СИСТЕМА ПОДАЧИ ЭЛЕКТРОПИТАНИЯ НА УРОВНЕ ГРУНТА ДЛЯ НЕНАПРАВЛЯЕМОГО ТРАНСПОРТНОГО СРЕДСТВА
GROUND LEVEL POWER SUPPLY SYSTEM FOR UNGUIDED VEHICLE

Изобретение относится к области систем подачи электропитания на уровне грунта для ненаправляемых электрических транспортных средств.
Транспортные средства с электрической тягой рассматриваются в качестве альтернативы транспортным средствам с тепловыми движительными установками, чтобы уменьшить выделение газов с парниковым эффектом.
Электрическое транспортное средство содержит перезаряжаемый источник электрической энергии, такой как аккумуляторная батарея, и электрический двигатель, который получает питание от источника и создаёт возможность приводить в движение транспортное средство.
Для ненаправляемых транспортных средств (т.е. грузовиков, автофургонов, личных автомобилей и т.д.) известен способ перезаряжать аккумуляторную батарею транспортного средства, когда оно останавливается, за счёт присоединения батареи к зарядному входу, используя электрический кабель.
Также предлагается подзаряжать батарею ненаправляемого электрического транспортного средства во время его перемещения. Для этой цели рассматриваются два типа систем: индукционные системы подачи электропитания и токопроводящие системы подачи электропитания.
Среди токопроводящих систем подачи электропитания документ WO 2010 140964 раскрывает проезжую часть дороги, поверхность которой обеспечивается двумя канавками, параллельными друг другу и параллельными направлению проезжей части дороги. Внутри каждой канавки обеспечиваются один или более токопроводящих рельсов для подачи электропитания. Край каждой канавки обеспечивается токопроводящим рельсом, который электрически соединен с землёй.
Для того чтобы получить электропитание из системы подачи электропитания на уровне грунта, ненаправляемое электрическое транспортное средство обеспечивается одиночным электродом, конец которого может проходить в канавки проезжей части дороги, чтобы таким образом входить в электрический контакт с токопроводящими рельсами для подачи электропитания. Когда рельсы для подачи электропитания, соответственно, приводятся к надлежащим потенциалам, электрическая энергия передаётся к аккумуляторной батарее транспортного средства или по выбору, непосредственно к его электрическому двигателю.
Однако такие канавки являются источником выходных отверстий для передачи движения.
Возникает риск, что узкое колесо может стать заклиненным внутри такой канавки. В частности, такой случай застревания колеса может произойти для колёс велосипеда.
Кроме того, существуют значительные потери сцепления, когда шина транспортного средства проходит над частью проезжей части дороги, где выходят канавки.
И последнее, края этих канавок вызывают ускоренный износ шин.
Кроме того, тот факт, что канавки являются открытыми, приводит к тому, что дождевая вода скапливается в этих канавках.
В связи с этим возникают проблемы электрических контактов для токопроводящих рельсов.
Это также приводит к ускоренной коррозии токопроводящих рельсов. Рельсы также могут начать покрываться слоем ржавчины, который препятствует контакту с концом одиночного электрода для получения электропитания.
Задачей изобретения является предложение системы подачи электропитания на уровне грунта для ненаправляемых электрических транспортных средств.
Задача решена посредством настоящего изобретения, относящегося к системе подачи электропитания на уровне грунта для ненаправляемых электрических транспортных средств такого типа, который использует электрическую проводимость, характеризующуюся тем, что она содержит:
- пару дорожек подачи электропитания, содержащих так называемую токонесущую проводящую дорожку, спроектированную таким образом, чтобы электрически присоединяться к источнику напряжения, и так называемую нейтральную проводящую дорожку для возвращения тока, спроектированную таким образом, чтобы электрически присоединяться к опорному потенциалу, при этом нейтральная проводящая дорожка проходит параллельно токонесущей проводящей дорожке на первой её стороне; и
- защитную проводящую дорожку, спроектированную таким образом, чтобы она присоединялась к потенциалу земли, при этом защитная проводящая дорожка проходит параллельно токонесущей проводящей дорожке на второй её стороне, противоположно первой стороне.
Вышеуказанная система проектировалась чтобы устанавливаться в проезжей части дороги таким образом, что токонесущая, нейтральная и защитная проводящие дорожки находились на одном уровне с поверхностью проезжей части дороги.
