СИСТЕМА АВТОНОМНОГО ПИТАНИЯ И ПОДЗАРЯДКИ МОБИЛЬНЫХ УСТРОЙСТВ У ОСТАНОВОК АВТОТРАНСПОРТА
MOBILE DEVICE AUTONOMOUS POWER SUPPLY AND CHARGING SYSTEM AT THE MOTOR TRANSPORT STOPS

Изобретение относится к электроэнергетике и предназначено для автономного электропитания мобильных устройств у остановок автотранспорта, оборудованных «лежачими полицейскими». Конструкция и установка «лежачих полицейских или искусственных неровностей (далее по тексту «ИН») регламентируется общими техническими требованиями и правилами применения по ГОСТ Р 52605-2006. «Технические средства организации дорожного движения. Искусственные неровности». Допустимое возвышение ИН не должно превышать 0,07 м. Допустимы варианты как сплошных, так составных ИН, на некоторых участках которых в местах прохождения автомобильных колес возможно применение электрических преобразователей перемещения автотранспорта для получения электрической энергии.
Известен электрический генератор с возвратно-поступательным перемещением ротора (см. патент RU №2538788 от 24.11.2014 г.), содержащий статорную электромагнитную систему (СЭМС) и ротор с постоянными магнитами, отличающийся тем, что обращенные друг к другу магнитные полюсы ротора и СЭМС выбраны одноименными и обеспечивают силы упругого отталкивания при входном поступательном воздействии. Это устройство имеет ось ротора с воспринимающим силовое воздействие элементом. Между магнитными полюсами ротора и СЭМС действуют силы отталкивания, обеспечивающие возврат ротора в исходное положение после снятия входного воздействия на воспринимающий элемент. При установке этого устройства в предлагаемую систему необходимо его конструктивное совмещение с ИН и дополнение соответствующими составными частями для обеспечения автономного бесперебойного электропитания мобильных устройств и осветительных приборов у остановок автомобильного транспорта, оснащенных ИН.
Технической задачей изобретения является обеспечение бесперебойного автономного электропитания мобильных средств связи и светового оборудования у остановки автотранспорта путем конструктивного совмещения электрических преобразователей возвратно-поступательных перемещений ротора (далее по тексту «ЭП») с соответствующими участками ИН, содержащих несъемные и съемные участки.
Для решения технической задачи съемные участки ИН выполнены двухстворчатыми с осью посередине, под каждым из которых установлены электрические преобразователи (ЭП) возвратно-поступательных перемещений с осями ротора и воспринимающими элементами, контактирующими с осями двухстворчатых ИН, причем усилие возврата осей и участков двухстворчатых ИН в исходное положение обеспечено силами магнитного отталкивания, действующими между ротором и статорной магнитной системой в каждом ЭП. Число ЭП, установленных под каждым двухстворчатым участком ИН, выбирают от одного до пяти, электрические выходы каждого ЭП подключены ко входам введенного в систему сумматора электрической энергии через индивидуальные выпрямители, выходы которых соединены параллельно и подключены к клеммам электрического аккумулятора, а номинальная емкость электрического аккумулятора выбрана по условию: Е≥2⋅n где n - число ЭП, задействованных в системе, а Е-номинальная емкость электрического аккумулятора в ампер-часах. Кроме того, в систему введена и подключена к клеммам электрического аккумулятора панель с розетками для питания потребителей, в систему введен и размещен в антивандальном контейнере приемный блок, внутри которого размещены сумматор электрической энергии с вводами проводов от электрических выходов ЭП, электрический аккумулятор, а панель с розетками для питания потребителей размещена на передней стенке антивандального приемного блока. К тому же оси двухстворчатых участков ИН имеют окончания, выступающие за длину этих участков, которые перемещаются по вертикали во введенных в систему вертикальных пазах несъемных участков ИН, нижние кромки двухстворчатых участков ИН закруглены и армированы износостойким пластиком (например, тефлоном), а в качестве материала двухстворчатых участков ИН использован легкий сплав, например Д16т, причем перемещение осей двухстворчатых участков ИН по вертикали выбрано в пределах от 20 до 50 мм.
Схема размещения ЭП и съемно-разборных участков ИП на плане автобусной установки показана на фиг. 1, вариант совмещения воспринимающего элемента ЭП с двухстворчатым участком ИН показан на фиг. 2 (вид с торца ИН), на фиг. 3 изображен вид сбоку размещения двух ЭП под двухстворчатым участком ИН, а на фиг. 4 показан вариант реализации приемного блока для системы в составе восьми ЭП.
