УСТРОЙСТВО ЭНЕРГОСНАБЖЕНИЯ, УСТРОЙСТВО И СИСТЕМА С ТАКИМ УСТРОЙСТВОМ, А ТАКЖЕ СПОСОБ ДЛЯ ЭНЕРГОСНАБЖЕНИЯ ПО МЕНЬШЕЙ МЕРЕ ОДНОГО ЭЛЕМЕНТА УЧАСТКА ПУТИ, СВЯЗАННОГО С КОЛЕЕЙ ТРАНСПОРТА
POWER SUPPLY UNIT, DEVICE AND SYSTEM WITH SUCH UNIT AND METHOD OF POWER SUPPLY TO LINE PORTION RELATED TO VEHICLE TRACK

В области связанного с колеей транспорта, то есть, например, железных дорог, дорог на магнитной подвеске или направляемых по колее транспортных средств с пневматическими шинами, используется множество элементов участков пути (прогонов). Такие элементы участка пути могут представлять собой, например, датчики колес, счетчики осей, стрелки, сигналы, замки с ключами. В то время как элементы участка пути различаются в зависимости от их типа, а также их соответствующей цели применения, для элементов участка пути связанного с колеей транспорта общим обычно является то, что они для своей работы требуют электрической энергии. На практике это приводит к тому, что, как правило, каждый элемент участка пути посредством электрического проводника снабжается электрической энергией от центрального по отношению к соответствующему участку пути оборудования энергоснабжения. Соответствующее проводное или зависимое от проводов предоставление требуемой для работы участка пути электрической энергии имеет, однако, недостаток, заключающийся в том, что оно, ввиду требуемой прокладки кабелей в области рельса, связано с высокими расходами и затратами.
В основе настоящего изобретения лежит задача предложить устройство энергоснабжения для по меньшей мере одного элемента участка пути связанного с колеей транспорта, которое может быть сравнительно просто реализовано и к тому же может использоваться разносторонним образом.
Эта задача в соответствии с изобретением решается посредством устройства энергоснабжения для по меньшей мере одного элемента участка пути связанного с колеей транспорта, с приемным устройством на стороне участка пути для приема энергии, активно передаваемой посредством электромагнитной индукции передающим устройством связанного с колеей транспортного средства, а также с устройством накопления энергии на стороне участка пути для по меньшей мере частичного накопления энергии, принятой приемным устройством на стороне участка пути, и для снабжения, развязанного (независимого) по времени от передачи энергии от передающего устройства к приемному устройству на стороне участка пути, по меньшей мере одного элемента участка пути электрической энергией.
Соответствующее изобретению устройство энергоснабжения имеет приемное устройство на стороне участка пути для приема энергии, активно передаваемой посредством электромагнитной индукции передающим устройством связанного с колеей транспортного средства. Такая активная передача электрической энергии посредством электромагнитной индукции от передающего устройства связанного с колеей транспортного средства на приемное устройство на стороне участка пути предоставляет преимущество, заключающееся в том, что она как таковая и при суровых условиях эксплуатации связанного с колеей транспорта является испытанной и надежной. Так осуществляется, например, при предупредительных дорожных знаках (радиомаяках) передача энергии от антенны радиомаяка на стороне транспортного средства к радиомаяку с помощью электромагнитной индукции, то есть посредством излучаемого от антенны радиомаяка магнитного поля. Однако при этом передаваемая энергия служит исключительно для активирования или считывания радиомаяка в момент переезда. Однако накопление передаваемой энергии за пределами момента времени переезда при этом не происходит.
