СПОСОБ И УСТРОЙСТВО ПЕРЕДАЧИ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЭНЕРГИИ ПРИ ДВИЖЕНИИ БЕЗРЕЛЬСОВОМУ ЭЛЕКТРО- И ГИБРИДНОМУ ТРАНСПОРТУ
METHOD AND DEVICE FOR TRANSMITTING ELECTRIC ENERGY DURING MOVEMENT TO TRACK ELECTRIC AND HYBRID TRANSPORT

Изобретение относится к области электротехники, в частности устройствам и способам передачи электрической энергии с применением контактных (проводных) и бесконтактных (беспроводных индукционных электромагнитных) технологий между стационарными питающими устройствами над дорожным полотном от изолированных кабельных линий электросети, установленных в пластиковых коробах на продольных балках барьеров-разделителей, где гарантированно нет ни препятствий и не может быть пешеходов ради безопасности от удара их током, и движущимся по встречным полосам безрельсовым мобильным электротранспортом с управлением либо водителем, либо автоматически беспилотными легковыми электромобилями, гибридными серийными или трансформируемыми авто с двигателем внутреннего сгорания (ДВС) за счет навески-замены колес на мотор-колеса и др.), принимающими контактно или индуктивно электроэнергию для привода электродвигателя или электромотора-колес и для подзарядки аккумуляторов электротранспорта при движении на улицах городов и при вынужденных остановках на перекрестках, а также на загородных автомагистралях или шоссе, и на кольцевых трассах формулы Е в зонах их прямого движения для устранения существующих ограничений по одночасовому времени заездов с пересадкой на второй болид из-за их разовой зарядки литий-ионных батарей.
Известны способ и устройство для преобразования и резонансной индуктивной электромагнитной передачи электрической энергии по однопроводной линии на расстояния, разработанные Н. Тесла и защищенные патентами (US Patent №593138. Электрический трансформатор. Заявлен 20.03.1897 г. Выпущен 02.11.1897 г.; US Patent №645576. Система передачи // электрической энергии. Заявлен 09.1987 г. Выпущен 20.03.1900 г.).
Согласно изобретениям Н. Тесла система передачи электроэнергии состоит из двух, передающего и принимающего, резонансных трансформаторов, обеспечивающих условия возбуждения электромагнитных колебаний и установленных на определенном расстоянии. Передающий трансформатор подключен к кабельной линии сети и является источником-преобразователем передачи электроэнергии. Принимающий трансформатор подключен к нагрузке или устройству-объекту, потребляющему электрическую энергию.
Недостатком известного способа передачи электрической энергии является высокая подверженность потерям волновых свойств (деградации волнового механизма) резонансной передачи при увеличении расстояния, а также больших джоулевых потерь в заземлителях.
Еще одним известным способом, повышающим эффективность резонансной передачи электрической энергии является способ и устройство по Патенту RU 2577522 С2, 19/05/2014 г. Данный способ обеспечивает передачу электрической энергии от источника к приемнику за счет преобразователя частоты, передающего и принимающего трансформаторов Тесла и однопроводной линии.
Способ также улучшает экологическую обстановку вдоль трассы передачи электрической энергии в связи со снижением интенсивности электрополей, но обладает недостатком - уменьшенными потерями при передаче энергии и малым коэффициентом полезного действия (КПД) при увеличении расстояния.
Известны способы и устройства контактного действия для безрельсового городского электротранспорта - троллейбусов в процессе их движения или при остановке с системой передачи электроэнергии от верхнерасположенной двухпроводной кабельной линии, подключенной к электросети, закрепленной через изоляторы на столбах и растяжках на определенной высоте, обеспечивающей свободный проезд другим «высоким» авто (пожарным машинам, кранам или двухэтажным автобусам) по линии его движения, через парные гибко-упругие поворотно-подпружиненные трубчатые «усы»-контакторы, установленные на крыше троллейбуса, передающие электроэнергию потребителям - тяговому электродвигателю и аккумуляторам.
Недостатком данного способа и устройства передачи энергии в движении является сложность в конструктивной реализации - необходимости в подвеске-растяжках и креплениях через изоляторы кабелях, подверженных провисанию и колебаниям от ветровых нагрузок и обрывам (это самый проблемный недостаток), и трудности проезда сложных участков для перестроений и разворотов (на пересечениях улиц по разводкам-стрелкам), что подвергает повышенному истиранию графитных колодок и частым «соскокам» контактной связи параллельных шарнирно-подпружиненных «усов»-контакторов, их избыточной длинномерности и неповоротливости с веревочным тросом для их ручного (до сих пор!) подсоединения при сбоях-соскоках с линии. В этом случае невозможно самостоятельно и без остановки объехать троллейбус другим троллейбусом при их движении по одной электролинии в любом месте, а только там, где есть развилка и параллельная дополнительная «обводная» линия или после ручной операции водителем веревочного прижима-фиксации «усов»-контакторов к крючкам-захватам поверх троллейбуса.
Известен способ и устройство бесконтактной электромагнитной индуктивной передачи электроэнергии на выделенной крайней полосе через расположенные под дорожным полотном линии кабельной электросети к приемнику, расположенному в нижней части электромобиля или электробуса с ориентацией водителя или видеокамер автопилота типа City Pilot / Highway Pilot по нанесенной на дороге обычной или флуоресцентной разметке и выдерживающего автоматически безопасную скорость и дистанцию от других авто или любых препятствий (английский проект Highways England, финский, французский и испанские проекты с движением по выделенной полосой дороги для индуктивной подзарядки электротранспорта), что включено в комплексную систему автопилота для пилотного или беспилотного электротранспорта.
