Электромагнитный рельсовый привод с рельсовыми полюсами
ELECTROMAGNETIC RAIL DRIVE WITH RAIL POLES

Изобретение относится к электрическим тяговым системам транспортных средств с питанием от статических преобразователей.
Аналогом заявляемого изобретения является известное транспортное средство (см. Авторское свидетельство СССР №895747, МПК B60L 13/00, от 01.08.1979) с линейным асинхронным двигателем, содержащее неподвижно установленные на пути индукторы, разделенные на блок-участки, устройство их питания и вторичный элемент двигателя, укрепленный на тележке, Каждый из индукторов снабжен по крайней мере одним датчиком управления. В аналоге с целью уменьшения потерь энергии тележка снабжена по крайней мере одним расположенным симметрично относительно поперечной оси вторичного элемента взаимодействующим с датчиком управления управляющим шунтом, длина которого меньше длины вторичного элемента на длину индуктора, а датчики управления установлены по поперечным осям индукторов. Недостатком такого технического решения является низкая надежность управления движением тележки, так как для регулирования скорости и точной остановки в заданном месте подвижного транспортного средства необходимо использовать дополнительные фрикционные тормозные устройства.
Прототипом может служить известное устройство для управления линейным электроприводом транспортного средства (см. Авторское свидетельство СССР №1449387, МПК B60L 13/02, от 21.04.1987), содержащее регулятор скорости, с которым через троллеи связан индуктор линейного электродвигателя, и датчики положения индуктора, выходы которых соединены с управляющими входами регулятора скорости, отличающееся тем, что, с целью повышения эффективности торможения путем уменьшения тормозного пути, оно снабжено расположенным на транспортном средстве по меньшей мере одним тормозным рельсовым электромагнитом, источниками питания тормозного электромагнита, шунтирующим и разделительным диодами и дополнительным троллеем, разделенным изоляционной вставкой на секции, к одной из которых и одному из троллей подключен один из источников питания тормозного рельсового электромагнита, а другой секции через разделительный диод и к тому же силовому троллею - другой источник питания тормозного рельсового электромагнита, причем параллельно изоляционной вставке включен шунтирующий диод. Как и в аналоге, недостатком такого технического решения является низкая надежность управления движением тележки, так как для регулирования скорости и точной остановки в заданном месте подвижного транспортного средства необходимо использовать дополнительные фрикционные тормозные устройства.
Целью изобретения является повышение надежности и эффективности электромагнитного рельсового привода.
Поставленная цель достигается повышением точности позиционирования электромагнитов относительно рельса, а также отсутствием нагрева рельса, при создании силы взаимодействия между электромагнитом и рельсом.
Для этого электромагнитный рельсовый привод с рельсовыми полюсами содержит электромагниты, прикрепленные к тележке, и коммутационные устройства, коммутирующих электромагнитные обмотки. На рельсах железнодорожной колеи выполнены рельсовые полюса, аналогичные полюсам электромагнита. Рядом с полюсом электромагнита расположены датчики положения рельсового полюса, подключенные своими выходами к входам управляющего устройства. Выходы управляющего устройства подключены к входам коммутационных устройств, которые подключают электромагнитные обмотки к источнику электропитания. К другому входу управляющего устройства подключен выход устройства регулирования тяговой силы и торможения. Рядом с электромагнитом прикреплен к тележке фиксатор, содержащий штифт.
Прилагаемые чертежи изображают:
фиг. 1 - вид сверху рельсов с рельсовыми полюсами и шпал;
фиг. 2 - вид спереди рельсов со шпал электромагнитов;
фиг. 3 - вид рельса сбоку со стороны рельсовых полюсов;
фиг. 4 - вид электромагнита спереди;
фиг. 5 - вид электромагнита сбоку;
фиг. 6 - разрез А-А на фиг. 4 электромагнита;
фиг. 7 - вид сбоку электромагнитов и рельса с рельсовыми полюсами;
фиг. 8 - электрическая схема.
Перечень элементов на прилагаемых чертежах:
1 - рельс;
2 - шпала;
3 - подошва рельса;
4 - рельсовый полюс;
5 - электромагнитный полюс;
6 - электромагнитная обмотка;
7, 8, 9, 10 - датчики;
11 - управляющее устройство;
12 - регулирующее устройство;
13 - источник электропитания;
14 - фиксатор;
15 - штифт;
16, 17, 18 - электромагниты;
19, 20, 21 - коммутационные устройства.
