×
02.05.2019
219.017.4868

Способ получения электрической энергии во время движения железнодорожных объектов и автономный источник электропитания электрических приборов наземных объектов железнодорожного транспорта

Вид РИД

Изобретение

Юридическая информация Свернуть Развернуть
Краткое описание РИД Свернуть Развернуть
Аннотация: Группа изобретений относится к путевым устройствам, взаимодействующим с поездом. Способ получения электрической энергии во время движения железнодорожных объектов заключается в следующем. Под рельсом располагают П-образный магнитопровод, снабженный вставкой из постоянного магнита и генерирующей электрической обмоткой. Вставку из постоянного магнита размещают на перемычке П-образного магнитопровода, соединяющей две его противоположные ветви с воздушным зазором. Изменение магнитной проницаемости воздушного зазора приводит к изменению величины магнитного потока в замкнутой магнитной цепи, за счет чего в обмотке генерируется электрическое напряжение, которое аккумулируют с помощью накопителя электрической энергии. Изменение величины магнитного потока осуществляют воздействием реборды колеса на металлический стержень из магнитомягкого материала, перекрывающий воздушный зазор П-образного магнитопровода в момент наезда колеса железнодорожного объекта. Также заявлен автономный источник электропитания электрических приборов наземных объектов железнодорожного транспорта. Технический результат заключается в повышении надежности и эффективности получения электроэнергии при движении по рельсам железнодорожного транспорта. 2 н.п. ф-лы, 3 ил.
Реферат Свернуть Развернуть

Изобретение относится к области железнодорожного транспорта, а именно к средствам получения электрической энергии во время движения железнодорожных составов, используемой для обеспечения электропитанием электрических приборов наземных объектов железнодорожного транспорта, оборудования необслуживаемых железнодорожных переездов, элементов автоматики и других устройств аппаратуры автоматического дистанционного контроля за техническим состоянием элементов подвески объектов железнодорожного транспорта.

Известен способ получения разности электрических потенциалов при колебании рельсов во время движения железнодорожных составов (см. патент РФ №2095265, МПК B61L 1/04), заключающийся в том, что на путях между шпалами или между рельсами на опоре располагают пьезоэлектрический преобразователь механического давления в разность электрических потенциалов /ППМД РЭП/. При прохождении подвижных составов давление их колес передают через рельсы на ППМД РЭП, в результате чего и получают разность электрических потенциалов.

Устройство для передачи давления от рельсов на ППМД РЭП выполнено в виде пьезоэлектрического преобразователя механического давления в разность электрических потенциалов (ППМД РЭП), имеющего корпус, пьезоэлектрический элемент и электроды, закрепленного на опоре рычажно-консольной системы, имеющей консоль, рычаг левого рельса и рычаг правого рельса, соединенные шарниром, установленным на опоре. Давление на ППМД РЭП регулируется изменением упругости опоры и длиной плеча рычагов.

Это известное техническое решение позволяет преобразовывать в электрическую энергию изменение давления на рельсы при прохождении подвижного состава, и его основной недостаток заключается в том, что в качестве генератора разности электрических потенциалов используется пьезоэлектрический преобразователь механического давления, энергия которого незначительна, поэтому КПД преобразования чрезвычайно низок.

Известен также способ получения электрической энергии при колебании рельсов во время движения железнодорожных составов (см. патент РФ №2444458, МПК: В61L 1/04). В известном способе для получения электрической энергии формируют замкнутую магнитную цепь, состоящую из двух участков, первым из которых является часть рельса, совершающего вертикальные колебания при прохождении колес подвижного состава, вторую часть располагают неподвижно, между первой и второй частями магнитной цепи выполняют зазоры, изменяющиеся при давлении на рельс, изменение магнитного поля в указанной замкнутой магнитной цепи используют для генерирования электромагнитной индукции. При этом в качестве первого участка магнитной цепи используют нижнюю часть головки рельса, или верхнюю часть подошвы рельса.

Известное устройство для реализации способа содержит замкнутую магнитную цепь, состоящую из двух участков: первый участок является нижней частью головки рельса, второй участок магнитопровода выполнен из электротехнической стали и ветви П-образного магнитопровода изогнуты в сторону рельса под некоторым углом так, чтобы поверхности зазоров, образованных между ветвями и поверхностью головки рельса, были параллельны друг другу. Магнитопровод имеет вставку из постоянного магнита, содержит генерирующую электрическую обмотку и установлен на двух пластинах, жестко прикрепленных к стержню, вбитому в полотно железной дороги.