Недостатком данного способа и устройства является невысокий уровень КПД индуктивной передачи энергии, зависящий от расстояния до приемного устройства, и ограниченном использовании только в теплых южных странах, т.к. в условиях обледенения дорог и снежных сугробов-заносов, или ливниевых протечках возможно повреждение дорожного покрытия, его истирание, деформации от давления, разрастание зимой ото льда трещин и возможные случаи выхода из строя от короткого замыкания при попадании воды на линии кабельной электросети, находящейся под напряжением под дорожной магистралью движения. Снег требуется счищать, чтобы была всегда видна нанесенная разметка, и постоянно восстанавливать ее при истирании. Но есть основной недостаток - при произвольных поворотах или случайном отклонении от разметки возможна «нештатная» остановка транспорта, тормозящая и блокирующая все транспортное движение в данном и соседнем рядах, что повышает риски опасности движения и столкновения.
Задачей и целью предлагаемого изобретения на способ и устройство является повышение эффективности передачи электрической энергии одновременно многочисленным безрельсовым потребителям - электромобилям и гибридным серийными или трансформируемыми существующим сегодня многочисленным авто с ДВС за счет замены колес на мотор-колеса - в черте города и на шоссейных загородных магистралях или на прямых участках гоночных трассах формулы Е - за счет универсального координированного робастного подключения электротранспорта в движении по принципу адаптивно ориентированной «подвижной боковой розетки», при этом независимо от колебаний траектории движения электротранспорта или неровностей дороги, путем размещения кабельной электросети на существующих силовых продольных элементах жестких барьеров-разделителей - металлических одно-, двух- или трех-ярусных вариантах, а также и на известных мостовых ограждениях, либо на тросовых или на бетонных барьерах, - внутри закрепленных к ним подрезиненно изолированных тонкостенных пластиковых коробах «С»-, «П»-подковообразных или «З»-образного профиля с дренажной щелевой перфорацией вблизи центра профиля для отвода-слива дождевой или поливной воды и грязи, причем кабели вперессованы параллельно в верхнюю и нижнюю части профиля коробов, но под некоторым углом «X» от вертикали при смещении верхнего фазового кабеля дальше от барьера-разделителя ради исключения возможного замыкания через сбегающую пелену дождевой или поливочной воды по стенке короба с нижним кабелем нейтрали (заземления) для обеспечения полной безопасности электропитания при движении подключаемого к боковой сети электротранспорта через поворотный телескопический и динамически позиционированный в наклонной плоскости «ус»-контактор.
Применение и использование уже существующих стандартных сертифицированных силовых элементов значительно снижает затраты на создание инфраструктуры боковой электросети с ее размещением на силовых разделительных элементах в соответствие с требованиями по стандартной высоте - 600 мм продольных профилированных силовых балок согласно ГОСТУ Р 52289 2004 - двух-волнового или «W»-о6разного профиля двустороннего барьерного ограждения 11ДД или на зеркально развернутых друг от друга двух односторонних 11ДО или мостовых 11МО, тросовых или бетонных, - по линии разделения встречного движения над дорожным полотном и кратчайшей боковой «многоточечной передачи с продольной линии электроэнергии» на все множество движущего справа и слева электротранспорта в ближайших рядах одновременно, как в одном, так и во встречном направлениях через контактный или бесконтактный гибко-упругий шарнирно-поворотный в наклонной плоскости телескопический автоматически пространственно позиционируемый «ус»-контактор с роликовым «Т» или «Y»-образным двухконтактным или бесконтактным индуктивным поворотно-ориентированным наконечником, и который установлен вдоль нижнего левого полуконтура электромобиля с осью поворота под некоторым углом «X» от вертикали с приводом изменения и варьирования наклона оси и который обеспечивает необходимый адаптивный уклон вверх плоскости движения по высоте и выносу к требуемому уровню продольной балки барьера-разделителя к коробу с кабелями электролиний, при этом поворотно-шарнирный аэродинамически профилированный для снижения сопротивления «ус»-контактор вписан в обводы по нижней части борта электротранспорта обращенного к барьеру-разделителю (вне контура открывающихся дверей электромобиля) и в обводы колесных арок или бамперов и снабжен приводом поворота в наклонной плоскости относительно оси, которую поворачивают под некоторым углом «X», определяемым высотой и расстоянием до кабельных линий на барьерах-разделителях, что позволяет независимо от уровня клиренса электротранспорта выдвигаться, автоматически контролировать пространственное положение наконечника «уса»-контактора и убираться «усу»-контактору обратно вниз к днищу авто (подобно убирающемуся заднему пластиковому спойлеру на Феррари или Порше в аэродинамические обводы корпуса), с обратной телеметрической связью от установленных датчиков позиционирования наконечника, выдерживая необходимые для контакта координаты заданного робастного пространственного положения по высоте и выносу «уса»-контактора от датчиков положения к приводам поворота и положения оси по углу «X» относительно движущего авто на определенном расстоянии от барьера-разделителя до электротранспорта и предотвращая критическое сближение-столкновение с самим барьером-разделителем или другим транспортом или непредвиденными препятствиями по слежению заданной траектории движения бортовым компьютером с автоматической беспилотной или выполняемой водителем устойчиво-неустойчивой траектории движения авто в реальном режиме времени, при этом приводы «уса»-контактора снабжены электрофиксаторами регулируемого текущего выпущенного и убранного положений с предохранителем по ударному давлению в случае контакта или столкновения с любым препятствием для автоматической уборки «уса»-контактора без его поломки к борту ради безопасности дальнейшего движения электротранспорта. При этом профилированный «ус»-контактор может иметь адаптивно отклоняемую заднюю кромку профиля (для аэродинамического управления позицией от воздушного скоростного потока как у адаптивной вертолетной лопасти) и может выполнять дополнительно функцию опорного порога (как у джипов), когда требуется сохранить высоту клиренса, причем опорный порог может быть съемно-навесным с роликами и составным поворотным «усом»-контактором, выполненным подобно состыкованным по длине рулевым поворотным колонкам одного или двух скутеров-самокатов со своим электроприводом для водителя и пассажира для их дальнейшего отдельного самостоятельного перемещения по городу после поездки.
