fā)明權利要求及其等同方案的范圍之內，則本發(fā)明也將包含這些改動和變型。
權利要求
1.一種軌道測試用自充電系統(tǒng)，其特征在于，包括連接到軌道的振動致動結構；能量轉化裝置，其連接到所述振動致動結構以將所述振動致動結構接收的來自所述軌道的振動能量轉化為電能；儲能裝置，其連接到所述能量轉化裝置以接收和儲存所述電能，并將所述電能供應到軌道測試儀器。
2.根據(jù)權利要求I所述的軌道測試用自充電系統(tǒng)，其特征在于，進一步包括電能調整單元，其連接在所述能量轉換裝置與所述儲能裝置之間，并包括以下中的至少一種交流-直流轉換結構；橋式整流結構，其優(yōu)選地包括由二極管構成的橋式整流器；穩(wěn)壓處理結構，其優(yōu)選地包括并聯(lián)連接在所述電能調整單元的兩個輸出端上的穩(wěn)壓電容。
3.根據(jù)權利要求I或2所述的軌道測試用自充電系統(tǒng)，其特征在于，所述能量轉化裝置包括棒形或非棒形的永磁體，其連接到所述振動致動結構以接收來自所述軌道的振動能導電線圈，其包圍所述永磁體而使所述永磁體能夠在所述導電線圈圍成的空間中往復運動，所述導電線圈的始端和末端分別電連接到所述能量轉化裝置的一對輸出端。
4.根據(jù)權利要求3所述的軌道測試用自充電系統(tǒng)，其特征在于，所述能量轉化裝置包括非磁性的防護筒，其中，所述防護筒圍繞所述導電線圈，所述導電線圈固定在所述防護筒的內壁上；或者，所述防護筒包括相互套置的內筒和外筒，且所述內筒圍繞所述導電線圈，所述導電線圈固定在所述內筒與所述外筒之間；所述防護筒與所述軌道直接接觸、或通過中間部件剛性連接到所述軌道、或與所述軌道分離。
5.根據(jù)權利要求I至4中任一項所述的軌道測試用自充電系統(tǒng)，其特征在于，所述振動致動結構包括彈簧，所述永磁體通過所述彈簧連接到軌道。
6.根據(jù)權利要求I至5中任一項所述的軌道測試用自充電系統(tǒng)，其特征在于，所述能量轉化裝置包括緩沖結構，其設置在所述導電線圈外圍或者所述導電線圈的端開口處以防止所述永磁體撞擊受損。
7.—種軌道測試儀器，其特征在于，包括如權利要求I至6中任一項所述的軌道測試用自充電系統(tǒng)。
8.一種用于軌道測試儀器的自充電方法，其特征在于，包括將軌道的振動能量轉化為電能；和將所述電能供應到所述軌道測試儀器。
9.根據(jù)權利要求8所述的自充電方法，其特征在于，所述轉化包括通過所述軌道振動使永磁體在導電線圈圍成的空間中往復運動，以在所述導電線圈中產(chǎn)生電流。
10.根據(jù)權利要求8或9所述的自充電方法，其特征在于，在將軌道的振動能量轉化為電能之后和將所述電能供應到所述軌道測試儀器之前，進一步包括以下步驟中的至少一種對所述電能進行交流-直流轉換；對所述電能進行橋式整流；對所述電能進行穩(wěn)壓處理。
全文摘要
本發(fā)明涉及軌道技術，特別是軌道測試用自充電系統(tǒng)、軌道測試儀器及其自充電方法，能夠以更加可靠節(jié)能的方式為軌道測試儀器供電。所述軌道測試用自充電系統(tǒng)包括連接到軌道的振動致動結構；能量轉化裝置，其連接到所述振動致動結構以將所述振動致動結構接收的所述軌道的振動能量轉化為電能；儲能裝置，其連接到所述能量轉化裝置以接收和儲存所述電能，并將所述電能供應到軌道測試儀器。
文檔編號H02K35/02GK102611185SQ201210075430
公開日2012年7月25日 申請日期2012年3月21日 優(yōu)先權日2012年3月21日
發(fā)明者徐井芒, 王平, 肖杰靈, 胡弼丞, 陳嶸 申請人:西南交通大學