СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЭНЕРГИИ ВО ВРЕМЯ ДВИЖЕНИЯ ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНЫХ ОБЪЕКТОВ И АВТОНОМНЫЙ ИСТОЧНИК ЭЛЕКТРОПИТАНИЯ ЭЛЕМЕНТОВ АВТОМАТИКИ ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОГО ТРАНСПОРТА
METHOD OF ELECTRIC ENERGY GENERATION DURING MOTION OF RAILWAY VEHICLES AND INDEPENDENT SOURCE OF POWER SUPPLY OF AUTOMATION EQUIPMENT ELEMENTS OF RAILWAY TRANSPORT

Изобретения относятся к области железнодорожного транспорта, а именно к средствам получения электрической энергии во время движения железнодорожных составов, используемой для обеспечения электропитанием элементов автоматики железнодорожного транспорта.
Современное движение рельсовых подвижных составов не может обходиться без управляющих устройств - элементов автоматики, для обеспечения работы которых требуется электрическая энергия.
Подача электроэнергии к элементам автоматики от стационарных электростанций связана с необходимостью использования дополнительных проводов, кабелей, протяженность которых может в несколько раз превышать длину железных дорог, что приводит к значительным потерям электроэнергии и требует значительных дополнительных материальных затрат.
Известны другие средства электропитания элементов автоматики, например, такие как сухие батареи, аккумуляторные батареи, солнечные батареи, недостатки которых связаны прежде всего с необходимостью их обслуживания как постоянного, так и периодического, что приводит к неудобствам при эксплуатации и также требует значительных дополнительных материальных затрат.
Известны также средства получения электрической энергии при колебании рельсов во время движения по рельсам железнодорожных составов, например, из патента RU 2095265 C1. Для этого на путях между шпалами и между рельсами располагают пьезоэлектрический преобразователь механического давления в разность электрических потенциалов /ГШМД РЭП/. При прохождении подвижных составов давление их колес передают через рельсы на ППМД РЭП, в результате чего и получают разность электрических потенциалов. Для передачи давления от рельсов на ППМД РЭП используют рычажно-консольную систему. При этом плечо рычага используют в качестве опоры. Давление на ППМД РЭП регулируют изменением упругости опоры и длиной плеча рычагов. Направление давления на ППМД РЭП одного из рельсов меняют на обратное. Это известное средство позволяет преобразовывать в электрическую энергию изменение давления на рельсы при прохождении подвижных составов, а его основной недостаток заключается в том, что в качестве генератора разности электрических потенциалов используется пьезоэлектрический эффект, энергия, выделяемая которым, незначительна, поэтому КПД преобразования этого известного средства чрезвычайно низок.
Из патента RU 2444458 C1 также известно средство получения электрической энергии при колебании рельсов во время движения железнодорожных составов. В этом известном средстве 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. В качестве первого участка магнитной цепи используют нижнюю часть головки рельса, а в качестве второго участка - П-образный магнитопровод. Первый и второй участки магнитной цепи разделены двумя зазорами, расположенными между поверхностью головки рельса и ветвями П-образного магнитопровода. Магнитопровод имеет вставку из постоянного магнита и содержит электрическую обмотку. 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. Это известное средство обеспечивает прямое преобразование колебательного движения рельсов при движении железнодорожных составов в электрическую энергию, имеет высокий КПД преобразования, не требует постоянного обслуживания, однако имеет и недостатки, которые связаны с тем, что оно не надежно из-за конструктивных особенностей устройства, реализующего способ получения электроэнергии, описанный в патенте RU 2444458 C1, т.к. для обеспечения его работы необходимо соблюдать и поддерживать необходимую величину и параллельность воздушного зазора, что проблематично вследствие не всегда и трудно контролируемой величины колебания рельса, и из-за возможной его деформации в ту, или иную сторону, и из-за прохождения по рельсу различных по весу железнодорожных объектов, и т.д.
Изобретения направлены на повышение надежности и эффективности получения электроэнергии при движении по рельсам объектов железнодорожного транспорта.
Изобретения поясняются с помощью графических материалов, где на фиг. 1 показаны П-образный магнитопровод 1, установленный на рельсе 2, вставка 3 из постоянного магнита, генерирующая электрическая обмотка 4. На фиг. 1 показан предпочтительный случай выполнения П-образного магнитопровода, когда две его противоположные ветви 5 и 6 параллельны друг другу и продольной оси поперечного сечения рельса 2, однако они могут быть и изогнутыми, но в любом случае они направлены вверх к его головке 7. Одна из двух параллельных ветвей П-образного магнитопровода 5 жестко прикреплена к шейке 8 рельса 2, другая 6 из двух параллельных ветвей П-образного магнитопровода размещена с зазором 9 относительно головки 7 рельса 2 и на ней размещена генерирующая электрическая обмотка 4, выполненная по типу обмотки трансформатора. Вставка 3, выполненная из постоянного магнита, размещена на перемычке 10 П-образного магнитопровода, которая соединяет две его параллельные ветви 5 и 6, под подошвой 11 рельса 2.
Предлагаемый способ получения электрической энергии основан на использовании магнитной проницаемости движущихся колес объектов железнодорожного транспорта и магнитного поля постоянного магнита. Т.е. используется изменение напряженности магнитного поля при пересечении колесом объекта железнодорожного транспорта воздушного промежутка 9, в котором имеется магнитное поле, создаваемое постоянным магнитом 3.
Для этого создается цепь для магнитопровода (для магнитных силовых линий) с помощью элементов П-образного магнитопровода: противоположных ветвей 5 и 6, перемычки 10, постоянного магнита 3 и рельса 2. В этой цепи имеется воздушный зазор 9, имеющий слабую магнитную проницаемость.
При проезде объекта железнодорожного транспорта через предлагаемое устройство его колеса своими ребордами попадают частично в указанный воздушный зазор 9, как схематично показано на фиг. 2, и улучшают тем самым его магнитную проницаемость. В результате получается изменяющийся по величине (по интенсивности) пульсирующий магнитный поток через систему элементов П-образного магнитопровода, т.е. ветвей 5 и 6, и перемычки 10. При этом в генерирующей электрической обмотке 4 будет наводиться электрическое напряжение, которое можно аккумулировать с помощью электрических конденсаторов большой емкости (не показаны), и в дальнейшем использовать накопленную электроэнергию для питания различных электрических устройств соответствующей мощности, в том числе для питания элементов автоматики железнодорожного транспорта. При этом следует заметить, что, поскольку при движении объектов железнодорожного транспорта связь его колес с рельсами 2 сохраняется постоянно, то и периодическое перекрывание упомянутого воздушного зазора 9 ребордами колес также обеспечивается постоянно, и при возможном отклонении реборды колеса влево или вправо напряжение все равно будет наводиться, обеспечивая надежную и эффективную работу по получению электроэнергии.
Конструкция источника электропитания элементов автоматики железнодорожного транспорта, которая описана в заявке, проста и надежна, не требует постоянного обслуживания.
Для увеличения мощности вдоль железнодорожного пути целесообразно устанавливать несколько автономных источников электропитания, выходы которых запараллеливать, а получаемую с них электроэнергию направлять в общий накопитель энергии. Описанная в заявке конструкция автономных источников электропитания позволяет устанавливать их как на один рельс, так и на оба рельса.
Проведенные натурные испытания подтвердили надежную и эффективную работу предлагаемых способа и устройства.