Использование достаточно высокого относительно дорожного полотна размещения кабельных линий в пластиковых коробах на стандартной высоте барьерного ограждения в 600 мм обеспечивает удобство и простоту как визуального контроля стыковки «уса»-контактора самим водителем через зеркало заднего вида или телеконтроль автопилотом, так и позволяет обеспечить «беспроблемную» эксплуатацию электротранспорта в любых погодных условиях, особенно в «заносный снегом» зимний период, исключая зависимость от стандартно допустимого полуметрового уровня снегопадов и снежных покрова, а также забросов грязи или наледи, поскольку данным способом и устройством предусмотрен естественный отвод-слив воды через щелевую перфорацию в тонкостенных пластиково-композитных коробах. Подобное условие невозможно выполнить только при горизонтальном повороте «уса»-контактора на уровне клиренса, когда обязательно потребуется и еще дополнительная установка продольного направляющего силового (толстого) рельса под кабели, но это неудобно из-за зоны риска «быть засыпанным снегом» - заносу снегом рельса на малых высотах, и еще нужно будет «подстраиваться» под разные высоты клиренса - разных для разных типов электротранспорта (легковых авто, джипа или минивена-электробуса), что лишь усложняет задачу контакта-зарядки с горизонтальным позиционированием «уса»-контактора при движении электротранспорта разного типа, и может быть приемлемо только для стационарной контакторной зарядки авто на электрозарядной станции и/или в помещении к нескольким розеткам в зависимости от разных высот клиренса.
Предложенный способ и устройство обеспечивает также защиту от короткого замыкания электролиний по направлению дорожного движения за счет дискретного шунтирования отдельных последовательно-продольных участков вдоль линии движения на барьерах-разделителях при возможных их повреждениях из-за аварий от случайных столкновений-наездов электротранспорта, что исключает обесточивание на других целостных участков барьера-разделителя вдоль улиц или шоссе с «подсоединенным к линии» продолжающим движение с объездом места аварии-повреждения другим «точечным» электротранспортом. При этом на пересечении улиц и при движении на перекрестках электропитание не осуществляется из-за отсутствия и невозможности продления контактной линии, чтобы не было препятствий в поперечном движении транспорта. Питания нет и при «отсоединении» - перестроении в другой ряд или при движении-заездах в переулки или во дворы, где движение осуществляется с автономным питанием от своего небольшого запаса энергии в аккумуляторных батареях, учитывая их достаточно малые затраты на недалекие и непродолжительные «съезды» или потребности «свободного» движения в других рядах «без контакта» для объездов и маневрирования, что составляет лишь 5-10% от всего объема подсоединенного-«контактного» с электролиниями движения в городе или на трассе за городом и может стать прорывным фактором в пользу данного способа и устройства. При это технически не требуется «небесная паутина» из сложных многозвенных и многоярусных тросовых растяжек-крепежа и разделителей-изоляторов, как это делается для троллебусов или грузолейбусов, и исключить нежелательное естественное неравномерное дугообразное «провисание» кабельных линий, приводящее к неравномерному нагружению. истиранию кабелей и их обрывам.
Это условие и будет определяющим и наиболее выгодным условием «компактности и простоты» городского и пригородного безрельсового электротранспорта за счет ДОСТАТОЧНОСТИ существующих литий-йонных батарей при малой потребной по аккумуляторной емкости, при этом нужны лишь дешевые, небольшие и главное легкие аккумуляторы (а не их тяжелые крупногабаритные комплекты для большой дальности поездок), что имеется в продаже, а не в разработках. Особенностью для электромобилей является прямая зависимость их стоимости от составляющей нарастающей цены литий-ионных батарей, вредных в производстве - а это составляет почти 50%! Сэкономить вдвое или втрое - реальная коммерческая выгода для всех владельцев электротранспорта или гибридов и для дорожных транспортных служб города и регионов.
Для повышения эффективности и реализации предложенного способа и устройства могут быть использованы запатентованные разработки МАИ более компактных электродвигателй и электронакопителей с высоким КПД на основе эффекта сверхпроводимости или разработки высокооборотных асинхронных мотор-колес, а также можно использовать десятилетний опыт авторов данного изобретения в успешной практической реализации других подобных технических систем пространственного поворота-позиционирования с обратной телеметрической связью робастных электромеханических устройств системы подвижности-пространствнного позиционирования на современном и сертифицированном по международным стандартам EASA/ENAC полнопилотажном тренажере FFS для самолета Сухого SSJ-100.