Эти известные способ и устройство обеспечивают прямое преобразование колебательного движения рельсов при движении железнодорожных составов в электрическую энергию. Устройство хотя и имеет относительно высокий КПД преобразования, но требует постоянного обслуживания, кроме того, оно имеет и ряд других недостатков, которые связаны с тем, что оно не надежно из-за конструктивных особенностей устройства, т.к. для обеспечения его работы необходимо соблюдать и поддерживать необходимую величину и параллельность воздушного зазора, что проблематично из-за колебания рельса и возможной его деформации, в виду прохождения по рельсу, различных по весу, железнодорожных объектов и т.д.

Известен способ получения электрической энергии во время движения железнодорожных объектов, при котором располагают на рельсе П-образный магнитопровод, снабженный вставкой из постоянного магнита и генерирующей электрической обмоткой, вставку из постоянного магнита размещают на перемычке П-образного магнитопровода, соединяющей две его противоположные ветви, под подошвой рельса, одну из двух противоположных ветвей П-образного магнитопровода жестко прикрепляют к шейке рельса, генерирующую электрическую обмотку размещают на другой из двух противоположных ветвей П-образного магнитопровода, а саму эту ветвь размещают с воздушным зазором относительно головки рельса с возможностью образования замкнутой магнитной цепи; при пересечении этого воздушного зазора ребордой колеса движущегося железнодорожного объекта происходит изменение его магнитной проницаемости, что приводит соответственно к изменению величины магнитного потока в замкнутой магнитной цепи, за счет чего в генерирующей электрической обмотке генерируется электрическое напряжение, которое аккумулируют с помощью накопителя электрической энергии (см. патент РФ №2575557, МПК: В61L 1/04).

Известный автономный источник электропитания элементов автоматики железнодорожного транспорта для реализации способа (см. патент РФ №2575557, МПК: В61L 1/04), включает П-образный магнитопровод, установленный на рельсе, имеющий вставку из постоянного магнита и содержащий генерирующую электрическую обмотку, причем две противоположные ветви П-образного магнитопровода направлены вверх к его головке, одна из двух противоположных ветвей П-образного магнитопровода жестко прикреплена к шейке рельса, другая из двух противоположных ветвей П-образного магнитопровода размещена с зазором относительно головки рельса, а на ней размещена генерирующая электрическая обмотка, вставка из постоянного магнита размещена на перемычке П-образного магнитопровода, Соединяющей две его противоположные ветви, под подошвой рельса параллельны друг другу и продольной оси поперечного сечения рельса, кроме того в качестве одной из ветвей П-образного магнитопровода используется сам рельс, а вторая ветвь жестко прикрепляется к подошве рельса.

Недостатком прототипа является относительно низкий КПД преобразователя, обусловленный необходимостью иметь ширину воздушного зазора значительно больше толщины реборды рельса. Это вызвано необходимостью обеспечения безопасности движения в месте установки источника питания, поскольку ширина воздушного зазора относительно стандартной, первоначально установленной, может уменьшаться за счет изменения ширины колесной пары, упругого изгиба ее оси, упругих изменений ширины колеи под подвижным составом, возможного запаса по толщине реборды колеса и ряда других факторов. В связи с этим величину воздушного зазора необходимо выбирать равной не менее 76 мм, при этом толщина реборды в месте перекрытия воздушного зазора составляет порядка 30 мм. При попадании реборды колеса в воздушный зазор цепи постоянного магнита часть воздушного зазора уменьшается на величину, равную толщине реборды, но остается остаток воздушного зазора, равный примерно 46 мм. Наличие остаточного воздушного зазора достаточно большого по величине приводит к сильному снижению интенсивности поля постоянного магнита, а следовательно, к снижению КПД преобразователя.

Изобретение направлено на повышение надежности и эффективности получения электроэнергии при движении по рельсам объектов железнодорожного транспорта.

Указанная задача достигается тем, что в способе получения электрической энергии во время движения железнодорожных объектов, при котором под рельсом располагают П-образный магнитопровод, снабженный вставкой из постоянного магнита и генерирующей электрической обмоткой, при этом вставку из постоянного магнита размещают на перемычке П-образного магнитопровода, соединяющей две его противоположные ветви с воздушным зазором, при пересечении которого происходит изменение его магнитной проницаемости, что приводит соответственно к изменению величины магнитного потока в замкнутой магнитной цепи, за счет чего в генерирующей электрической обмотке генерируется электрическое напряжение, которое аккумулируют с помощью накопителя электрической энергии, изменение величины магнитного потока осуществляется воздействием реборды колеса железнодорожного объекта на металлические стержни, которые размещают на подпружиненной металлической перекладине, при этом один из стержней размещают с возможностью взаимодействия с ребордой колеса, а другой - с возможностью пересечения воздушного зазора между ветвями магнитопровода в момент наезда колеса железнодорожного объекта.