В соответствии со специфическими вариантами осуществления изобретения, система включает в себя один или более следующих признаков, рассматриваемых в единственном числе или в соответствии со всеми технически возможными комбинациями:
- защитная проводящая дорожка электрически присоединяться к проводу, спроектированному таким образом, чтобы он был утопленным в проезжей части дороги, чтобы разместить вышеуказанную защитную проводящую дорожку в потенциале земли;
- токонесущая проводящая дорожка выполняется из множества продолговатых сегментов, расположенных конец к концу, при этом они электрически изолированы между собой;
- каждый сегмент электрически присоединяется к источнику (35) электропитания с помощью управляемого переключателя;
- защитная токопроводящая дорожка составлена из верхней поверхности профиля (14), который герметизируется в проезжей части дороги;
- нейтральная проводящая дорожка составлена из множества продолговатых сегментов, позиционируемых конец к концу и электрически присоединённых к опорному потенциалу Vref;
- токонесущая, нейтральная и защитная проводящие дорожки поддерживаются на сборочном узле поддержки, спроектированном таким образом, чтобы он был встроен в проезжей части дороги ниже её поверхности;
- защитная проводящая дорожка находится на расстоянии от токонесущей проводящей дорожки между 5 и 50 см, предпочтительно, между 10 и 30 см, в частности, равно 15 см;
- ширина защитной проводящей дорожки составляет от 1 до 20 см, предпочтительно, между 2,5 и 15 см, в частности, равна 4 см;
- защитная проводящая дорожка находится на уровне поверхности проезжей части дороги;
- токонесущая и нейтральная проводящие дорожки находятся на уровне, который на величину от 0 до 5 мм выше уровня поверхности проезжей части дороги, в частности, на 2 мм выше поверхности проезжей части дороги;
- система спроектированном таким образом, чтобы подавать питание к ненаправляемому электрическому транспортному средству, оборудованному средствами для получения тока, способными снимать ток во время перемещения транспортного средства на проезжей части дороги, которые должны быть размещены таким образом, чтобы одновременно находиться в скользящем контакте на двух проводящих дорожках: на токонесущей и нейтральной дорожках.
Изобретение поясняется посредством последующего описания одного частного варианта осуществления изобретения, представленного исключительно в качестве иллюстрации и неограничивающего примера со ссылками на прилагаемые чертежи, на которых представлено следующее:
фиг. 1 – вид сзади, схематически показывающий ненаправляемое электрическое транспортное средство, перемещающееся на проезжей части дороги, оборудованной системой подачи электропитания на уровне грунта, в соответствии с изобретением;
фиг. 2 – вид сверху транспортного средства, показанного на фиг. 1;
фиг. 3 – вид в разрезе системы подачи электропитания на уровне грунта, показанной на фиг. 1 и 2, готовой для установки в проезжую части дороги;
фиг. 4 – схематическая иллюстрация электрической операции системы подачи электропитания на уровне грунта, в соответствии с изобретением.
Основываясь на опыте в области систем подачи электропитания на уровне грунта такого типа, которые используют электрическую проводимость для управляемых электрических транспортных средств, т.е. транспортных средств, принуждаемых перемещаться вдоль дорожек (в частности, трамваи, перемещающиеся вдоль железнодорожных путей), заявитель разработал эту систему подачи электропитания на уровне грунта для ненаправляемых электрических транспортных средств.
На фиг. 1 и 2 показан автомобиль 1 в качестве ненаправляемого электрического транспортного средства, перемещающийся на проезжей части 2 дороги.
Опорный трёхгранник XYZ традиционно ассоциируется с автомобилем 1: ось Х проходит в продольном направлении, ориентированном вперёд, на лицевую сторону; ось Y проходит в поперечном направлении, ориентированном слева направо; и ось Z проходит в вертикальном направлении, ориентированном снизу вверх.
Автомобиль 1 содержит корпус 4 и колёса 3, некоторые из которых являются приводными колёсами. Автомобиль 1 содержит средства управления направлением перемещения (не показаны), позволяющие водителю изменять угол приводных колёс в плоскости XY, для того чтобы управлять направлением перемещения транспортного средства 1.
Автомобиль 1 содержит перезаряжаемую батарею и электрический двигатель (не показан).
Автомобиль 1 оборудуется средствами захвата, дающими возможность снимать электропитание во время перемещения автомобиля 1. Средства захвата в целом обозначаются ссылочной позицией 5.
Средства 5 захвата содержат контактную площадку, которая может помещаться со скользящим контактом на пару дорожек подачи электропитания системы подачи электропитания на уровне грунта, и которая сейчас будет описываться.
Проезжая часть 2 дороги содержит углубление 6, внутри которого позиционируется система подачи электропитания на уровне грунта, которая в целом обозначается ссылочной позицией 10.