В случае использования способа многоточечной и многорядной передачи электрической энергии к другим электротранспортным объектам, движущимся справа в другом ряду и с той же скоростью, заданной «автопилотом» - бортовым компьютером, вдоль борта левого электромобиля-«донора» установлена по правой его стороне дополнительная электрошина-молдинг подобно двухпроводному участку кабельной электролинии, как изолированная навесная накладка или убираемая внурь борта с выдвижением, для трансфера (т.е. дополнительной передачи энергии) на правую сторону авто для «принятия» другим авто с левой стороны электроэнергии бесконтактным или контактным способом при замыкании датчика контакта привода выдвижения, а на электромобиле-«потребителе», находящимся параллельно справа, установлено вышеуказанное устройство бокового «уса»-контактора с его поворотом-управляемой фиксацией также в пространстве по наклонной плоскости под некоторым углом «X» к верху.
В сравнении с троллейбусами при перестроениях в другой ряд при верхнем расположении «усов»-контакторов еще нужно учитывать не только габариты продольно-бокового движения, но и «параллелограмное» отклонение двух параллельных дуг с шарнирно-поворотными графитными контакторами, с обязательным неразрывным прохождением разветвляющих «стрелок» при перестроениях или изменении маршрута по другой ответвленной двойной линии электропередачи. При этом в отличие от троллейбусных двух верхне расположенных параллельных довольно длинных (в размер почти длины троллейбуса) «усов»-контакторов, которых водителю абсолютно НЕ ВИДНО и нет его ощущения правильной «динамики зацепления-контакта» при любом маневре-перестроении (это происходит ориентировочно), приводит к нежелательному «сбою контакторов с линии» и к вынужденной остановке его и другого электротранспорта на линии.
В предложенном изобретении с боковым наклонным подсоединением потребуется лишь один «сдвоенный» аэродинамически профилированный с адаптивной задней кромкой управления, что выгодно для снижения сопротивления воздуха особенно на больших скоростях и его стабилизации положения, телескопический шарнирно-поворотный «ус»-контактор с меньшей примерно в 2-2,5 раза длиной и соответственно сниженной массой, т.е получают более компактную, легкую и маневренную боковую контактную систему энергопотребления в движении «усатого» электротранспорта.
При этом, как самому водителю, так и телекамеры автопилота обеспечивают удобство и простоту визуального наблюдения-контроля за выпуском-уборкой «уса»-контактора и зоны присоединения к боковой линии электропередачи по левой стороне на уровне взгляда в зеркало «заднего вида», с простым электронным дублированием-визуализацией его положения на электромониторе электромобиля, как это делается на электронном скрине по типу «контурного плана» авто с выводом показаний в реальном времени положения «открытых-закрытых» дверей.
Данный способ и устройство, переводящие «усы»-контакторы индуктивного или контактного съема электрики наконечником при движении из положения сверху, как у троллейбусов, в боковое положение на безрельсовом электротранспорте выгодно укорачивает их, упрощает конструкцию, повышает прочность и соответственно точность системы динамического робастного позиционирования «усов»-контакторов и снижает их вес, материалоемкость и кратчайшее энергопотребление и улучшает маневренность «подсоединенных» электромобилей и гибридных автотранспорта, обеспечивая все необходимые функции для ускоренного и простого перехода на беспилотный и круглосуточно движущийся электротранспорт, что нужно для электротакси или расширяющего по популярности «кар-шеринга» и для городского многочисленного электроспецтранспорта (электрофицированных «Скорой помощи», ГИББД, МВД и МЧС), что дает прорывную реализацию новых возможностей для развития «тихого и чистого» эко-транспорта в крупных городах, как это особенно необходимо в насыщенной сегодня шумной и загазованной авто с ДВС Москве и других крупных городах России и в пригородах.
Использованияе адаптивной системы подвижного «бокового подсоединенного контакта» по линии движения для выпускаемых серийно гибридов или трансформируемых за счет установки мотор-колес на авто с ДВС гибридных авто или электромобилей позволит отказаться от зависимости в большой емкости дорогих литиево-йонных батарей. И это позволит несложно и быстро перевести городской таксопарк и спецтранспорт на электрифицированный эко-вариант, как наиболее задействованный в поездках по городу (многочисленные парки такси или кар-шеринг), упростить и удешевить личный электротранспорт, улучшить комфорт потребителям за счет его многочасовой мобильности без потерь времени на стационарную зарядку, а также снизить общие затраты и эксплуатационные расходы городских служб на «реновацию выводимых троллейбусных сетей», а главное - улучшить в короткие сроки уровень экологичности городской среды и транспортные проблемы.
В результате использования предлагаемого изобретения повышают эффективность передачи электрической энергии от электросети по безопасному и кратчайшему расстоянию к движущимся электромобилям или гибридным авто в транспортной городской среде, что обеспечивает быстрое низкозатратное внедрение и развитие «умных» экологически чистых роботизированных систем динамического многоточечного энергопитания с использованием существующих составляющих городской инфраструктуры, ресурсов и мощностей высвобождаемой электросети троллейбусного парка для нового «усатого» городского и загородного безрельсового электротранспорта с контактным режимом питания в движении и при остановках на светофорных перекрестках без избыточного, дорогостоящего и тяжелого блока аккумуляторных батарей, создаваемых и планируемых к производству на крупных предприятиях фирмы Тесла для длительного автономного движения электрокаров на дальние расстояния 600-800 км и более до следующей их подзарядки на стационарных станциях, что требует, как дополнительных «излишних бесполезных» затрат людей и потерь их «непродуктивного» немобильного времени особенно днем.