Электромагнитный рельсовый привод с рельсовыми полюсами состоит из прикрепленных к тележке электромагнитов 16, 17 и 18, каждый из которых содержит электромагнитные полюса 5 и электромагнитную обмотку 6 (см. фиг. 4, фиг. 5 и фиг. 6); управляющего устройства 11, регулирующего устройства 12 и коммутационных устройств 19, 20 и 21. На рельсах 1 железнодорожного пути, прикрепленных к шпалам 2, выполнены рельсовые полюса 4, аналогичные электромагнитным полюсам 5 (см. фиг. 1, фиг. 2 и фиг. 3). Рядом с электромагнитным полюсом 5 расположены датчики 7, 8, 9 и 10 (см. фиг. 5) положения рельсового полюса 4, подключенные своими выходами к входам управляющего устройства 11. Выходы управляющего устройства 11 подключены к входам коммутационных устройств 19, 20 и 21, которые поочередно подключают электромагнитные обмотки 6 электромагнитов 16, 17 и 18 к источнику электропитания 13. К другому входу управляющего устройства 11 подключен выход регулирующего устройства 12 для регулирования тяговой или тормозной силы. Рядом с электромагнитом 16 прикреплен к тележке фиксатор 14, содержащий штифт 15.
На фиг. 1 изображен вид сверху железнодорожного пути, содержащего рельсы 1 с рельсовыми полюсами 4 и шпалы 2.
На фиг. 2 изображен вид спереди железнодорожного пути, содержащего рельсы 1 с рельсовыми полюсами 4, прикрепленные к шпалам 2, и электромагнит 16;
На фиг. 3 изображен вид рельса 1 сбоку со стороны рельсовых полюсов 4;
На фиг. 4 изображен вид спереди электромагнита, содержащего электромагнитные полюса 5 и электромагнитную обмотку 6;
На фиг. 5 изображен вид сбоку электромагнита, содержащего электромагнитные полюса 5 с электромагнитной обмоткой 6 и датчики 7, 8, 9 и 10;
На фиг. 6 изображен разрез А-А на фиг. 4 электромагнита, содержащего электромагнитные полюса 5 с электромагнитной обмоткой 6 и датчики 7, 8, 9 и 10;
На фиг. 7 изображен вид сбоку электромагнитов 16, 17 и 18 и рельса 1 с рельсовыми полюсами 4;
На фиг. 8 изображена электрическая схема электромагнитного рельсового привода с рельсовыми полюсами, содержащая датчики 7, 8, 9 и 10 положения рельсового полюса 4 и регулирующее устройство 12, подключенные своими выходами к входам управляющего устройства 11, подключенного своими выходами к входам коммутационных устройств 16, 17 и 18, подключающих источник электропитания 13 к электромагнитным обмоткам 6 электромагнитов 16, 17 и 18.
Электромагнитный рельсовый привод с рельсовыми полюсами работает следующим образом. При необходимости движения железнодорожного транспортного средства электропривод работает в режиме двигателя, создавая тяговую силу посредством взаимодействия поочередно коммутируемых электромагнитов 16, 17 и 18 с рельсами 1.
При исходном положении электромагнитов 16, 17 и 18 (см. фиг. 7) относительно рельсовых полюсов 4 рельса 1 на вход управляющего устройства 11 (см. фиг. 8) с выхода регулирующего устройства 12 подается сигнал, устанавливающий направление и величину скорости движения тележки.
С выхода управляющего устройства 11 на вход коммутационного устройства 20 подается сигнал, по которому коммутационное устройство 20 подключает к источнику электропитания 13 электромагнитную обмотку 6 электромагнита 17. Магнитное поле электромагнита 17 создает тяговую силу, под действием которой электромагнитные полюса 5 электромагнита 17 взаимодействуют с ближайшими к ним рельсовыми полюсами 4. Под действием тяговой силы электромагнитные полюса 5 электромагнита 17 располагаются напротив рельсовых полюсов 4, перемещая тележку в направлении, обозначенном на фиг. 7 штрихпунктирной стрелкой. Далее, согласно алгоритму работы электромагнитного рельсового привода с рельсовыми полюсами, с выхода управляющего устройства 11 на вход коммутационного устройства 21 подается сигнал, по которому коммутационное устройство 21 подключает к источнику электропитания 13 электромагнитную обмотку 6 электромагнита 18. При этом с выхода управляющего устройства 11 на вход коммутационного устройства 20 перестает подаваться сигнал и коммутационное устройство 20 отключает от источника электропитания 13 электромагнитную обмотку 6 электромагнита 17. Магнитное поле электромагнита 18 создает тяговую силу, под действием которой электромагнитные полюса 5 электромагнита 18 взаимодействуют с ближайшими рельсовыми полюсами 4. Под действием тяговой силы электромагнитные полюса 5 электромагнита 18 располагаются напротив рельсовых полюсов 4, перемещая тележку в направлении, обозначенном на фиг. 7 штрихпунктирной стрелкой.
Далее, согласно алгоритму работы электромагнитного рельсового привода с рельсовыми полюсами, с выхода управляющего устройства 11 на вход коммутационного устройства 19 подается сигнал, по которому коммутационное устройство 19 подключает к источнику электропитания 13 обмотку 6 электромагнита 16. При этом с выхода управляющего устройства 11 на вход коммутационного устройства 21 перестает подаваться сигнал и коммутационное устройство 21 отключает от источника электропитания 13 электромагнитную обмотку 6 электромагнита 18. Магнитное поле электромагнита 16 создает тяговую силу, под действием которой его электромагнитные полюса 5 взаимодействуют с ближайшими рельсовыми полюсами 4. Под действием тяговой силы электромагнитные полюса 5 электромагнита 16 располагаются напротив рельсовых полюсов 4, как изображено на фиг. 7, перемещая тележку в направлении, обозначенном штрихпунктирной стрелкой. После этого, согласно алгоритму работы электромагнитного рельсового привода с рельсовыми полюсами, вышеописанный цикл работы повторяется.