Принципиальное отличие от известной системы, состоящей из радиомаяка и антенны радиомаяка, заключается в том, что соответствующее изобретению устройство энергоснабжения содержит устройство накопления энергии на стороне участка пути. Оно служит для по меньшей мере частичного накопления энергии, принимаемой приемным устройством на стороне участка пути. За счет соответствующего накопления, предпочтительным образом обеспечивается возможность снабжения по меньшей мере одного элемента участка пути электрической энергией независимо по времени относительно процесса от передачи энергии от передающего устройства к приемному устройству на стороне участка пути. Это является предпочтительным, так как тем самым такие элементы участка пути, которые должны снабжаться электрической энергией независимо от проезда мимо связанного с колеей транспортного средства, например, датчики колес или счетчики осей, могут снабжаться электрической энергией для их работы. При этом формулировку типа «с развязкой (независимо) по времени» следует понимать таким образом, что по меньшей мере один элемент участка пути снабжается энергией именно не в течение проезда или движения мимо связанного с колеей транспортного средства. Это, с одной стороны, включает в себя такие случаи, при которых по меньшей мере один элемент участка пути должен снабжаться непрерывно электрической энергией. С другой стороны, также существует возможность, что по меньшей мере один элемент участка пути требует только временно электрическую энергию, причем соответствующие промежутки времени могут быть связаны или не связаны с проездом связанного с колеей транспортного средства. Так, например, возможно, что элемент участка пути активируется для подготовки к проезду мимо него связанного с колеей транспортного средства и с этой целью должен снабжаться электрической энергией из устройства накопления энергии. В качестве альтернативы или дополнительно к этому, в зависимости от соответствующего случая применения, также возникает ситуация, когда элемент участка пути активируется проезжающим мимо связанным с колеей транспортным средством, и после проезда транспортного средства по меньшей мере в течение определенного времени остается в рабочем состоянии и в течение этого времени эксплуатируется с помощью электрической энергии из устройства накопления энергии. При этом активирование соответствующего элемента участка пути осуществляется, например, опосредованно или непосредственно с помощью передающего устройства связанного с колеей транспортного средства.
Соответствующее изобретению устройство энергоснабжения имеет, кроме того, преимущество, состоящее в том, что множество связанных с колеей транспортных средств, особенно рельсовых транспортных средств, уже оснащены соответствующими передающими устройствами, в особенности в форме антенн радиомаяков или антенн еврорадиомаяков. Следовательно, соответствующее изобретению устройство энергоснабжения во многих случаях может быть реализовано только на стороне участка пути, так что изменений на стороне транспортного средства по возможности можно избежать.
Следует отметить, что приемное устройство на стороне участка пути может быть выполнено не только в точечной форме, как в форме антенны, но и, кроме того, в форме линии или плоскостным. Соответствующие формы выполнения имеют преимущество, состоящее в том, что они, ввиду увеличенных времен связи или большей площади отбора мощности между передающим устройство на стороне транспортного средства и приемным устройством на стороне участка пути, обеспечивают возможность передачи большего количества энергии. Кроме того, также возможно, что приемное устройство на стороне участка пути имеет несколько антенн или антенных элементов, которые при необходимости также могут быть размещены пространственно отдельно друг от друга, например, на или в разных рельсах.
Предпочтительным образом, соответствующее изобретению устройство энергоснабжения дополнительно усовершенствовано таким образом, что устройство энергоснабжения выполнено с возможностью независимого от проводников, автономного снабжения по меньшей мере одного элемента участка пути электрической энергией. При этом термины «независимое от проводников» и «автономное» следует понимать таким образом, что электрическое соединение по меньшей мере одного элемента участка пути посредством электрического проводника с центральным оборудованием энергоснабжения не требуется. Вместо этого электрическая энергия, требуемая для работы по меньшей мере одного элемента участка пути, предпочтительно предоставляется децентрализовано от устройства энергоснабжения. Тем самым в связи с планированием, реализацией или техническим обслуживанием снабжения элементов участка пути связанного с колеей транспорта электрической энергией обеспечиваются преимущества касательно расходов и стоимости.