При использовании предложенного изобретения отпадает необходимость в строительстве многочисленных стационарных станций электрозаправок в городе, где фактически и нет свободного места даже на простые стоянки всех желающих, реализуется новая идея постоянного движения авто «на прокат» по городу по типу частного кар-шеринга, пока сам владелец на работе.
Главное - водители (и пассажиры беспилотного авто) не будут терять время на «затратную по времени» зарядку батарей.
Данный способ и устройство расширяет эксплуатационные возможности и изменяет недостижимые и нерешенные пока проблемы по условиям «недлительных заездов» формулы Е, в отличие от длительных заездов формулы 1. Для трассы формулы Е сразу отпадают условия на ограничения времени заездов по выработке емкости «разовой зарядки» аккумуляторных батарей за 1 час. И при новой предложенной данной системе боковой динамической зарядке болидов на прямых участках трассы не нужен будет лишний «второй» скоростной болид и искусственный перерыв в заездах для пересадки пилотов.
Вышеуказанный технический результат, учитывая постепенное наступление эры массового электротранспорта для современного развития городской эко-среды. достигают тем, что передача электрической энергии осуществляется эффективно, мобильно, безопасно и достаточно просто с уже установленных на улицах в городе или на шоссе защитных барьеров-разделителей и что обеспечивает упрощенное использование с небольшими длинами и весом сдвоенных боковых поворотно-выдвижных «усов»-контакторов в наклонной плоскости под некоторым углом «X» к верху с аэродинамическим профилем при их левостороннем боковом креплении к борту электротранспорта с приводами пространственного поворота в нижней части и трансфером-передачей электроэнергии «по цепочке» на другое авто в соседнем справа ряду только при срабатывании датчика контакта на правобортной дополнительной электрошине-молдинге навесной или убираемой с выдвижением после подсоединения или сближения индукционного наконечника «уса»-контактора правого электротранспорта при параллельно-скоростном их движении или в ожидании перед светофорами на перекрестках улиц города или разъездов на шоссе.
Предлагаемый способ и устройство передачи энергии обеспечивает безопасное условие эксплуатации за счет того, что двухпроводные кабельные электролинии шунтировано размещают в изолированных коробах продольно-дискретными участками, закрепленными на определенной высоте по желобам силовых балок вдоль стандартных барьеров-разделителей по линии разграничения встречных полос движения транспорта, и к ним подводят ток от основной подземной линии электросети и подсоединяют их через автоматы защиты сети, исключая зависимость от любых случаев повреждения и рисков замыкания с заземлением «на массу барьеров», причем ток разводят сразу на две стороны движения и таким образом обеспечивают независимость эксплуатации от погодных условий: от снежных заносов зимой или от потоков дождевой воды - в другое время года. При этом обеспечивают свободный круглосуточный беспрепятственный и безопасный доступ к боковому энергопитанию движущихся по улицам и дорогам в левом ряду «подсоединенных усатых» многочисленных гибридов или электромобилей с питанием их электродвигателей или мотор-колес с текущей подзарядкой их недорогих и небольших по емкости литий-йонных батарей через приемное устройство, например, поворотно-выдвижной «в верх и в бок» в наклонной плоскости под углом «X» шарнирный элемент приема-передачи питания - боковой «ус»-контактор динамически координируемый датчиками по пространственному положению, выполненный телескопическим и аэродинамически профилированным с адаптивной задней управляемой кромкой с приводом шарнирного поворота и приводом наклона оси шарнира, закрепленный по левому нижнему борту полупериметра авто и снабженный роликовым или бесконтактным индуктивным ориентируемым в движении концевиком, контактирующим с впрессованными проводами, впересованными под некоторым углом «X» от вертикали в изолированных коробах.
Сущность предлагаемого изобретения поясняется Фиг. 1, Фиг. 2 и Фиг. 3.
На Фиг. 1 представлена общая схема способа и устройства для передачи электрической энергии от источника электроэнергии в виде двухпроводной параллельной кабельной электролинии, которую устанавливают впрессованной под некоторым углом «X» от вертикали в продольных подрезиненных изолированных пластиково-композитных коробах «С»- или «З»-образного профиля с щелевой перфорацией для слива дождевой и поливной воды, и закрепляют вдоль стандартных продольных силовых балок барьеров-разделителей по линии между встречных полос движения электротранспорта, и электроэнергию передают к его потребителям (электродвигателю, силовому контроллеру, бортовому компьютеру и автопилоту, литий-ионным батареям, мотор-колесам) движущегося в левом ряду электротранспорта (электромобиля, миниэлектробуса, минигрузовика, электроболида формулы Е или гибридного серийного авто или трансформируемого серийного авто с двигателем внутреннего сгорания (ДВС) путем замены колес на мотор-колеса с электропроводкой) через приемник в виде бокового автоматического телескопического «уса»-контактора, который выполняют с возможностью динамического позиционирования, устанавливают по левому полупериметру электротранспорта с поворотом в наклонной плоскости под некоторым углом «X» в верх, снабженного роликовым или бесконтактным индукционным ориентируемым концевиком, и закрепляют шарнирно со следящими приводами поворота и наклона оси на угол «X» и вписывают в обводы по нижней части, внутрь колесных арок и бамперов или под днище электротранспорта, и электроэнергию одновременно передают «зеркально» на другую сторону барьеров-разделителей для электротранспорта, движущегося по встречной полосе в левом ряду.
