СИСТЕМА ДЛЯ ПЕРЕДАЧИ ЭНЕРГИИ НА ТРАНСПОРТНОЕ СРЕДСТВО И СПОСОБ ЭКСПЛУАТАЦИИ ТАКОЙ СИСТЕМЫ
SYSTEM FOR ENERGY TRANSFER TO VEHICLE AND OPERATION METHOD FOR SUCH SYSTEM

Область техники, к которой относится изобретение
Изобретение относится к системе для передачи энергии на транспортное средство, прежде всего колейное транспортное средство, например легкорельсовое транспортное средство. В частности, легкорельсовым транспортным средством может быть трамвай. Изобретение также относится к способам эксплуатации и изготовления такой системы.
Уровень техники
Трамваи обычно снабжаются электрической энергией с помощью пантографа, контактирующего с проводником, таким как контактная подвесная линия или контактный рельс. Однако в особых обстоятельствах, например в историческом центре города, наличие таких проводников нежелательно по эстетическим причинам. С другой стороны, заглубление контактных рельсов в грунт создает проблемы с обеспечением безопасности.
Для решения этой проблемы энергию можно передавать на транспортное средство индуктивно. При этом расположенная со стороны колеи проводниковая структура создает электромагнитное поле. Это поле принимается катушкой, находящейся на борту транспортного средства, в результате чего поле за счет индукции создает электрическое напряжение. Передаваемая энергия может использоваться для приведения транспортного средства в движение и/или в других целях, таких как энергоснабжение вспомогательных систем транспортного средства (например, систем отопления и вентиляции).
Система для передачи энергии на транспортное средство, содержащая электрическую проводниковую структуру, т.е. структуру из расположенных определенным образом электрических проводников, может также включать в себя электрические и/или электронные приборы, предназначенные для приведения в действие электрической проводниковой структуры, т.е. для управления ее работой. Один из таких приборов может представлять собой инвертор для генерирования переменного тока из постоянного тока. Постоянный ток может пропускаться по линии питания, подающей электрическую энергию на проводниковую структуру. Этот переменный ток может проходить через проводниковую структуру для создания электромагнитного поля. Поскольку для нужд транспортного средства необходимы сравнительно высокие мощности, работа соответствующего инвертирующего усилителя мощности сопряжена со значительными потерями энергии в виде тепла. Вместе с тем, к электрическим и/или электронным приборам, предназначенным для приведения в действие электрической проводниковой структуры, могут относиться и другие типы приборов, такие как силовые переключатели, или ключи, для включения выключения того или иного участка электрической проводниковой структуры, датчики для обнаружения присутствия транспортного средства и другие приборы.
Такие приборы можно размещать в коробах или других корпусах над землей. Это позволило бы с легкостью отводить тепло, выделяемое приборами, в окружающую среду. Однако в случае использования принудительного охлаждения с помощью вентиляторов это может создавать неприемлемые уровни шума. Кроме того, расположение корпусов над землей бывает неприемлемым, особенно в исторических частях городов. С другой стороны, заглубление приборов в грунт ухудшает передачу тепла в окружающую среду. Типичные материалы грунтов, такие как почва, скальный и песчаный грунты, являются плохими проводниками тепла.
Возможным решением является заглубление приборов непосредственно в грунт. В публикации DE 6992935312 раскрыто заглубление трансформатора непосредственно в грунт, причем первичная и вторичная обмотки трансформатора залиты изоляционным материалом (компаундом), а магнитный сердечник трансформатора оставлен незакрытым, чтобы обеспечить передачу тепла в окружающий грунт. Однако непосредственное заглубление в грунт приборов, предназначенных для приведения в действие проводниковой структуры, затрудняет техническое обслуживание этих приборов и замену компонентов, если это необходимо. Далее, аппаратура, особенно электронные приборы, такие как полупроводниковые переключатели, или ключи, нуждаются, по крайней мере, в некоторой степени защиты от воды и грязи. Кроме того, теплопроводность природных грунтовых материалов невелика, и поэтому тепло плохо отводится от трансформатора.
Раскрытие изобретения
Целью настоящего изобретения является разработка системы для передачи энергии на транспортное средство, в которой подлежащие охлаждению приборы не нуждались бы в наземных корпусах, но при этом их охлаждение было бы эффективным. Кроме того, изобретение должно обеспечить возможность технического обслуживания и ремонта таких приборов при низких трудозатратах. Еще одной целью изобретения является разработка способа эксплуатации такой системы и способа ее изготовления.