В принципе, устройство накопления энергии на стороне участка пути может быть выполнено любым известным образом. При этом существенным является только то, что полное или по меньшей мере частичное накопление энергии, принимаемой приемным устройством на стороне участка пути во время одного или нескольких проездов связанного с колеей транспортного средства, возможно на протяжении более длительного интервала времени, чтобы обеспечить возможность снабжения по меньшей мере одного элемента участка пути электрической энергией, не связанного с процессом приема энергии от движущегося мимо транспортного средства.
Согласно другой особенно предпочтительной форме выполнения соответствующего изобретению устройства энергоснабжения, устройство накопления энергии на стороне участка пути содержит по меньшей мере один аккумулятор и/или по меньшей мере один конденсатор с двойным слоем. Это является предпочтительным, так как аккумуляторы представляют собой широко распространенные и надежные компоненты для накопления энергии. Кроме того, конденсаторы с двойным слоем, которые также называются суперконденсаторами, особенно ввиду их большой плотности энергии, также становятся все более распространенными. При этом соответствующие конденсаторы с двойным слоем отличаются также высокой надежностью и большим числом возможных циклов заряда.
Приемное устройство на стороне участка пути и устройство накопления энергии на стороне участка пути могут быть выполнены как соответственно отдельные компоненты или как общий компонент.
Согласно другому особенно предпочтительному дальнейшему развитию соответствующего изобретению устройства энергоснабжения, приемное устройство на стороне участка пути и/или устройство накопления энергии на стороне участка пути выполнены как составная часть элемента участка пути или один из элементов участка пути. Это предоставляет преимущество, состоящее в том, что может быть реализована особенно компактная конструктивная форма. Для случая, когда приемное устройство на стороне участка пути выполнено как составная часть элемента участка пути или один из элементов участка пути, это, однако, предусматривает, что соответствующий элемент участка пути расположен на участке пути таким образом, то есть, например, на или в рельсе, что для приемного устройства на стороне участка пути возможен прием энергии, переданной активным образом посредством электромагнитной индукции от передающего устройства связанного с колеей транспортного средства. Так как эта предпосылка во многих случаях не будет иметься, часто могло бы потребоваться или быть рациональным, чтобы по меньшей мере одно приемное устройство на стороне участка пути было выполнено как отдельный от элемента участка пути или элементов участка пути компонент. Предпочтительным образом устройство энергоснабжения при этом, однако, располагается в непосредственной близости, то есть, например, на удалении в несколько метров от снабжаемого энергией элемента участка пути, чтобы по возможности избегать прокладки длинного кабеля между приемным устройством на стороне участка пути и по меньшей мере одним элементом участка пути.
В принципе является возможным, что электрическая энергия, требуемая для работы элемента участка пути или элементов участка пути, предоставляется исключительно в форме энергии, передаваемой или излучаемой передающим устройством и принимаемой приемным устройством на стороне участка пути. Для того чтобы гарантировать надежность устройства энергоснабжения также в исключительных случаях, как, например, в случае длительного запирания участка пути, что делает невозможным прием энергии от проезжающих мимо связанных с колеей транспортных средств, может быть целесообразным, что со стороны устройства энергоснабжения доступным является дополнительный источник питания.
Согласно другой особенно предпочтительной форме выполнения соответствующее изобретению устройство энергоснабжения дополнительно содержит первичный (гальванический) элемент. Это обеспечивает преимущество, заключающееся в том, что особенно в случае помех или длительных нарушений функционирования может гарантироваться дальнейшая работа элемента участка пути или элементов участка пути. При этом устройство энергоснабжения предпочтительным образом имеет управляющее устройство, которое в случае необходимости в зависимости от состояния заряда устройства накопления энергии обеспечивает возможность переключения энергоснабжения на по меньшей мере один первичный элемент. Предпочтительным образом, устройство энергоснабжения в таком случае может передать на центральный управляющий компьютер сообщение о техническом обслуживании или сообщение тревоги. При этом предпочтительным образом отсылка соответствующего сообщения или уведомления осуществляется беспроводным способом, то есть, например, с помощью радиомодуля, который может являться либо компонентом устройства энергоснабжения, либо может быть связан с ним средствами связи.