На фиг. 2 представлена общая схема способа и устройства передачи и приема электроэнергии для движущегося электротранспорта одновременно во встречных полосах движения, близких к барьеру-разделителю, которые обеспечивают передачу тока за счет разводки на две стороны полос движения двухпроводных кабельных электролиний, которые соединяют шунтировано по продольным дискретным участкам через изолированные автоматы защиты сети с основной подземной электролинией, и электроэнергию принимают по кратчайшему пути контактным или бесконтактным способом через боковой телескопический «ус»-контактор, выполненный телескопическим автоматически поворотным в наклонной плоскости под углом «X» в верх к коробу кабельных электролиний с щелевой перфорацией вблизи его центра с впрессованными двумя проводами под некоторым углом «X» от вертикали, причем контакт обеспечивается независимо от высоты клиренса электротранспорта и расстоянию между электротранспортом и барьерами-разделителями, динамически позиционируемым с роликовым или индукционным ориентируемым концевиком к электролиниям при возможных колебаниях в движении, и электроэнергию транспортируют от «уса»-контактора к электродвигателю или мотор-колесам электро- или гибридного транспорта и их аккумуляторам для непрерывной подзарядки. При отсутствии свободного места в нижней части электротранспорта поворотный «ус»-контактор выполняют в виде аэродинамически профилированного с адаптивной задней управляемой кромкой элемента и закрепляют к опорному порогу как для джипов, причем опорный порог делают съемно-навесным с роликами и телескопический поворотный «ус»-контактор выполняют составным из длин стандартных рулевых поворотных «Т»-образных колонок одного- двух навесных скутеров-самокатов с электроприводом.
На фиг. 3 представлена общая схема способа и устройства передачи и приема электроэнергии для движущегося гибридного и электротранспорта от боковой электролиний через телескопический поворотный в наклонной плоскости аэродинамически профилированный с адаптивной задней кромкой управления «ус»-контактор, через который передают ток к электродвигателю или мотор-колесам, к батареям, к бортовой компьютерной системе и системе навигации, к датчикам слежения-позиционирования, при этом по правой стороне борта транспорта устанавливают секционную дополнительную электрошину-молдинг навесную с датчиком контакта или убираемо-выдвигаемо-убираемую внурь борта с приводом выдвижения, которую выполняют подобно участку кабельной линии с электроподсоединением к левому «усу»-контактору и от которой трансформируют энергию к другому электротранспорту параллельно двигающемуся в правом ряду с той же скоростью через индукционный или контактный наконечник своего приемного «уса»-контактора.
На Фиг. 1 представлена схема электрических соединений и конструктивных элементов для осуществления способа и устройства для передачи электрической энергии от источника электроэнергии 1 в виде двухпроводной кабельной электролинии 2 сети, аналогичной например троллейбусной двужильной электролинии, установленной изолированно и дискретно вдоль силовой продольной балки существующих стандартных дорожных барьеров-разделителей 3, на которых по продольному профилю балки 4 закреплены и фиксированы на определенной сканируемой следящим приводом с электротранспорта высоте над дорожным полотном, внутри пластиково-композитного короба 5 «С»- или «З»-образного поперечного сечения с щелями для отвода дождевой или поливной воды вблизи его центра, причем два провода кабельной электролинии 2 впрессованы внутри короба 5 под некоторым углом «X» от вертикали, при этом верхний фазовый провод расположен дальше от барьера-разделителя 3, и электролинии 2 разведены параллельно и расположены в обе стороны по направлениям разграничения встречных полос движения 6 и от которых передают электроток к потребителям электроэнергии движущегося электротранспорта 7, как серийного электромобиля или болида формулы Е, или гибридного авто 8 с ДВС, как серийного, так и трансформируемого путем замены колес на мотор-колеса с подсоединением к электропроводке, через установленный приемник по левому полупериметру электротранспорта 7 или гибридного авто 8 в виде бокового «уса»-контактор 9, выполненного аэродинамически профилированным с адаптивной управляемой задней кромкой упруго-гибким телескопическим поворотным элементом в наклонной плоскости под некоторым углом «X» к верху в направлении двух проводов кабельной электролинии 2 внутри короба 5, причем независимо от клиренса электротранспорта и расстояния между электротранспортом и барьерами-разделителями, при этом состоящим из одно- или многозвенного раздвижного элемента с шарнирными электроконтактами и приводом поворота 10 и приводом отклонения оси 11 на угол «X» автоматической робастной системой динамического позиционирования 12, и с установкой на нем контактного роликового 13 или бесконтактного индукционного ориентируемого концевика 14, через который электроэнергия подается по электропроводке к электродвигателю 15 электротранспорта 7 или болида формулы Е, или к мотор-колесам 16 гибридного авто 8 или электродвигателю 15 (при этом ДВС 9 выключен). Электрошина 17 электропроводки внутри электротранспорта 7 или гибридного авто 8 подключена к приемнику, потребителям электроэнергии и на контроллер управления 18 и на датчик положения 19 педали «газа» в зависимости от перемещения ее водителем или автопилотом 20 беспилотного электротранспорта для регулировки числа оборотов и мощности (скорости движения или торможения авто визуально водителем или автоматически автопилотом по сигналам датчиков движения данного и других авто из его окружения) электродвигателя 15 или мотор-колес 16. Электрошина 17 соединена с входом-выходом бортового компьютера 22 электротранспорта 7 или гибридного авто 8 и с системой автопилота 20 и с датчиками 21 приводов 10, 11 пространственного динамического позиционирования выпуска-уборки бокового «уса»-контрактора 9. Все дискретные участки кабельных электролиний 2 сети соединены по принципу продольного дискретного шунтирования вдоль дороги, параллельно с основной подземной магистралью источника электроэнергии 1 и снабжены изолированными автоматами защиты сети 23, которые прерывают и обесточивают контакт на поврежденном участке ради безопасности поражения током и исключения возможных случаев короткого замыкания при аварии, наезде и деформации части барьеров-разделителей 3 и коробов 5. Электрошина 17 подсоединена параллельно к блоку аккумуляторных батарей 24 и обеспечивает их текущую подзарядку при движении и ток независимо передают к электродвигателю 15 электротранспорта 7 или скоростного болида 25 формулы Е, сохраняя или накапливая энергию батарей 24 для питания электродвигателя 15 или мотор-колес 16 в режиме отсоединенного электропитания при убранном «усе»-контакторе 9 и продолженного движения электротранспорта 7 вне контакта с кабельными электролиниями 2 от источника 1.