Автономный источник электропитания электрических приборов наземных объектов железнодорожного транспорта для реализации способа, включающий установленный под рельсом П-образный магнитопровод, противоположные ветви которого направлены вверх и имеющий вставку из постоянного магнита, размещенную на перемычке магнитопровода, соединяющей две его противоположные ветви с зазором и содержащий генерирующую электрическую обмотку на одной из них, снабжен закрепленными на подпружиненной перекладине противоположно ориентированными металлическими стержнями, при этом верхний стержень смонтирован с возможностью взаимодействия с ребордой колеса железнодорожного объекта, а нижний - с возможностью перекрытия воздушного зазора между ветвями магнитопровода, причем нижний стержень выполнен из магнитомягкого материала.

Изобретение поясняется графическими материалами, где на фиг. 1 представлена схема источника электропитания, на фиг. 2 представлен автономный источник электропитания, на фиг. 3 вариант выполнения автономного источника электропитания с несколькими магнитопроводами.

Автономный источник электропитания содержит П-образный магнитопровод 1, расположенный под рельсом 2, противоположные ветви 3 и 4, которого направлены вверх к головке рельса, размещены с зазором 5 и параллельно друг другу, вставку 6 из постоянного магнита, генерирующую электрическую обмотку 7, упругую пластину 8, смонтированную на П-образной перекладине 9, закрепленные на упругой пластине взаимно противоположно металлические стержни 10, 11. Противоположные ветви 12, 13 перекладины шарнирно закреплены в стаканах 14, 15 металлического корпуса 16 и снабжены возвратными пружинами 17. Стержень 10 ориентирован с возможностью взаимодействия с ребордой колеса проходящего подвижного. состава, а стержень 11 - с возможностью пересечения воздушного зазора 5 магнитопровода 1. Стержень 11 выполнен из магнитомягкого материала. Шарниры и зазор вокруг пластины 8 прикрываются гибкими крышками для исключения попадания в них пыли, грязи и посторонних предметов. Стержень 10 размещают на некотором расстоянии от рельса 2 и его сечение выбирают не менее 46 мм, чем обеспечивается постоянная связь его с ребордами колес проходящего железнодорожного объекта и периодическое перекрытие воздушного зазора 5 металлическим стержнем 11. Источник электропитания работает следующим образом.

При нажатии ребордой колеса на стержень 10, последний воздействует на перекладину 9 и вызывает ее перемещение, при этом стержень 11 перекрывает воздушный зазор 5, между ветвями 3, 4 магнитопровода 1. В результате возникает изменяющийся по величине (по интенсивности) пульсирующий магнитный поток через систему элементов П-образного магнитопровода, т.е. ветвей 3, 4, и вставки 6. При этом в генерирующей электрической обмотке 7 будет наводиться электрическое напряжение, причем изменение магнитного потока в магнитопроводе 1 происходит скачкообразно (в виде импульса), что в сумме обеспечивает существенно большее изменение магнитного потока, проходящего через электрическую обмотку 7 а, следовательно, и значительно большую величину снимаемой электрической энергии. Электрическое напряжение, которое будет наводиться в генерирующей электрической обмотке 7, можно аккумулировать с помощью электрических конденсаторов большой емкости (на черт, не показаны), и в дальнейшем использовать накопленную электроэнергию для питания различных электрических устройств. После съезда колеса с устройства возвратные пружины 17 обеспечивают возврат в первоначальное положение упругой пластины 8.

Для увеличения числа перемещений стержня 11 от воздействия реборды одного колеса, на пластину 8 можно установить несколько стержней 10. При наезде реборды на каждый из отдельных элементов 10, последний передает нажатие на пластину 8 и далее перемещение передается на стержень 11. Учитывая, что возникающие электрические сигналы, имеют различную полярность: одна получается при наезде колеса и противоположная - при съезде колеса, возникающие электрические сигналы детектируются при помощи двухполупериодного выпрямителя (на черт, не показан) и полученная энергия поступает в накопитель энергии (на черт, не показан).