В основу настоящего изобретения положена идея использования полости в грунте для размещения прибора или приборов, подлежащего(-их) охлаждению. Полость закрывается сверху крышкой, и эта крышка образует часть поверхности грунта. Выражение "часть поверхности" включает в себя случай, когда сверху на крышке могут находиться свободные твердые частицы, такие как частицы почвы или грязи. Однако предпочтительно, чтобы такой слой частиц был тоньше 1 см, предпочтительно тоньше 0,2 см. Крышку предпочтительно выполнять из материала или материалов, имеющего(-их) значительно более высокий коэффициент теплопередачи, чем природный материал грунта, такой как почва, скальный и песчаный грунты. При этом выражение "значительно более высокий коэффициент теплопередачи" означает превышение в пять раз, предпочтительно в десять раз. Предпочтительным материалом для крышки является металл, например сталь.
Термин "грунт" включает в себя также техногенные или искусственные грунты, такие как компоненты железнодорожного пути. Например, можно удалить природный грунт и соорудить на его месте железнодорожный путь, включая грунт, образующий полость. Еще одним примером искусственного грунта является любой техногенный грунт в городе.
Размещение подлежащих охлаждению приборов в полости, находящейся в грунте, позволяет убрать эти приборы с виду. Поэтому такое расположение является приемлемым даже в исторических частях городов. При этом наземное пространство не занимается. Кроме того, поскольку сверху полости имеется крышка, такая крышка снимается для проведения работ по техническому обслуживанию и/или ремонту прибора или приборов при сравнительно малых трудозатратах. Кроме того, крышка может быть выполнена таким образом, чтобы она могла держать любой вес или нагрузку, включая транспортные средства, такие как автомобили или колейные транспортные средства, снабжаемые электрической энергией с использованием электрической проводниковой структуры.
Авторами изобретения установлено, что подлежащие охлаждению приборы выделяют тепло лишь короткое время, когда транспортное средство проходит вблизи электрической проводниковой структуры. Постоянное нахождение проводниковой структуры во включенном состоянии сопровождалось бы большими потерями энергии и созданием нежелательных электромагнитных полей. Электрическую проводниковую структуру предпочтительно приводить в действие только во время движения транспортного средства непосредственно над ней. Для управления временным включением электрической проводниковой структуры может использоваться по меньшей мере один из расположенных в полости и подлежащих охлаждению приборов. Например, инвертор вышеупомянутого типа можно выключать, чтобы этот инвертор не запитывал электрическую проводниковую структуру электроэнергией от линии электроснабжения.
В частности, предлагается система для передачи энергии на транспортное средство, которым может быть колейное транспортное средство, например легкорельсовое транспортное средство. Предлагаемая в изобретении система содержит:
- электрическую проводниковую структуру, предназначенную для создания электромагнитного поля, принимаемого транспортным средством с обеспечением передачи энергии на транспортное средство,
- электрические и/или электронные приборы, предназначенные для приведения в действие электрической проводниковой структуры, выделяющие при этом тепло и потому подлежащие охлаждению,
- устройство охлаждения системы, содержащее конструкцию, имеющую полость, в которой расположен по меньшей мере один из подлежащих охлаждению приборов, и крышку, ограничивающую полость сверху, причем подлежащий(-ие) охлаждению прибор(-ы) расположен(-ы) на расстоянии от крышки, а конструкция встроена в грунт на пути движения транспортного средства таким образом, что крышка образует часть поверхности грунта.
Конструкция, имеющая полость, может иметь любое исполнение, в частности из твердого материала. Конструкция может быть монолитной, может состоять из одного или нескольких материалов и/или может иметь стенки с отверстиями или без таковых. Например, отверстие в стенке может использоваться для пропускания проводов и/или кабелей, обеспечивающих электрическое соединение прибора или приборов с внешним оборудованием. Материалом, предпочтительным для такой конструкции, является металл, поскольку металл обычно имеет хорошие характеристики теплопроводности, ускоряющие отвод тепла из полости в окружающее пространство и помогающие избежать возникновения в материале конструкции горячих участков. В конкретном варианте осуществления изобретения конструкция может иметь пять плоских стенок, каждая из которых проходит перпендикулярно соответствующим соседним с ней стенкам и которые образуют дно и четыре боковых стенки. Конструкция сверху открыта, и в эксплуатации полость закрывается крышкой. Крышка может сниматься для получения доступа в полость, в частности для технического обслуживания и ремонта находящихся в полости прибора или приборов, подлежащего(-их) охлаждению. Например, высота конструкции может составлять от 20 см до 1,5 м, предпочтительно - 30-50 см, ширина конструкции может составлять от 30 до 70 см, предпочтительно - около 50 см, и/или длина конструкции может составлять от 60 см до 1,5 м, предпочтительно - около 80 см.
