СИСТЕМА ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОГО ВАГОНА (ВАРИАНТЫ)
RAILROAD CAR POWER SUPPLY SYSTEM (VERSIONS)

Изобретение относится к железнодорожному транспорту.
Известна система электроснабжения железнодорожного транспортного средства, содержащая генератор с ротором, жестко соединенным с осью колесной пары.
Недостатком известной системы является значительное увеличение неподрессоренной массы тележки, т.к. вся нагрузка от веса генератора приходится на ось колесной пары. Увеличение неподрессоренной массы снижает эксплуатационные характеристики железнодорожного транспорта средства.
Технический результат, на достижение которого направлено изобретение, заключается в улучшении эксплуатационных показателей рельсового транспортного средства путем уменьшения неподрессоренных масс.
Указанный результат в изобретении по первому варианту достигается тем, что в системе электроснабжения железнодорожного вагона, содержащей генератор с ротором, охватывающим ось колесной пары и связанным с ней, генератор закреплен на раме тележки, а связь ротора с осью выполнена упругой и/или рычажной.
Указанный результат в изобретении по второму варианту достигается тем, что система электроснабжения железнодорожного вагона содержит закрепленный на тележке генератор, ротор которого соединен, по крайней мере, с одним элементом, несущим постоянные магниты, взаимодействующие с ферромагнитным элементом, закрепленным на оси колесной пары. Наиболее целесообразно использовать, по крайней мере, одну пару элементов и размещенный между ними ферромагнитный элемент.
В другой модификации второго варианта изобретения с ротором может быть связан ферромагнитный элемент, а, по крайней мере, один элемент с постоянными магнитами может быть закреплен на оси колесной пары.
Элементы могут быть изолированы относительно оси колесной пары для исключения ее намагничивания, например, упругой связью.
В любом из вариантов упругая связь может быть образована кольцевыми конусообразными эластичными элементами, сопряженными меньшими основаниями с осью колесной пары, а большими основаниями с ротором (элементами - во втором варианте).
Кольцевые конусообразные эластичные элементы в сечении могут быть выполнены в виде овала.
Меньшие основания эластичных элементов могут фиксироваться на оси посредством сердечников, а их большие основания на роторе (элементах) посредством корпусов.
Сущность группы изобретений поясняется чертежами.
На фиг.1 схематично показано сопряжение генератора с колесной парой с использованием упругой связи; на фиг.2 - то же, с использованием рычажной связи; на фиг.3 схематично показано изобретение по второму варианту.
Система электроснабжения железнодорожного вагона содержит генератор, статор 1 (корпус), который закреплен на раме тележки 2, а ротор 3 соединен с осью 4 колесной пары.
Соединение ротора 3 с осью 4 в одной модификации первого варианта выполнено упругим. В качестве упругой связи могут быть использованы конусообразные кольцевые эластичные элементы 5, имеющие в сечении форму овала.
За счет выбора формы выполнения упругих элементов возможно обеспечение необходимых жесткостных характеристик для восприятия вертикальных перемещений колесной пары и для передачи крутящего момента на ротор 3 генератора. Восприятие элементами 5 вертикальных перемещений колесной пары позволяет исключить из конструкции тележки первую ступень рессорного подвешивания (буксовое подвешивание) или позволяет осуществлять их совместную работу.
Во второй модификации первого варианта изобретения передача крутящего момента от оси колесной пары на ротор осуществляется за счет использования рычажных механизмов, конструкция которых имеет шарнирные соединения 6 для соединения звеньев 7 и 8 между собою и соответственно с ротором 3 генератора и с осью 4 колесной пары.
Для удобства монтажа ротора на оси колесной пары ротор и статор выполняются составными.
Возможно также одновременное использование упругих элементов и рычажных механизмов.
Во втором варианте изобретения для передачи вращения от оси 4 колесной пары на ротор 3 генератора можно использовать закрепленные на оси 4 элементы 9 из ферромагнитного материала и элементы 10 с постоянными магнитами 11, расположенные с двух сторон элементов 9. Элементы 10, которые могут быть выполнены в виде дисков, связаны с ротором 3 генератора, который, как и в первом варианте, закреплен на раме тележки. Магниты 11 закреплены на элементах 10 с расположением их разноименных полюсов напротив друг друга.
Для избежания электромагнитных потерь и намагничивания колесной пары ферромагнитные элементы 9 изолируются от оси 4, например, эластичной связью.
Работает предлагаемая система электроснабжения аналогично известным, а ее особенность заключается в использовании новых принципов передачи вращения оси 4 колесной пары на ротор 3 генератора.