Предпочтительным образом соответствующее изобретению устройство энергоснабжения может также быть дополнительно усовершенствовано таким образом, что устройство энергоснабжения имеет по меньшей мере один преобразователь энергии для генерации электрической энергии из окружающей среды устройства энергоснабжения. Это предоставляет преимущество, заключающееся в том, что посредством по меньшей мере одного преобразователя энергии дополнительно или альтернативно может предоставляться электрическая энергия для снабжения по меньшей мере одного элемента участка пути. При этом предпочтительным образом по меньшей мере один преобразователь энергии связан с устройством накопления энергии, которое в этом случае служит, таким образом, как для накопления энергии, принимаемой посредством электромагнитной индукции от передающего устройства связанного с колеей транспортного средства, так и для накопления электрической энергии, выработанной преобразователем энергии. Также обеспечение этого преобразователя энергии предоставляет преимущество, состоящее в том, что посредством соответствующего резервированного обеспечения электрической энергии повышается надежность и отказобезопасность устройства энергоснабжения. Это имеет особенно большое значение для энергоснабжения элементов участка пути связанного с колеей транспорта, так как соответствующие элементы участка пути часто выполняют релевантные для безопасности функции и поэтому должны быть надежно защищены от отказа.
В принципе, преобразователь энергии может быть выполнен в любой форме для генерации электрической энергии из окружающей среды или энергии окружающей среды устройства энергоснабжения. При этом соответствующая генерация энергии из среды обычно обозначается как «добыча энергии».
Предпочтительным образом, соответствующее изобретению устройство энергоснабжения может также быть выполнено таким образом, что по меньшей мере один преобразователь энергии выполнен с возможностью генерации электрической энергии из механических колебаний, света, тепла или ветра. Это предоставляет преимущество, заключающееся в том, что соответствующие преобразователи энергии являются доступными на рынке сравнительно экономичным образом. Так преобразователь энергии может, например, генерировать электрическую энергию из механических колебаний, которые создаются проезжающими связанными с колеей транспортными средствами. По сравнению с этим, генерация электрической энергии из света или тепла предоставляет преимущество, заключающееся в том, что соответствующий преобразователь энергии не зависит от проезжающих мимо связанных с колеей транспортных средств. То же самое в принципе справедливо для случая, когда преобразователь энергии выполнен с возможностью генерации электрической энергии из ветра, причем соответствующий ветер также может быть встречным потоком воздуха, обусловленным проезжающим мимо связанным с колеей транспортным средством.
Предложенное изобретение также относится к устройству с соответствующим изобретению устройством энергоснабжения или устройством энергоснабжения согласно описанным выше предпочтительным вариантам осуществления соответствующего изобретению устройства энергоснабжения, а также с передающим устройством связанного с колеей транспортного средства для активной передачи энергии посредством электромагнитной индукции на приемное устройство на стороне участка пути.
Согласно особенно предпочтительному варианту осуществления соответствующего изобретению устройства, передающее устройство представляет собой антенну радиомаяка. Выполнение передающего устройства как антенны радиомаяка, в частности, как антенны еврорадиомаяка, предоставляет преимущество, заключающееся в том, что связанные с колеей транспортные средства в форме рельсовых транспортных средств, как правило, уже имеют соответствующие радиоантенны маяков, так что устройство энергоснабжения для своего функционирования или своей работы предпочтительным образом не требует изменений или расширений связанных с колеей транспортных средств, движущихся на участке пути.
Изобретение также включает в себя систему с соответствующим изобретению устройством энергоснабжения или устройством энергоснабжения согласно одному из описанных выше предпочтительных вариантов осуществления соответствующего изобретению устройства энергоснабжения, а также с по меньшей мере одним элементом участка пути.