Перед заглублением конструкции в рыхлый грунт его предпочтительно уплотнять вокруг места расположения полости. Как возможный вариант, в грунт также можно заглубить дополнительный материал, как это описывается ниже. Грунт и/или другой материал, расположенный с внешней стороны конструкции, используется в качестве теплоаккумулятора. Основная часть тепла, выделяемая прибором или приборами в полости, передается в окружающую среду через крышку, причем либо непосредственно, либо после передачи в грунт или другой материал, находящийся снаружи конструкции. Например, если тепло не может передаваться в окружающую среду непосредственно через крышку, поскольку температура окружающего воздуха слишком высока или крышка нагрелась на солнце, значительное количество выделяемого тепла передается в грунт и/или другой материал, расположенный снаружи конструкции, а затем передается обратно во внутреннее пространство конструкции, в стенки или в другие элементы конструкции, как только передача тепла в окружающую среду через крышку станет возможной. Поскольку коэффициент теплопередачи почвы мал, рассеяние тепла в почву очень мало. То же самое касается скального или песчаного грунта или смеси почвы, скального и/или песчаного грунта.
По меньшей мере один из подлежащих охлаждению приборов может представлять собой инвертор, предназначенный для преобразования постоянного тока, пропускаемого линией питания, в переменный ток, пропускаемый проводниковой структурой, причем инвертор электрически соединен с проводниковой структурой. Инверторы выделяют тепло в единицу времени в особенно больших количествах, особенно когда они выдают переменный ток для создания электромагнитного поля, используемого для передачи энергии, питающей тяговые двигатели транспортных средств. Другие примеры приборов приведены выше.
Предпочтительно, чтобы прибор или приборы, подлежащий(-ие) охлаждению, располагался(-лись) не только на расстоянии от крышки, но и на дне полости. В частности, прибор(-ы) может/могут быть помещен(-ы) на теплопроводный материал, проходящий вниз через материал дна конструкции, или на материал дна конструкции, от которого вниз проходит теплопроводный материал, причем теплопроводный материал имеет теплопроводность, равную теплопроводности материала дна конструкции или превышающую ее.
В предпочтительном варианте осуществления изобретения между подлежащим охлаждению прибором и теплопроводным материалом или материалом дна конструкции может быть расположен дополнительный элемент. Назначение этого дополнительного элемента заключается в распределении тепла в направлениях, перпендикулярных направлению передачи тепла от прибора к теплопроводному материалу или материалу дна конструкции. Например, если теплопроводный материал или материал дна конструкции имеет верхнюю поверхность, являющуюся ровной и плоской, а нижняя поверхность прибора также является плоской, в качестве дополнительного элемента может использоваться тонкий мат, выполненный из материала с очень высоким коэффициентом теплопроводности, находящимся, например, в диапазоне от 300 до 500 Вт/(м·К). Примером такого мата является двумерный (листовой) теплоотводящий материал SPREADERSHIELD производства фирмы GrafTech International, находящейся по адресу: 12900 Snow Road, Parma, Ohio 44130, США. В качестве материала для дополнительного элемента, помещаемого между прибором и теплопроводным материалом, как правило, можно использовать графитовые или углеродные материалы. Одно преимущество такого материала заключается в том, что тепло распределяется по поверхности теплопроводного материала или материала дна конструкции, что улучшает передачу тепла теплопроводному материалу или материалу дна конструкции, а значит, и вывод тепла наружу конструкции. Другим или дополнительным назначением этого дополнительного элемента является обеспечение хорошего теплового контакта между прибором и материалом дна конструкции. Например, для обеспечения теплового контакта может использоваться, например, силикон.