Повышенная эффективность предлагаемого способа получения электроэнергии объясняется тем, что величина остаточного воздушного зазора в предлагаемом способе между ветвями магнитопровода, имеет значение менее 1 мм, что в десятки раз меньше, чем величина остаточного воздушного зазора в прототипе, и кроме того металлический стержень из магнитомягкого материала имеет значительно большую магнитную проницаемость, чем материал реборды колеса, что способствует практически скачкообразному изменению магнитного потока, при этом происходит существенно большее изменение интенсивности магнитного потока, и соответственно, значительно большая величина снимаемой электрической энергии.

Конструкция источника электропитания наземных объектов железнодорожного транспорта проста и надежна, может работать в любых условиях окружающей среды, и не требует постоянного обслуживания.

Для увеличения мощности вдоль железнодорожного пути можно устанавливать несколько автономных источников электропитания, выходы которых запараллеливать, а получаемую с них электроэнергию направлять в общий накопитель энергии. Описанная в заявке конструкция автономного источника электроэнергии позволяет устанавливать такие источники как на один рельс, так и на оба рельса.

Проведенные натурные испытания подтвердили надежную и эффективную работу заявляемого устройства.


Способ получения электрической энергии во время движения железнодорожных объектов и автономный источник электропитания электрических приборов наземных объектов железнодорожного транспорта
Способ получения электрической энергии во время движения железнодорожных объектов и автономный источник электропитания электрических приборов наземных объектов железнодорожного транспорта
Способ получения электрической энергии во время движения железнодорожных объектов и автономный источник электропитания электрических приборов наземных объектов железнодорожного транспорта
Способ получения электрической энергии во время движения железнодорожных объектов и автономный источник электропитания электрических приборов наземных объектов железнодорожного транспорта
Источник поступления информации: Роспатент

Showing 1-10 of 40 items.
29.12.2017
№217.015.fe45

Способ обжига плоских керамических деталей

Способ относится к технологии производства алюмонитридных керамических деталей плоской конфигурации, изготовленных методом литья шликеров. Первоначально осуществляют отжиг в вакууме при температуре 1300-1400°С в течение 2 часов пластин из пористого графитоподобного нитрида бора, используемых в...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002638194
Дата охранного документа: 12.12.2017
19.01.2018
№218.016.0e19

Стенд испытаний боковых рам тележек железнодорожного подвижного состава

Изобретение относится к измерительной технике, в частности к стендам для испытания боковых рам тележек. Стенд содержит систему акустико-эмиссионного контроля с подсоединяемыми к ней датчиками, нагружающее устройство, содержащее основание, на котором смонтированы стойка со средствами для...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002633001
Дата охранного документа: 11.10.2017
09.06.2018
№218.016.5c81

Ультразвуковой способ определения внутренних механических напряжений

Использование: для определения внутренних напряжений в рельсах бесстыкового пути. Сущность изобретения заключается в том, что в нагруженный исследуемый объект и ненагруженный его аналог вводят импульсы ультразвуковых колебаний продольных и поперечных волн, принимают прошедшие через объект...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002655993
Дата охранного документа: 30.05.2018
02.08.2018
№218.016.77f0

Способ монтажа арматурных стержней

Изобретение относится к области строительства, а именно к способу соединения арматуры железобетонных изделий. Способ монтажа осуществляется с помощью соединительной муфты, в которой предварительно размещают введенные в нее с противоположных сторон наращиваемый и наращивающий арматурные стержни,...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002662740
Дата охранного документа: 30.07.2018
07.09.2018
№218.016.842d

Способ металлизации керамических изделий

Изобретение относится к технологии изготовления металлокерамических изделий, в частности к металлизации корундовой керамики, и может быть использовано в радиоэлектронной промышленности, вакуумной технике, электротехнике и других областях техники при пайке керамики с металлами. Заявляемый способ...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002665939
Дата охранного документа: 05.09.2018
13.12.2018
№218.016.a5c7

Способ акустико-эмиссионного контроля дефектов в композиционных конструкциях на основе углепластика

Использование: для технической диагностики композиционных материалов на основе углепластиков акустико-эмиссионным методом. Сущность изобретения заключается в том, что сначала осуществляют акустико-эмиссионный контроль при ступенчатом статическом нагружении образцов из углепластика с одинаковым...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002674573
Дата охранного документа: 11.12.2018
19.12.2018
№218.016.a84f