Предпочтительным образом, соответствующая изобретению система выполнена таким образом, что по меньшей мере один элемент участка пути представляет собой датчик колес, счетчик осей, стрелку, железнодорожный сигнал или замок с ключом.
В отношении способа, в основе изобретения лежит задача предложить способ энергоснабжения по меньшей мере одного элемента участка пути связанного с колеей транспорта, который может быть реализован сравнительно просто и к тому же может использоваться самым различным образом.
Эта задача в соответствии с изобретением решается способом энергоснабжения по меньшей мере одного элемента участка пути связанного с колеей транспорта, причем от передающего устройства связанного с колеей транспортного средства посредством электромагнитной индукции активно передается энергия на приемное устройство на стороне участка пути, принятая приемным устройством на стороне участка пути энергия по меньшей мере частично накапливается в устройстве накопления энергии на стороне участка пути, и по меньшей мере один элемент участка пути снабжается электрической энергией от устройства накопления энергии на стороне участка пути независимо по времени относительно передачи энергии от передающего устройства на приемное устройство на стороне участка пути.
Преимущества соответствующего изобретению способа соответствуют по существу преимуществам, уже описанным в связи с соответствующим изобретению устройством энергоснабжения, так что в этой связи можно сослаться на соответствующие приведенные выше выводы.
Далее изобретение поясняется более подробно на примере выполнения, иллюстрируемом чертежом, на котором показана в схематичном представлении компоновка с примером выполнения соответствующего изобретению устройства энергоснабжения.
На чертеже можно видеть связанное с колеей транспортное средство 200 в форме рельсового транспортного средства, которое движется вдоль участка пути или рельса 300. Вдоль участка пути размещены элементы 100 и 110 участка пути, которые представляет собой, соответственно, например, датчики колес, счетчики осей, стрелки, железнодорожные сигналы или замки с ключом.
Для снабжения элементов 100 и 110 участка пути электрической энергией на стороне участка пути предусмотрено устройство 10 энергоснабжения. Оно включает в себя приемное устройство 20 на стороне участка пути для приема энергии, переданной активным образом посредством электромагнитной индукции от передающего устройства 210 связанного с колеей транспортного средства 200. При этом соответствующая передача энергии на чертеже обозначена стрелкой, обозначенной ссылочной позицией 70.
С приемным устройством 20 на стороне участка пути электрически связано устройство 30 накопления энергии на стороне участка пути, которое служит для по меньшей мере частичного накопления энергии, принятой приемным устройством 20 на стороне участка пути, а также для снабжения по меньшей мере одного элемента 100 и 110 участка пути электрической энергией независимо по времени от приема энергии приемным устройством 20 на стороне участка пути. Таким образом, это позволяет снабжать электрической энергией устройство 10 накопления на стороне участка пути, элементы 100 и 110 участка пути также в такое время, когда никакое связанное с колеей транспортное средство 200 не проезжает мимо приемного устройства 20 на стороне участка пути, и, таким образом, не происходит передачи энергии от связанного с колеей транспортного средства 200 к приемному устройству 20 на стороне участка пути или к устройству 30 накопления на стороне участка пути. Это является предпочтительным, так как тем самым энергоснабжение также может осуществляться для таких элементов 100 и 110 участка пути, для которых требуется непрерывное или по меньшей мере независимое от проходящего мимо транспортного средства 200 функционирование.
Устройство 10 энергоснабжения предпочтительно выполнено с возможностью независимого от проводников автономного снабжения элементов 100 и 110 участка пути электрической энергией. Это означает, что не требуется дополнительный проводной или кабельный подвод электрической энергии к элементам 100 и 110 участка пути. Вместо этого снабжение элементов 100 и 110 участка пути электрической энергией осуществляется исключительно через устройство 10 энергоснабжения.
Устройство 30 накопления энергии на стороне участка пути может, например, быть выполнено таким образом, что оно содержит по меньшей мере один аккумулятор или также по меньшей мере один конденсатор с двойным слоем. Тем самым обеспечивается надежное и продолжительное накопление энергии.