Как только система 10 позиционируется в углублении 6, последнее заполняется бетоном 7, для того чтобы верхняя поверхность 8 проезжей части 2 дороги была непрерывной по всей её ширине. Верхняя поверхность 8 является по существу плоской.
В положении, которое имеет система 10, находятся на одном уровне с поверхностью 8 проезжей части 2 дороги:
- токонесущая проводящая дорожка 11, спроектированная таким образом, чтобы электрически присоединяться к источнику электропитания, например, подающему потенциал Vs, составляющий +750В постоянного тока;
- нейтральная проводящая дорожка 12, спроектированная таким образом, чтобы электрически присоединяться к опорному потенциалу Vref , например, составляющему 0 вольт;
- защитная проводящая дорожка 13, спроектированная таким образом, чтобы электрически присоединяться к потенциалу Vearth земли.
Токонесущая проводящая дорожка 11 выполнена из множества сегментов (11.i на фиг. 4), которые в рассматриваемом в настоящее время варианте осуществления изобретения каждый имеют ширину в 10 см и длину в 20 м.
Сегменты позиционируются конец к концу, чтобы составлять токонесущую проводящую дорожку 11.
Сегменты электрически изолируются друг от друга.
Предпочтительно, нейтральная проводящая дорожка 12 изготавливается с использованием сегментов, идентичных тем, которые используются для токонесущей проводящей дорожки 11. Таким образом, дорожка 12 составлена из множества сегментов (12.i на фиг. 4), имеющих ширину приблизительно 10 см и длину приблизительно 20 м. Однако для этих сегментов нейтральной проводящей дорожки нет необходимости обеспечивать электрическую изоляцию между собой.
Нейтральная проводящая дорожка 12 проходит параллельно токонесущей проводящей дорожке 11 на первой её стороне. Боковой край токонесущей проводящей дорожки 11 и боковой край нейтральной проводящей дорожки 12, которые пересекаются друг с другом, разделяются между собой на первое расстояние, равное приблизительно 15 см.
Защитная проводящая дорожка 13 формируется с помощью верхней поверхности профиля 14, герметизируемого в бетон 7, заполняющий углубление 6.
В предпочтительном в настоящее время варианте осуществления изобретения профиль 14 имеет секцию I-образной формы, центральная часть которой позиционируется по существу вертикально.
Функция защитной проводящей дорожки 13 состоит в том, чтобы составлять средство для сбора электронов тока утечки, выходящего из токонесущей проводящей дорожки 11.
Для этой цели защитная проводящая дорожка 13 позиционируется параллельно токонесущей проводящей дорожке 11 на второй её боковой стороне. Эта вторая боковая сторона противоположна первой боковой стороне токонесущей проводящей дорожки 11, содержащей нейтральную проводящую дорожку 12.
Токи утечки в направлении первой стороны собираются нейтральной проводящей дорожкой 12. Чтобы собрать ток утечки, вытекающий в направлении второй стороны, защитная проводящая дорожка 13 размещается на второй стороне токонесущей проводящей дорожки 11.
Боковой край токонесущей проводящей дорожки 11 и боковой край защитной проводящей дорожки 13, которые пересекаются друг с другом, разделяются вторым расстоянием, приблизительно составляющим 15 см.
В рассматриваемом варианте осуществления изобретения ширина защитной проводящей дорожки 13 приблизительно составляет 4 см.
С этим специфическим выбором значений для поперечных размеров различных дорожек и с их взаимных разнесением, система 10 подачи электропитания на уровне грунта имеет общую ширину, приблизительно составляющую 54 см. Эта общая ширина выбирается таким образом, чтобы она оставалась ниже, чем межосевое расстояние самого маленького ненаправляемого электрического транспортного средства, которое может перемещаться по проезжей части 2 дороги и использовать систему 10.
Как показано на фиг. 3, чтобы облегчить размещение системы 10, эта система содержит сборочный узел поддержки для различных дорожек.
Сборочный узел поддержки содержит основание 20, имеющее главную часть 21, которая по существу является плоской, промежуточную часть 22, имеющую форму латинской буквы S, и по существу плоский боковой участок 23.
Главная часть 21 имеет два поддерживающих профиля 25 и 26, идентичных друг другу, и спроектированных таким образом, чтобы служить в качестве изолирующей поддержки, соответственно, для токонесущей проводящей дорожки 11 и нейтральной проводящей дорожки 12. Дорожки механически закрепляются на поддерживающих профилях, но электрически изолируются от последних.
Поддерживающие профили 25 и 26 механически и электрически присоединяются к основанию 20.
Боковая часть 23 основания 20 поддерживает профиль 14.