На фиг. 2 представлена схема электрических соединений и конструктивных элементов для осуществления способа и устройства передачи и приема электроэнергии для движущегося электротранспорта 7 или гибридного авто 8 во встречных полосах движения 6, близких к стандартному двустороннему барьеру-разделителю 3 или двум односторонним разделителям, причем для двусторонней одновременной передачи электроэнергию разводят параллельно на две полосы движения электротранспорта по кабельным электролиниям 2 на стандартизованную высоту расположения продольных силовых балок 4, два провода которой вперессованы под некоторым углом «X» от вертикали, с выносом фазового верхнего провода дальше от барьеров-разделителей 3, внутри пластикового короба 5 «З»-, «С»- или «П»-образного сечения с щелевой перфорацией для отвода воды вблизи его центра, и провод кабельной электролинии 2 для безопасности от короткого замыкания осуществляют дискретно шунтированным соединением продольных участков проводов через изолированные автоматы защиты сети 23 с основной подземной электролинией 1, и электроэнергию принимают электротранспортом 7 или гибридным авто 8 контактным или бесконтактным способом и устройством к кабельным электролиниям 2 через ориентируемый концевик 14, закрепленный на приемнике тока, выполненного в виде левого бокового «уса»-контактора 9 телескопического шарнирно-поворотного в наклонной плоскости под некоторым углом «X» к коробу 5 автоматически и динамически позиционируемого в пространстве по выносу и высоте датчиками 21 соответственно приводов поворота 10 (показан условно повернутым) и наклона оси 11 с обратной связью управления, и через «ус»-контактор 9 электроэнергию транспортируют по электрошине 17 к электродвигателю 15 или мотор-колесам 16 и аккумуляторам 24 для текущей их подзарядки электротранспорта 7 или гибридного авто 8, а по их правому борту размещают боковую дополнительную электрошину-молдинг 26 навесную составную или убираемую-выдвижную из борта приводом 27 на угол «X» от вертикали и выполненную подобно части кабельной электролинии 2, которая снабжена контактом-включателем 28, при замыкании которого электроэнергию трансформируют к другому движущемуся электротранспорту 7 или гибридному авто 8 параллельно справа с той же скоростью через аналогичный пристыкованный левый «ус»-контактор правого электротранспорта.
На Фиг. 3 представлена схема электрических соединений и конструктивных элементов осуществления способа и устройства передачи и приема электроэнергии для движущегося любого скоростного электротранспорта 7 или болида 27 формулы Е или гибридного серийного или трансформируемого авто 8 с ДВС с пространственным динамическим присоединением-уборкой бокового «уса»-контактора 9 по левой из сторон дороги, шоссе или трассы, выполненного в виде аэродинамически жестко-упругого композитного профиля с адаптивной задней деформируемой кромкой для активного управления пространственным положением «уса»-контактора за счет изменения направления пока воздуха при повышенном скоростном движении, подобно вертолетной лопасти с адаптивной задней управляемой электроприводом 29 кромкой профиля, «уса»-контактора 9 автоматически позиционируемого по обратной связи датчиков 21 приводов 10 и 11, и «ус»-контактор закреплен шарнирно вдоль нижней части авто с возможностью выдвижения и уборки автоматически при «отсоединении» от электролиний 2 на поворотах, перестроениях, обгонах и съездах и снабжен фиксаторами текущего выпущенного и убранного положения с ударным предохранителем 30, при этом аэродинамически обтекаемый профилированный «ус»-контактор совмещен с опорным порогом 31, который может быть съемно-навесным, а поворотный «ус»-контактор выполнен составным из рулевых поворотных колонок одного или двух отделяемых электроскутеров-самокатов 32.
Устройства, обеспечивающие реализацию предложенного способа передачи электрической энергии, работают следующим образом.