В рамках описанного примера выполнения устройство 10 энергоснабжения дополнительно содержит первичный (гальванический) элемент 40 или компоновку соответствующих первичных элементов. При этом первичный элемент 40 служит в качестве уровня спада для случая, когда устройство 30 накопления на стороне участка пути не может обеспечить достаточно энергии для снабжения элементов 100 и 110 участка пути. Соответствующая ситуация могла бы возникнуть, например, в том случае, если ввиду продолжительного запирания участка пути никакие транспортные средства не движутся на участке 300 пути и тем самым со стороны приемного устройства 20 на стороне участка пути в течение соответствующего интервала времени не может приниматься никакая энергия от передающих устройств 210 проезжающих мимо транспортных средств 200. Чтобы и в таких ситуациях гарантировать дальнейшую работу элементов 100 и 110 участка пути, с помощью переключателя 50 можно переключить энергоснабжение элементов 100 и 110 участка пути от питания посредством устройства 30 накопления энергии на стороне участка пути на энергоснабжение посредством первичного элемента 40. При этом соответствующий процесс переключения может, например, инициироваться в зависимости от состояния заряда устройства 30 накопления энергии на стороне участка пути с помощью управляющего устройства, не показанного на чертеже по причинам его наглядности.
Дополнительно или в качестве альтернативы первичному элементу 40, устройство 10 энергоснабжения может также содержать преобразователь 60 энергии для генерации электрической энергии из окружающей среды или энергии окружающей среды устройства 10 энергоснабжения. При этом преобразователь 60 энергии может вырабатывать электрическую энергию, например, из механических колебаний, света, тепла или ветра и подавать ее на устройство 30 накопления энергии на стороне участка пути. Также посредством соответствующего преобразователя 60 энергии можно, таким образом, дополнительно повысить отказобезопасность устройства 10 энергоснабжения.
Передающее устройство 210 связанного с колеей транспортного средства 200 может представлять собой предпочтительным образом радиоантенну маяка, например, в форме антенны еврорадиомаяка. Это обеспечивает преимущество, состоящее в том, что соответствующие антенны уже имеются на связанных с колеей транспортных средствах 200 в форме рельсовых транспортных средств. В то время как антенны радиомаяков до сих пор применялись только для считывания расположенных в рельсе маяков, а также для предоставления требуемой для считывания энергии, устройство 10 энергоснабжения предпочтительным образом позволяет, независимо по времени от передачи и накопления энергии, предоставлять ее в форме электрической энергии элементам 100 и 110 участка пути, которые могут представлять собой элементы участка пути любого вида.
Следует отметить, что элементы 100 и 110 участка пути предпочтительным образом не только являются независимыми в отношении энергоснабжения от прокладки кабелей к центральному оборудованию энергоснабжения, но и, кроме того, предпочтительно также выполнены с возможностью беспроводной связи с центральными управляющими устройствами, например, в форме управляющих компьютеров поста централизации. Это обеспечивает преимущество, заключающееся в том, что не только в отношении энергоснабжения, но и, кроме того, также в отношении линий передачи данных или коммуникации можно отказаться от кабельного или проводного соединения элементов 100 и 110 участка пути с центральными компонентами энергоснабжения или управления.
В соответствии с приведенными выше выводами, описанное устройство 10 энергоснабжения предоставляет, в частности, преимущество, заключающееся в том, что оно позволяет для любых типов элементов 100 и 110 участка пути отказаться от прокладки кабелей к центральному оборудованию энергоснабжения, размещенному удаленно от места расположения соответствующих элементов 100, 110 участка пути. За счет этого на практике для планирования и эксплуатации систем связанного с колеей транспорта получаются значительные преимущества в отношении гибкости при обеспечении элементов участков пути, а также в отношении расходов и затрат, возникающих в этой связи.