В первом варианте изобретения передача вращения осуществляется за счет упругого и/или рычажного соединения оси 4 и ротора 3 генератора между собой.
При использовании упругого соединения последнее может выполнять функции (часть функций) первой ступени рессорного подвешивания. Возможно создание ступенчатой первой ступени рессорного подвешивания, в которой при вертикальном перемещении оси колесной пары в работу сначала вступает буксовое подвешивание тележки, а затем упругое сопряжение оси 4 колесной пары с ротором 3, или наоборот.
Наиболее целесообразно в качестве упругого соединения ротора 3 и оси 4 колесной пары использовать кольцевые конусообразные эластичные элементы 5, которые позволяют сконструировать упругое соединение с большим многообразием коэффициента формы за счет выбора как формы самого упругого элемента, так и характера его сопряжения с сердечником 12 и корпусом 13. Таким образом, упругое соединение позволяет обеспечить плавную передачу крутящего момента и обеспечить эффективную работу буксового подвешивания в необходимом диапазоне прогибов.
В зависимости от габаритов и характеристик тележек упругие соединения могут быть расположены внутри ротора или между генератором и колесами 14 колесной пары.
Во второй модификации первого варианта использование рычажных механизмов позволяет полностью исключить влияние характера соединения оси 4 и ротора 3 на характеристики первой ступени рессорного подвешивания.
Рычажные (упругорычажные) механизмы также могут быть расположены внутри ротора или с боковых его сторон - между ротором и колесами 14.
Во втором варианте изобретения для передачи крутящего момента используется электродинамический принцип, основанный на перемещении проводника в поле постоянных магнитов.
При движении железнодорожного транспортного средства происходит вращение оси 4 колесной пары, а вместе с ней и вращение ферромагнитных элементов 9.
Перемещение элементов 9 сопровождается постоянным перемещением их относительно элементов 10 с магнитами 11. Известно, что изменяющееся во времени магнитное поле возбуждает вихревое электрическое поле, наведение которого в проводнике проявляется как действие сторонних сил.
Существуют различные подходы для создания переменного магнитного поля, но в любом случае для создания сторонних сил осуществляют изменение магнитного потока через проводящий контур.
На указанном принципе основана работа широко используемых в настоящее время электродинамических систем торможения.
Для использования электродинамического принципа для передачи вращения можно использовать элемент 10 с переменным по длине окружности количеством постоянных магнитов и/или ферромагнитный элемент 9 с переменным по длине окружности проводящим контуром. При любом из описанных вариантов выполнения элементов 9 и 10 при их относительном перемещении будет происходить изменение магнитного потока через ферромагнитный элемент 9, а значит, будут возникать силы, противодействующие относительному перемещению элементов 9 и 10, т.е. вращение оси колесной пары будет сопровождаться вращением элементов 10 с магнитами 11, а значит, и вращением ротора 3 генератора.
Изменение магнитного потока при движении транспортного средства будет цикличным, т.к., например, увеличение магнитного потока будет сопровождаться его мгновенным уменьшением до первоначальной величины. Для исключения поворота ротора в противоположную сторону связь ротора с элементами 9 может содержать обгонную муфту.
При реверсировании движения транспортного средства направление вращения элементов 10 останется неизменным, т.к. уменьшение магнитного потока при смене направления вращения не изменит направления действия сторонних сил.
При использовании любой модификации второго варианта изобретения индуцируемый в ферромагнитном элементе ток может быть использован для повышения эффективности системы электроснабжения железнодорожного транспортного средства.
В процессе движения транспортного средства за счет работы первой ступени рессорного подвешивания происходит перемещение оси колесной пары относительно рамы тележки, что сопровождается взаимным относительным перемещением постоянных магнитов и ферромагнитного элемента. Относительное смещение магнитов и ферромагнитного элемента также приводит к изменению магнитного потока, что способствует возникновению дополнительных сил взаимодействия, осуществляющих дополнительную функцию - гашение относительных колебаний колесной пары и рамы тележки.
Во время движения железнодорожного транспорта возможно угловое перемещение оси колесной пары относительно рамы тележки в поперечной плоскости, что может привести к контакту ферромагнитного элемента 9 и элемента 10 с магнитами. Для уменьшения механических сил взаимодействия элементов 9 и 10 целесообразно использовать упругую связь их с осью колесной пары в виде конусообразных кольцевых эластичных элементов, которые позволяют за счет выбора геометрических параметров (формы) обеспечить необходимую жесткость при действии сил вращения и податливость при возникновении механических сил взаимодействия между элементами 9 и 10.