К альтернативным материалам теплового интерфейса относятся, например: полиимидная пленка, покрытая соединением с обратимыми фазами, или фазовым переходом (например, пленка, распространяемая фирмой Detakta Hans-Herbert von Saenger Isolier- und Messtechnik GmbH & Co. KG, Hans-Bockler-Ring 19, D-22851 Norderstedt, Германия, под торговым наименованием ThermaPhase) и теплопроводные и электроизоляционные одно- или многокомпонентные полимеры, необязательно наполненные керамическим и/или теплопроводным материалом (например, полимеры, распространяемые фирмой Kerafol Keramische Folien GmbH, Industriegebiet Stegenthumbach 4-6, D-92676 Eschenbach, Германия, под торговым наименованием Keratherm). Предпочтительно, чтобы дополнительный материал, расположенный между прибором и материалом дна конструкции, был электроизоляционным, особенно если материал дна конструкции является электропроводящим. Это способствует изоляции подлежащего охлаждению прибора.
Размещение прибора(-ов) на дне полости имеет то преимущество, что, с одной стороны, тепло может передаваться к нижней стороне крышки за счет вынужденной или естественной конвекции. С другой стороны, воздух в полости является хорошим теплоизолятором, если температура крышки выше температуры подлежащего(-их) охлаждению прибора(-ов). Это может иметь место при высокой температуре окружающего воздуха и/или при нагреве крышки солнечными лучами.
Как было упомянуто выше, снаружи конструкции может быть предусмотрен другой материал, не являющийся природным материалом грунта. В предпочтительном варианте осуществления изобретения конструкция заделана во внешнюю оболочку из твердого материала, имеющего более высокую теплоемкость на единицу объема конструкции, чем у материала конструкции. В частности, таким твердым, или сплошным, материалом может быть бетон. Внешняя оболочка из бетона легка в изготовлении. Например, сначала можно уплотнить грунт, в который предполагается поместить бетонную оболочку, а затем можно извлечь соответствующий объем грунта. Этот объем соответствует объему внешней оболочки плюс объем конструкции и плюс объем полости. Затем в указанном объеме может быть изготовлена внешняя оболочка, и/или готовая внешняя оболочка может быть помещена в этот объем. Кроме того, конструкцию можно помещать во внешнюю оболочку впоследствии или одновременно с размещением или изготовлением внешней оболочки. Конструкцию предпочтительно сначала помещать в подготовленный объем и использовать для ограничения ею зоны формирования внешней оболочки во время заполнения этой зоны материалом, в частности бетоном.
Если, как это было упомянуто выше, используется теплопроводный материал, расположенный у дна конструкции, предпочтительно, чтобы этот теплопроводный материал проходил у дна конструкции во внешнюю оболочку, а более предпочтительно - чтобы он проходил через внешнюю оболочку в грунт. Теплопроводный материал улучшает передачу тепла во внешнюю оболочку и/или в расположенный под ней грунт.
Для улучшения передачи тепла от находящегося(-ихся) в полости прибора(-ов) закрывающей полость крышке за счет конвекции конструкция может содержать расположенный в полости вентилятор для принудительной конвекции воздуха в полости. При этом предпочтительно, чтобы конструкция была снабжена первым датчиком температуры, расположенным у крышки, и вторым датчиком температуры, расположенным у подлежащего(-их) охлаждению прибора(-ов), причем вентилятор связан с устройством управления, выполненным с возможностью управления вентилятором в зависимости от температуры, измеряемой датчиками температуры. Если температура у крышки выше температуры у подлежащего(-их) охлаждению прибора(-ов), вентилятор может быть выключен устройством управления. Таким образом, воздух в полости может образовывать устойчивые горизонтально простирающиеся слои с температурой, возрастающей снизу вверх, что эффективно изолирует прибор(-ы) от крышки.
В предпочтительном варианте осуществления изобретения конструкция изолирована в отношении перемещения воздуха в полость и из нее. Например, конструкция может быть образована стенками, и у верхних кромок стенок может быть расположено уплотнение, предназначенное для уплотнения соединения крышки со стенками и для герметизации полости. Изоляция полости в отношении поступления окружающего воздуха позволяет избежать нагрева содержимого полости в случае высоких температур окружающей среды. Кроме того, она предотвращает проникновение в полость влажного воздуха. Влажный воздух может быть вреден для приборов и может приводить к окислению электрических контактов и металлических частей.
В предпочтительном варианте осуществления изобретения конструкция выполнена таким образом, чтобы препятствовать проникновению в полость твердых частиц и/или влаги. Этого можно добиться с помощью того же уплотнения между верхней кромкой стенок и крышкой, что было описано выше. Твердые частицы, такие как пыль или аэрозоли, а также влага могут создавать помехи работе приборов и/или могут приводить к их отказам.