Разница в уровне между главной частью 21 и боковой частью 23 регулируется с использованием промежуточной части 22, для того чтобы верхняя поверхность профиля 14, определяющая защитную проводящую дорожку 13, находилась на том же уровне, что и верхние поверхности токонесущей 11 и нейтральной 12 проводящих дорожек. Этот уровень спроектирован таким образом, чтобы он располагался немного выше поверхности 8 проезжей части 2 дороги.
Электрический кабель 28, прикреплённый к центральной части профиля 14, спроектирован таким образом, чтобы быть утопленным в проезжей части 2 дороги, предпочтительно за углублением 6, для того чтобы позиционировать защитную проводящую дорожку 13 с потенциалом Vearth земли при электрической непрерывности на сборочном узле поддержки.
Основание 20 обеспечивается множеством соединительных стержней 29, высота которых регулируется, которые могут быть вставлены в нижнюю часть углубления 6, для того чтобы было произведено предварительное позиционирование системы 10 подачи электропитания на уровне грунта таким образом, чтобы уровень дорожек находился на одном уровне с поверхностью 8 проезжей части 2 дороги.
Затем бетон заливается таким образом, чтобы заделывать сборочный узел поддержки. Поддерживающие профили 25 и 26, также как и профиль 14, затем герметизируются в слое бетона 7. Предпочтительно, положение верхней поверхности слоя бетона предусмотрено таким образом, чтобы иметь сцепление, адаптированное к шинам транспортных средств, перемещающихся по проезжей части 2 дороги.
Пара дорожек для подачи электропитания, составленных из токонесущей проводящей дорожки 11 и нейтральной проводящей дорожки 12, а также из защитной проводящей дорожки 13, находятся на одном уровне с поверхностью 8 проезжей части 2 дороги. Если более точно, то хотя защитная проводящая дорожка 13 находится по существу на уровне проезжей части дороги, нейтральная и токонесущая проводящие дорожки слегка выступают выше поверхности 8 проезжей части 2 дороги, например на высоту нескольких миллиметров, в частности, равной 2 мм.
Таким образом, когда на токонесущую проводящую дорожку 11 подаётся высокий потенциал, то какой-либо ток утечки, например, вследствие присутствия лужи или водяной плёнки на поверхности 8 проезжей части дороги, собирается на первой стороне нейтральной проводящей дорожкой 12, а на второй стороне - защитной проводящей дорожкой 13. Это предотвращает передачу высокого потенциала части поверхности проезжей части дороги и прохождение его в поперечном направлении за пределы ширины системы 10 подачи электропитания на уровне грунта. За счёт выбора общей ширины системы 10 подачи электропитания на уровне грунта, которая должна быть меньше, чем межосевое расстояние самого маленького транспортного средства, которому разрешается перемещаться по проезжей части дороги и которое способно использовать систему 10, гарантируется, что если пешеход находится в поперечном направлении на первой или второй стороне сегмента токонесущей проводящей дорожки 11, но прошёл или нейтральную, или защитную проводящую дорожку, этот пешеход не подвергнется удару током, когда на этот сегмент подаётся высокий потенциал.
Как показано на фиг. 4, каждый сегмент 11.i токонесущей проводящей дорожки 11 электрически присоединяется через управляемый переключатель 30 к источнику 35 электрической энергии. Источник 35, например, может подавать напряжение Vs, составляющее 750В постоянного тока. Источник 35 фактически является релейной станцией, способной преобразовывать трёхфазный ток в двухфазный.
Управляемые переключатели 30.i сегментов 11.i токонесущей проводящей дорожки 11 приводятся в действие для переключения, синхронизированного с перемещением автомобиля 1 вдоль проезжей части 2 дороги, для того чтобы сегмент, и по выбору также соседние сегменты, рядом с которым располагается автомобиль 1, присоединялся к источнику 35, чтобы на сегмент подавался потенциал 750 В.
Средства 5 захвата автомобиля 1 одновременно трутся о токонесущую проводящую дорожку 11 и нейтральную проводящую дорожку 12, позволяя подавать электропитание к перезаряжаемой батарее автомобиля 1 и электрическому двигателю.
На сегменты 11.i электропитание поступает последовательно, так что на сегмент или по выбору на два сегмента, в данный момент времени поступает потенциал в 750 В. Таким образом, на часть поверхности проезжей части дороги подаётся потенциал, опасный для пешеходов, но он не проходит в продольном направлении за пределы длины одного сегмента, или максимально двух сегментов. Вот почему длина сегментов выбирается таким образом, чтобы соответствовать по существу расстоянию торможения частного автомобиля, перемещающегося со скоростью 60 км/час.