Движение в направлении, противоположном обозначенному штрихпунктирной стрелкой на фиг. 7, осуществляется путем поочередного последовательного подключения к источнику электропитания 13 вначале электромагнита 16, затем электромагнита 18 и далее электромагнита 17. После чего этот цикл повторяется.
Для включения режима торможения электромагнитного рельсового привода с рельсовыми полюсами с выхода регулирующего устройства 12 на вход управляющего устройства 11 подается сигнал, устанавливающий величину тормозной силы, создаваемой магнитным полем электромагнита. При установке величины тормозной силы равной нулю магнитное поле отсутствует и тормозная сила тоже отсутствует.
После задания желаемой величины тормозной силы при движении тележки с прикрепленным к ней электромагнитом в направлении, обозначенном на фиг. 7 штрихпунктирной линией со стрелкой, электромагнитный рельсовый привод с рельсовыми полюсами работает следующим образом. Сразу после прохождения датчиков 7 и 8 над полюсным креплением 4 (см. фиг. 7) с выхода управляющего устройства 11 на вход коммутационного устройства 19 подается сигнал (см. фиг. 8), по которому коммутационное устройство 19 подключает электромагнитную обмотку 6 электромагнита 16 к источнику электропитания 13. Возникает магнитное поле, проходящее от одного электромагнитного полюса 5 электромагнита 16 через воздушный зазор, рельсовый полюс 4, рельс 1, смежный рельсовый полюс 4, воздушный зазор и замыкающееся на другой электромагнитный полюс 5 электромагнита 16. Под действием магнитного поля создается тормозная сила, действующая между рельсовыми полюсами 4 и электромагнитными полюсами 5 электромагнита 16. При движении тележки с прикрепленными к ней электромагнитами далее, преодолевая тормозное усилие, сразу после прохождения датчиков 9 и 10 над рельсовыми полюсами 4 с выхода управляющего устройства 11 на вход коммутационного устройства 19 перестает подаваться сигнал и коммутационное устройство 19 отключает электромагнитную обмотку 6 от источника электропитания 13. Далее цикл работы электромагнитного рельсового привода с рельсовыми полюсами повторяется по вышеописанному алгоритму. И так до полной остановки тележки с прикрепленным к ней электромагнитом 16, когда сразу после прохождения датчиков 7 и 8 над рельсовым полюсом 4 (см. фиг. 7) электромагнитные полюса 5 электромагнита 16 останавливаются напротив рельсовых полюсов 4. После их остановки фиксатор 14 выдвигает штифт 15, препятствующий перемещению тележки относительно рельсовых полюсов 4, цепляясь штифтом 15 за ближний рельсовый полюс 4. После этого электромагнитный рельсовый привод с рельсовыми полюсами может быть обесточен.
При необходимости торможения в процессе движения тележки в направлении, противоположном штрихпунктирной линии со стрелкой (см. фиг. 7), электромагнитный рельсовый привод с рельсовыми полюсами работает следующим образом. После задания желаемой величины тормозной силы при движении тележки с прикрепленным к ней электромагнитом в направлении, противоположном штрихпунктирной линии со стрелкой (см. фиг. 7), сразу после прохождения датчиков 10 и 9 над полюсным креплением 4, с выхода управляющего устройства 11 на вход коммутационного устройства 19 подается сигнал, по которому коммутационное устройство 19 подключает электромагнитную обмотку 6 электромагнита 16 к источнику электропитания 13. Возникает магнитное поле, проходящее от одного электромагнитного полюса 5 электромагнита 16 через воздушный зазор, рельсовый полюс 4, рельс 1, смежный рельсовый полюс 4, воздушный зазор и замыкающееся на другой электромагнитный полюс 5 электромагнита 16. Под действием магнитного поля создается тормозная сила, действующая между рельсовыми полюсами 4 и электромагнитными полюсами 5 электромагнита 16. При движении тележки с прикрепленным к ней электромагнитом 16 далее, преодолевая тормозное усилие, сразу после прохождения датчиков 8 и 7 над рельсовым полюсом 4 с выхода управляющего устройства 11 на вход коммутационного устройства 19 перестает подаваться сигнал и коммутационное устройство 19 отключает электромагнитную обмотку 6 электромагнита 16 от источника электропитания 13. Далее цикл работы электромагнитного рельсового привода с рельсовыми полюсами повторяется по вышеописанному алгоритму до полной остановки движения тележки и фиксации ее относительно рельсового полюса 4.