Объектом изобретения является также способ эксплуатации системы для передачи энергии на транспортное средство, прежде всего на колейное транспортное средство, например легкорельсовое транспортное средство, характеризующийся тем, что:
- передачу энергии на транспортное средство осуществляют с использованием электрической проводниковой структуры системы, предназначенной для создания электромагнитного поля, принимаемого транспортным средством,
- для приведения в действие электрической проводниковой структуры используют электрические и/или электронные приборы системы, выделяющие при этом тепло и потому подлежащие охлаждению,
- по меньшей мере один из подлежащих охлаждению приборов эксплуатируют в полости, закрытой крышкой, ограничивающей полость сверху, причем подлежащий(-ие) охлаждению прибор(-ы) расположен(-ы) на расстоянии от крышки, а полость находится в грунте на пути движения транспортного средства таким образом, что крышка образует часть поверхности грунта.
Варианты осуществления описанного выше способа и его частные признаки приведены в прилагаемой формуле изобретения и поясняются в описании соответствующих признаков системы.
Кроме того, объектом изобретения является способ изготовления системы для передачи энергии на транспортное средство, прежде всего на колейное транспортное средство, например легкорельсовое транспортное средство, характеризующийся тем, что:
- подготавливают электрическую проводниковую структуру, предназначенную для создания электромагнитного поля, принимаемого транспортным средством с обеспечением передачи энергии на транспортное средство,
- подготавливают электрические и/или электронные приборы, предназначенные для приведения в действие электрической проводниковой структуры, выделяющие при этом тепло и потому подлежащие охлаждению,
- устанавливают устройство охлаждения, содержащее конструкцию, имеющую полость, в которой располагают по меньшей мере один из подлежащих охлаждению приборов, и снабженную крышкой, ограничивающей полость сверху, причем подлежащий(-ие) охлаждению прибор(-ы) располагают на расстоянии от крышки, а конструкцию встраивают в грунт на пути движения транспортного средства таким образом, чтобы крышка образовала часть поверхности грунта.
Варианты осуществления описанного выше способа и его частные признаки приведены в прилагаемой формуле изобретения и поясняются в описании соответствующих признаков системы.
Электрическая проводниковая структура, работающая под управлением подлежащего(-их) охлаждению прибора(-ов) может:
- содержать по меньшей мере одну электрическую линию, змеевидно проходящую вдоль пути движения транспортного средства, т.е. за каждым отрезком линии, вытянутым в направлении движения, следует отрезок, который вытянут поперек направления движения, за которым, в свою очередь, снова следует отрезок, вытянутый в направлении движения); в случае многофазной системы предпочтительно, чтобы таким образом были расположены все линии проводниковой структуры; понятие "змеевидно" охватывает линии, имеющие искривленную конфигурацию и/или имеющие прямые отрезки с резко изогнутыми (в виде изломов) зонами перехода к соседним отрезкам; прямые отрезки предпочтительны, поскольку они создают более однородные поля;
- содержать по меньшей мере две электрических линии, каждая из которых приспособлена для пропускания своей, т.е. отличной от других, фазы переменного электрического тока; предпочтительно, чтобы электрическая проводниковая структура содержала три линии, каждая из которых пропускает свою фазу трехфазного переменного тока;
- содержать множество участков, каждый из которых проходит вдоль своего отрезка пути движения транспортного средства, может содержать отрезки указанных по меньшей мере двух линий проводниковой структуры и может быть включен и выключен отдельно от других участков. Фазная(-ые) линия(-и) каждого участка может/могут быть электрически соединены с соответствующей фазной линией любого следующего за ним участка (последовательное соединение фазных линий). В другом случае фазная(-ые) линия(-и) следующих друг за другом участков может/могут быть изолированы друг от друга и, например, может/могут быть подключены к источнику энергии через отдельный инвертор для каждого участка (параллельное соединение фазных линий).
Преимущественным применением изобретения является снабжение энергией рельсовых транспортных средств. В частности, электрическая проводниковая структура, предназначенная для создания электромагнитного поля, может быть расположена (при виде сверху) между двумя рельсами железнодорожного пути. Например, электрическая линия или линии проводниковой структуры может/могут быть встроена(-ы) в шпалы железнодорожного пути или может/могут быть заглублена(-ы) в грунт.
В любом случае предпочтительно, чтобы полость, содержащая подлежащий(-ие) охлаждению прибор(-ы), была расположена сбоку одного из рельсов, т.е. не находилась между двумя рельсами. Это позволяет легко соединять электрическую линию или линии проводниковой структуры с находящимся(-мися) в полости прибором или приборами.