Электрический ток от подземного источника электроэнергии 1 (Фиг. 1, Фиг. 2 и Фиг. 3) подается на участки к двум проводам электрических фаз кабельной электролинии 2 сети вдоль по существующим на барьерах-разделителях 3 продольным силовым балкам с профилем или желобом 4 в фиксированной на определенной стандартной высоте над дорожным полотном и размещенные внутри в запрессованном виде на подрезиненных изолированных пластиково-композитных коробах 5 «З»-, «С»- или «П»-образного сечения с щелевой перфорацией для отвода дождевой или поливной воды и грязи, вдоль по линии разграничения встречных полос движения электротранспорта с одновременной подачей электроэнергии на обе стороны движения. От кабельной электролинии 2 сети по принципу «боковой подвижной электророзетки» ток передается к приемнику и потребителям электроэнергии на точечно «присоединенный» движущийся вблизи электротранспорт 7, в частности либо электромобилю, либо гибридному 8 серийному или трансформируемому путем замены колес на мотор-колеса с присоединяемой электропроводкой, через установленный сбоку по левому полупериметру электротранспорта 7 приемник - автоматически позиционируемый телескопический «ус»-контактор 9, шарнирно-поворотный в наклонной плоскости из нижней части левого борта вверх под углом «X» в виде упруго-гибкого аэродинамического профиля с адаптивной задней управляемой кромкой и с роликовым или бесконтактным индукционным концевиком 14 и закрепленный шарнирно со следящим приводом поворота 10 и приводом отклонения оси 11 на угол «X» с датчиками положения 21 и «вписанный» в обводы по нижней части борта и колесных арок, или бамперов, или внизу под днищем, или совмещенный со съемно-навесным опорным порогом 31, выполненным составным из электроскутеров-самокатов 32, и через который электроэнергия транспортируется к электродвигателю 15, или мотор-колесам 16 гибридного авто 8 или к электродвигателю 15 болида 25 формулы Е при динамической подзарядке на прямых участках трассы, исключая временные ограничения по продолжительности заездов и лишние перерывы для замены болидов. Для управления электродвигателем 15 или мотор-колесами 16 ток подается через подсоединенную электрошину 17 на систему автопилота 20, датчики 21 пространственного позиционирования «уса»-контактора 9 по динамической адаптации по «высоте-выносу уса» и его координации по текущему углу «X», на контроллер управления 18 и на датчик положения 19 педали «газа», которым в зависимости от перемещения водителем обеспечивается регулировка числа оборотов (показывается на приборной панели) и мощности (скорости движения) пилотной или беспилотной системы управления электродвигателя 15 или мотор-колес 16 по траектории движения. Водитель также может переключать и передавать частично или полностью свои функции автоматической системе «автопилота» 20 и контроля движения электротранспорта, например по типу системы City Pilot. При этом данные поступают на бортовой компьютер 22 к системе автопилота для слежения по датчику позиционирования 21 поворотом-перемещением и/или выпуском-уборкой бортового «уса»-контрактора 9 или контроля зоны направленности и высоты-выноса его положения визуально или телеметрически. Для обеспечения безопасности в случае повреждения (аварии) части барьеров-разделителей кабельной электролинии 2 сети подземный источник электроэнергии 1 соединяют дискретно шунтировано через автоматы защиты сети 23, что изолирует аварийные линии и исключает короткое замыкание ни на само аварийное авто, ни на вышедших людей. От дополнительной электрошины-молдинга 26, установленной на правой наружной стороне электромобиля в виде продольного навесного составного молдинга или убираемого-выдвижного из борта приводом 27, изолированного от корпуса авто пластиково-композитной накладкой с впересованными проводами подобно участку линии электропередачи 2, и соединенной через датчик контакта-подключения 28 (электропитание отключено, если нет контакта) с бортовой электрошиной 17, и которая доступна к питанию «уса»-контактора 9 другого электротранспорта из следующего правого ряда параллельно-скоростного движения и так далее «по цепочке» к другим рядам, а также при ожидании ими переключения светофора на перекрестках, где электромобили присоединены параллельно и электрический ток поступает и на блок аккумуляторных батарей 24 и обеспечивает питанием электродвигатель 15 или мотор-колеса 16 с текущей подзарядкой батарей 24, сохраняя или накапливая ток в их емкости для питания в режиме непродолжительного «отсоединенного» движения авто от электролинии источника 1. В случае непредвиденного препятствия или другого авто предусмотрен предохранитель 30 от удара, обеспечивающий «складывание» в убранное положение «уса» = контактора 9 без его поломки.
Предлагаемое изобретение повышает эффективность передачи электрической энергии по принципу «боковой подвижной электророзетки» к движущимся многочисленным «точечным» потребителям-электротранспорту с динамическим контактом вдоль электролинии в пластикоых коробах на существующих стандартных барьерах-разделителях в городе, на магистралях или на трассе - электромобилям и гибридным авто за счет передачи энергии по кратчайшему расстоянию, в пределах ширины или длины существующих авто, через промежуточный элемент - «ус»-контактор, телескопический автоматически позиционируемый бортовой системой слежения по траектории движения авто в виде поворотного аэродинамически профилированного с адаптивной задней управляемой кромкой по типу лопасти вертолета с изменяемым контуром электроприводом и с контактным роликовым или бесконтактным индукционный концевиком, по которому передается электроэнергия к потребителям: электромотору или мотор-колесу и параллельно на зарядку-накапливание запаса электроэнергии в небольшие по емкости аккумуляторные батареи.