Способ усиления балки пролетного строения моста

Изобретение относится к области мостостроения и может быть использовано для усиления пролетных строений существующих мостов. Способ включает нагрев ребра жесткости и уголковых коротышей, прикрепление последних к ребру жесткости и верхнему или нижнему поясу балки, причем коротыши фиксируют на...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002675120
Дата охранного документа: 17.12.2018
29.12.2018
№218.016.acd8

Способ акустико-эмиссионного контроля конструкций

Использование: для диагностики и неразрушающего контроля конструкций, включая изделия из хрупких материалов. Сущность изобретения заключается в том, что осуществляют прием, регистрацию и оценку параметров сигналов акустической эмиссии в момент нагружения контролируемого объекта, оцифровку...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002676219
Дата охранного документа: 26.12.2018
29.12.2018
№218.016.ace8

Акустико-эмиссионный способ определения типа дефекта структуры образца из углепластика

Использование: для неразрушающего контроля и технической диагностики композиционных материалов на основе углепластиков акустико-эмиссионным методом. Сущность изобретения заключается в том, что сначала на образец из углепластика в область концентратора напряжений устанавливают тензодатчики и...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002676209
Дата охранного документа: 26.12.2018
18.01.2019
№219.016.b0c5

Двигатель внутреннего сгорания

Изобретение относится к области машиностроения, в частности к поршневым машинам, и, главным образом, к двигателям внутреннего сгорания. ДВС содержит один блок из двух цилиндров с размещенными в них поршнями со штоками, преобразователь движения, выполненный в виде гибкой передачи, содержащей...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002677440
Дата охранного документа: 16.01.2019
Showing 1-7 of 7 items.
10.08.2013
№216.012.5c77

Устройство для ограждения железнодорожного переезда

Изобретение относится к средствам безопасности движения транспортных средств на железнодорожном переезде. Устройство для ограждения железнодорожного переезда содержит установленные на обочинах дороги пустотелые стойки, между которыми закреплен заградительный элемент, концами связанный с...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002489292
Дата охранного документа: 10.08.2013
10.12.2013
№216.012.8963

Способ намыва земляных сооружений

Изобретение относится к области мелиоративного и водохозяйственного строительства. Способ возведения узкопрофильных дамб осуществляется подачей пульпы в намываемое сооружение одновременно из основного и двух распределительных пульпопроводов. Распределительные пульповоды расположены параллельно...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002500853
Дата охранного документа: 10.12.2013
20.05.2014
№216.012.c594

Способ намыва земляных сооружений

Изобретение относится к области мелиоративного и водохозяйственного строительства. Цель изобретения - очистка водных объектов от донных отложений с одновременным возведением защитных дамб. Способ намыва земляных сооружений в виде узкопрофильных дамб заключается в подаче пульпы из торца...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002516339
Дата охранного документа: 20.05.2014
27.03.2016
№216.014.c5ae

Автоматизированная диагностическая система контроля технического состояния элементов подвески объектов железнодорожного транспорта

Изобретение относится к области измерительной техники в железнодорожном транспорте. Автоматизированная диагностическая система контроля технического состояния элементов подвески объектов железнодорожного транспорта в процессе их движения содержит средства диагностического контроля технического...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002578620
Дата охранного документа: 27.03.2016
26.08.2017
№217.015.e35e

Способ эксплуатации землесосного снаряда

Изобретение относится к техническим решениям эксплуатации землесосных снарядов (земснарядов), в частности к комплексному использованию земснарядов в гидромелиоративном строительстве, включая организацию водоснабжения объектов сельского хозяйства и жилых массивов. Задачей настоящего изобретения...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002626076
Дата охранного документа: 21.07.2017
26.08.2017
№217.015.ed16

Способ получения электрической энергии во время движения железнодорожных объектов и автономный вибрационный источник электропитания автоматики железнодорожного транспорта

Группа изобретений относится к путевым устройствам, взаимодействующим с поездом. Способ получения электрической энергии во время движения железнодорожных объектов заключается в том, что под рельсом или рядом с рельсом располагают круглый постоянный магнит и катушку с электрической обмоткой,...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002628620
Дата охранного документа: 21.08.2017
05.03.2020
№220.018.091d

Система капельного орошения

Изобретение относится к области сельскохозяйственной мелиорации, в частности к капельному орошению, и может быть использовано для орошения овощных и ягодных культур. Система содержит элементы водоснабжения, напорообразующий узел, оросительный резервуар (2), оборудованный узлом поддержания...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002715693
Дата охранного документа: 02.03.2020
+ добавить свой РИД