Если электрическая проводниковая структура имеет множество участков (как это упоминалось выше), по меньшей мере одну из полостей предпочтительно предусмотреть рядом с каждым участком, наиболее предпочтительно - у стыка (интерфейса) между двумя следующими друг за другом участками.
Краткое описание чертежей
Варианты осуществления настоящего изобретения рассматриваются ниже со ссылкой на прилагаемые чертежи, на которых показано:
на фиг.1 - трехмерное изображение участка железнодорожного пути с частичным вырезом для иллюстрации его строения,
на фиг.2 - схематический разрез конструкции, имеющей полость и заделанной в твердый материал, находящийся в грунте,
на фиг.3 - еще один схематический разрез конструкции, имеющей полость, и колея транспортного средства,
на фиг.4 - схематическое изображение первого варианта выполнения проводниковой структуры, предназначенной для создания электромагнитного поля с целью передачи энергии на транспортное средство, движущееся по колее,
на фиг.5 - фрагмент проводниковой структуры со следующими друг за другом участками, в том числе с инверторами для преобразования постоянного тока в переменный ток, запитывающий проводниковую структуру.
Осуществление изобретения
Железнодорожный путь 11, показанный на фиг.1, расположен на нижнем слое 10, который может состоять из природного грунта, такого как почва, песчаный и/или скальный грунт. Вместе с тем, нижний слой 10 также может быть искусственным, например может состоять из уплотненного материала, обычно используемого в строительстве в качестве слоя основания. Поверх нижнего слоя 10 расположен по меньшей мере еще один слой 15. Этот слой может быть выполнен, например, из бетона, но также из любого другого материала, пригодного для строительства железнодорожного пути. Часть слоя 15 слева на фиг.1 вырезана, чтобы показать строение других частей железнодорожного пути. Слой 15 имеет выемку для размещения нижней части двух рельсов 13а, 13b, для размещения опорного материала 16, несущего и/или вмещающего проводниковую структуру 17, и для размещения других, дополнительных элементов, таких как скрепления для фиксации рельсов 3 в требуемом положении и выравнивания рельсов.
Проводниковая структура 17 содержит в рассматриваемом осуществления изобретения три электрических линии 17а, 17b, 17с, предназначенных для пропускания трех фаз трехфазного переменного тока. Каждая из линий 17а, 17b, 17с тянется вдоль колеи, образованной рельсами 3, но при этом проходит по змеевидному, или извилистому, пути. Вместе с тем, также возможны и другие формы размещения проводниковой структуры. Проводниковая структура 17 покрыта защитным слоем 18, который также расположен между двумя рельсами 13.
С одной стороны от опорного материала 16 расположена конструкция 12, т.е. конструкция 12 расположена не между рельсами 13, а снаружи образуемой двумя рельсами 13 колеи. В конкретном варианте осуществления изобретения, показанном на фиг.1, конструкция 12 имеет форму прямоугольного параллелепипеда. Более подробно выполнение конструкции рассматривается со ссылкой на фиг.2 и 3. Верхняя поверхность конструкции 12 проходит на том же уровне по высоте, что и поверхность слоя 15. Слой 15 прилегает к противоположным боковым поверхностям конструкции (на фиг.1 это не показано, поскольку слой 15 частично вырезан).
В месте, соответствующем наименьшему расстоянию между конструкцией 12 и проводниковой структурой 17, расположено устройство 20 для электрического контактирования линий 17а, 17b, 17с с целью реализации электрического соединения между проводниковой структурой 17 и одним или несколькими приборами, расположенными внутри конструкции 12.
Снизу на фиг.1 видна прямолинейная структура 19, которая может использоваться для подачи электрический энергии на прибор(-ы), находящийся(-иеся) внутри конструкции 2. Электрическое соединение между структурой 19 и прибором(-ами) на фиг.1 не показано.
Схематическое изображение на фиг.2 представляет собой выполненный в вертикальной плоскости разрез конструкции 12, имеющей полость 144, в которой расположен электрический и/или электронный прибор 1. Вместо одного прибора 1 на дне полости 144, имеющейся внутри конструкции 12, может быть расположено два или более подлежащих охлаждению приборов. Конструкцией 12 может быть конструкция, показанная на фиг.1. В данном случае плоскость вертикального разреза, приведенного на фиг.2, проходит почти параллельно образованной рельсами 13 колее.