Показанная на фиг. 1 проезжая часть автобусной установки ограничена левым 1 и правым 2 бордюрами и имеет разделительную полосу 3, справа от которой размещены несъемные участки 4-6 первой ИН и несъемные участки 7-9 второй ИН. В местах проезда колес автотранспорта на ИН размещены двухстворчатые участки 10 и 11 первой ИН и двухстворчатые участки 12 и 13 второй ИН. Под двухстворчатыми участками ИН размещены ЭП 14-21, электрические выходы 22-29 которых подключены к сумматору 30 электрической энергии. Воспринимающие элементы ЭП взаимодействуют с осями 31-34 двухстворчатых участков 10-13 ИН, обеспечивающими возвратно-поступательное перемещение воспринимающих элементов ЭП при движении автотранспорта через ИН. К электрическим выводам 35 и 36 сумматора 30 подключены клеммы 37 и 38 электрического аккумулятора 39, к которым подключена панель 40 с розетками для питания мобильных устройств связи и осветительных приборов автобусной остановки. При воздействии колесами автотранспорта на двухстворчатые участки 10-13 ИН происходят возвратно-поступательные перемещения воспринимающих элементов ЭП. Эти перемещения преобразуются в импульсы электрической энергии и поступают на входы сумматора 30. С выходов 35 и 36 сумматора 30 электрическая энергия подается на клеммы 37 и 38 и накапливается в электрическом аккумуляторе 39. С клемм 38 и 39 электрическое напряжение от аккумулятора подается на панель 40 с розетками для подключения и питания потребителей через соответствующие розетки этой панели.
На верхней части вида с торца двухстворчатого участка ИН и размещенного под ним ЭП на фиг. 2 показан момент, предшествующий накату автошины 41 на двухстворчатый участок 42 ИН, а на нижней части фиг. 2 показано положение в момент наката автошины 41 на ось 43 двухстворчатого участка 42 ИН, который опирается на профили 44 и 45, жестко закрепленные в асфальтовое покрытие дороги и присоединенные к участкам 4-9 ИН (см. фиг. 1). Под профилями 44 и 45 в желобе 46 размещен ЭП 47 с осью 48 и воспринимающим элементом 49 ротора ЭП, который поджат к оси 43 двухстворчатого ИН силами отталкивания магнитных полюсов ротора и СЭМС ЭП.
На фиг. 3 показан вид сбоку на расположение двух ЭП 47 относительно двухстворчатого участка- ИН 42 в момент наката автошины 41 на ось 43 двухстворчатого участка ИН. При скатывании автошины 41 с двухстворчатого участка ИН 42 ось 43 возвращается в верхнее положение за счет сил взаимного отталкивания магнитных полюсов ротора и СЭМС ЭП. Сила выталкивания оси 43 воспринимающими элементами близка к 500 Ньютон в верхнем положении оси 43 и превышает 900 Ньютон в момент наката автошины 41 на ось 43. С учетом массы двухстворчатого участка ИН обеспечена достаточная подъемная сила, воздействующая на ось 43 в любом положении двухстворчатого участка ИН 42. При возвратно-поступательном перемещении удаленные от оси 43 участки 42 двухстворчатой ИН скользят по горизонтальным поверхностям профилей 44 и 45 (см. фиг. 3) без использования в конструкции дополнительных механических элементов. Целесообразно выполнить оси 43 удлиненными, с выступающими за пределы участков 42, а на прилегающих несъемных участках ИН предусмотреть вертикальные направляющие пазы для обеспечения вертикального перемещения осей 43 по этим пазам. Для улучшения скольжения по горизонтальным поверхностям профилей 44 и 45 (см. фиг. 3) нижние кромки двухстворчатых участков 42 необходимо закруглить и армировать износостойким пластиком (например, тефлоном). Для увеличения результирующей подъемной силы от элементов 48 и 49 на ось 43 целесообразно использовать в качестве материала двухстворчатых участков 42 легкий сплав, например Д16т. Перемещение осей 43 двухстворчатых участков ИН по вертикали целесообразно выбирать в пределах от 20 до 50 мм с учетом ограничения максимальной высоты ИН в 70 мм.
1
m
На фиг. 4 показан вариант реализации приемного блока для системы в составе восьми ЭП, размещаемого на остановке автотранспорта. Энергетический сумматор 30 содержит выпрямители 50-57, выходы которых соединены параллельно и подключены проводниками 34 и 35 к клеммам 37 и 38 электрического аккумулятора 39. Для антивандальной защиты все элементы электрической части приемного блока размещены внутри металлического контейнера, а панель 40 с розетками X-X жестко прикреплена к лицевой панели контейнера. Число розеток на панели 40 зависит от вариантов электрических разъемов для питания мобильных устройств потребителей. Наличие выпрямителей 50-57 на входах энергетического сумматора 30 позволяет подключать любые ЭП без соблюдения полярности их присоединения и обеспечивает независимую друг от друга электрическую развязку входов 22-29. При прохождении через оснащенных восемью ЭП «лежачих полицейских» в предложенной системе гарантировано формирование импульсов подпитки электрического аккумулятора 39 энергией от 16 возвратно-поступательных перемещений ЭП от каждого автомобиля или автобуса, проследовавшего через систему. Как следствие, гарантирована подзарядка электрического аккумулятора 39 значительной емкости даже при невысокой интенсивности движения автотранспорта через систему. Для предотвращения перезаряда электрического аккумулятора его номинальную емкость необходимо выбирать по условию: Е≥2⋅n, где n - число ЭП, задействованных в системе, а Е - номинальная емкость электрического аккумулятора в ампер-часах. Число ЭП, установленных под осью каждого двухстворчатого участка ИН, может быть выбрано в зависимости от интенсивности движения на остановке и требуемого энергопотребления мобильных устройств от одного до пяти. Преимуществами предложенной системы являются простота конструкции, возврат двухстворчатых участков ИН в исходное состояние силами магнитного отталкивания между полюсами ротора и СЭМС ЭП, а также обеспечение автономного электропитания потребителей и высокая энергетическая эффективность.