Полость 144 также содержит вентилятор 7, предназначенный для обеспечения принудительной вентиляции воздуха в полости 144, т.е. в полости вентилятором обеспечивается вынужденная конвекция воздуха. Вентилятором 7 предпочтительно управлять таким образом, чтобы он не включался, когда температура вверху полости 144 выше температуры прибора 1.
Конструкция 12 закрыта съемной крышкой 25. Это обеспечивает возможность доступа сверху внутрь конструкции 12.
Вид, показанный на фиг.1, содержит вырезанные области. В частности, промежуточный слой 14 и покровный слой 15 проходят до стенок конструкции 12, в результате чего конструкция 12 заделана в твердый материал со всех сторон, кроме верхней. Вместе с тем, со всех пяти сторон конструкции 12 необязательно должен содержаться один и тот же материал или одни и те же слои материала. Напротив, промежуток между конструкцией 2 и опорным материалом 16 или контактным устройством 20 может быть заполнен другим материалом, в частности материалом, который служит опорой для рельсов. Кроме того, наружная сторона конструкции 12, показанная на фиг.1 спереди, может быть покрыта другим материалом, таким как природный грунт.
Конструкция 12 содержит несколько ребер, выполненных из металла и проходящих вниз от дна полости 144. Подлежащий охлаждению прибор 1 расположен непосредственно на стенке 7 дна конструкции 12, выполненной из металла, как и ребра 3. Таким образом, выделяемое прибором 1 тепло передается через стенку 7 дна в ребра 3, а от них - в окружающий материал 2. Окружающий материал 2 образует внешнюю оболочку конструкции 12, в которую конструкция 12 заключена с пяти сторон: правой и левой сторон, показанных на фиг.2, с нижней стороны (на фиг.2 не показанной), а также с передней и задней сторон. Верхняя сторона над крышкой 25 свободна от твердого материала, т.е. окружающий воздух может омывать верхнюю сторону крышки 25 и отводить от крышки 25 тепло. Внешняя оболочка конструкции 12 предпочтительно находится в контакте с наружной стороной стенок конструкции по всей поверхности этих стенок. Это улучшает передачу тепла от материала стенок к материалу оболочки 2. Оболочка 2 может быть выполнена из бетона.
С другой стороны, оболочка 2 встроена в материал 4 грунта, который может быть искусственным (т.е. техногенным) и/или природным грунтом.
В варианте осуществления изобретения, показанном на фиг.2, ребра 3 не выходят из оболочки 2 в грунт 4. Вместе с тем, в других вариантах осуществления изобретения теплопроводящие структуры, подобные ребрам 3, могут проходить в материал, находящийся ниже оболочки.
В качестве альтернативы варианту осуществления изобретения, показанному на фиг.2, теплопроводный материал, расположенный на дне полости, может проходить через стенку 7 дна конструкции 12, а подлежащий(-ие) охлаждению прибор(-ы) можно расположить на дополнительной опоре, помещенной на дно полости.
Разрез, показанный на фиг.3, выполнен в вертикальной плоскости, рассекающей не только конструкцию 12, имеющую полость для размещения одного или нескольких подлежащих охлаждению приборов, но и колею снабжаемого энергией транспортного средства. Конструкция 12, показанная на фиг.3, может быть конструкцией 12, показанной на фиг.2, или иной конструкцией. Несмотря на это на фиг.2 и 3 одинаковые или однотипные элементы обозначены одними и теми же номерами позиций.
В рассматриваемом варианте также имеется внешняя оболочка 2, в которую заделана конструкция 12. Подлежащий охлаждению прибор 1 помещен на дно полости 144, а крышка 25 закрывает полость 144 сверху. Колея 31, т.е. путь, вдоль которого движется транспортное средство, также содержит один или несколько слоев материала, которые обозначены номером 32 и которые служат опорой не только для транспортного средства, но и для проводниковой структуры. Проводниковая структура и другие части колеи (например, рельсы в случае железнодорожного пути) подробно на фиг.3 не показаны. Опорный материал 32 и внешняя оболочка 2 конструкции 12 встроены в грунт 4.
Подлежащий охлаждению прибор электрически соединен (с проводниковой структурой) посредством расположенной в полости 144 линии или кабеля 27 через коннектор 35, расположенный в верхней части боковой стенки 37 конструкции 2, и посредством расположенной вне полости 144 линии или кабеля 29. Число линий или проводов зависит от типа электрической цепи, реализуемой проводниковой структурой и находящимся в полости охлаждаемым прибором или приборами. Пример электрической цепи описывается ниже со ссылкой на фиг.5.
На фиг.4 показано шесть участков 157a-157f проводниковой структуры, проходящей вдоль пути движения транспортного средства 162. Участки 157 могут приводиться в действие независимо друг от друга. Транспортное средство 162 может иметь приемное устройство 161 для приема электромагнитного поля, создаваемого проводниковой структурой на одном или нескольких участках 157. В ситуации, показанной на фиг.4, приемное устройство 161 расположено над участком 157с, и по меньшей мере этот участок 157c задействован для возбуждения электромагнитного поля и передачи энергии на транспортное средство. Кроме того, транспортное средство может иметь накопители 163а, 163b энергии (аккумуляторы), которые могут использоваться для энергоснабжения транспортного средства, если энергии, получаемой от участков 157 проводниковой структуры, недостаточно.
На каждом стыке двух следующих друг за другом участков 157 предусмотрен инвертор 152а-152е, который расположен в полости конструкции и таким образом заглублен в грунт, в соответствии с изобретением. Например, инверторы 152 могут быть выполнены в соответствии с принципиальной схемой, показанной на фиг.5. Линия 141а, 141b питания постоянным током также показана на фиг.4. Она подключена к источнику 151 энергии, такому как генераторная станция для выработки постоянного тока.
На фиг.5 приведена принципиальная схема. На ней частично показан ряд следующих друг за другом участков 137, 138, 139 электрической проводниковой структуры, предназначенной для создания электромагнитного поля. Полностью показан только один участок, а именно участок 138. Каждый из участков 137, 138, 139 содержит три фазных линии 135а, 135b, 135с. Эти фазные линии 135 можут быть выполнены, например, как показано на фиг.1.
Каждая фазная линия 135 каждого участка 137, 138, 139 содержит на одном своем конце емкость 140 для компенсации индуктивности фазной линии 135. В результате полное электрическое сопротивление равно нулю. Такие емкости могут быть частью приборов, расположенных в полости конструкции 12 (фиг.1-3).
На стыках следующих друг за другом участков 137, 138, 139 каждая фазная линия 135 соединена с линией 141а, 141b питания постоянным током. Каждая фазная линия 135 соединена с плюсовым и минусовым потенциалами линии 141 питания постоянным током через соответствующие переключатели 147, 148. Например, фазная линия 135а соединена с плюсовым и минусовым потенциалами посредством соединения 144а. В состав этого соединения 144а входят переключатель 147, расположенный между фазной линией 135а и плюсовым потенциалом, и переключатель 148, расположенный между фазной линией 135а и минусовым потенциалом. Соединения 144b, 144с фазных линий 135b, 135с с плюсовым и минусовым потенциалами (линии 141а, 141b) выполнены аналогично.
Приведенное выше описание интерфейса 142 между участком 137 и участком 138 соответственно применимо к интерфейсу между участком 138 и участком 139. Соединения между фазными линиями 135 и линией 141 питания постоянным током обозначены номерами 145а, 145b, 145с. Переключатели, расположенные между фазными линиями 135 и плюсовым потенциалом 141а линии 141, обозначены номерами 149, а переключатели со стороны минусового потенциала 141b обозначены номерами 150.
Следовательно, каждый интерфейс 142, 143 может подключаться к питающей линии 141 и отключаться от нее путем управления переключателями 147, 148 или 149, 150. Переключатели 147, 148 вместе с устройством управления ими, на фиг.5 не показанным, образуют первый инвертор. Аналогичным образом, переключатели 149, 150 и соответствующее устройство для управления работой этих переключателей образуют второй инвертор, относящийся к интерфейсу 143. Во время работы инверторов их переключатели периодически включаются и выключаются, создавая в интерфейсе 142, 143, т.е. на конце одного из участков 137, 138, 139, требуемый переменный ток. Таким образом, соединение, например соединение 135а, для соединения линии 141 питания постоянным током с фазной линией 135 содержит последовательное соединение переключателя 147 и переключателя 148, причем соединяется фазная линия 135а и контактная точка между переключателями 147, 148.
Для целей охлаждения каждый инвертор может быть расположен в отдельной полости, образованной в грунте.
Вместе с тем, в отличие от проводниковой структуры, показанной на фиг.5, проводниковая структура может быть подключена к линии переменного тока, предназначенной для подачи на проводниковую структуру электрической энергии.