УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПЕРЕДВИЖЕНИЯ ЭЛЕКТРОТРАНСПОРТНОГО СРЕДСТВА
DEVICE FOR MOVEMENT OF ELECTRIC VEHICLE

Изобретение относится к электрическим автомобилям, а именно к способам и устройствам обеспечения электроэнергией таких автомобилей, и может применяться для игрушечных автомобилей и к транспортным средствам [A63H 18/12, B60L 5/00, B60L 5/04, B60L 5/08, B60L 5/34, B60L 5/42, B60L 9/00, B60L 9/02, B60L 9/04].
Из уровня техники известен ЭЛЕКТРОМОБИЛЬ И ЭЛЕКТРОПРОВОДНОЕ ШОССЕ [RU 94023467 (A), опубликовано: 27.09.1996], состоящее из дорожного покрытия и проложенных вдоль него по каждому ряду движения двух токопроводных полос с расстоянием между ними, равном междуколесному просвету электромобиля, состоящему из элементов токосъема, расположенных на колесах, блока преобразователей тока, задатчика частоты и напряжения и тягового электродвигателя, отличающиеся тем, что движение электромобиля осуществляется при помощи подводимой электроэнергии через токопроводную часть полотна дороги и токосъемные элементы колес электромобиля.
Недостатком аналога является низкая надежность и ремонтопригодность электромобиля, обусловленная применением в качестве токоприемников колес электромобиля, а также низкая свобода движения электромобиля из-за малого пятна контакта колес с дорогой, в которой проложены токопроводные полосы, при съезде с которых электромобиль прекращает свою работу.
Также известен АТТРАКЦИОН [FR 2479698 (A1), опубликовано: 09.10.1981], отличающийся тем, что содержит пол, на котором расположены несколько продолговатых металлических пластин, разнесенных по бокам и проводящих электричество, полосу, не проводящую электричество, заполняющую пространство между соседними и разнесенными по бокам проводящими пластинами каждой пары устройства, соединяющие соседние проводящие пластины с источником переменного тока, автомобили-бамперы, каждая из которых содержит раму, на которой установлены два ведущих колеса, разнесенные в поперечном направлении, вращающиеся в осевом направлении вокруг по существу горизонтальных осей и два поворотных колеса, разнесенные в продольном направлении и вращающиеся в осевом направлении вокруг осей по существу горизонтально и вокруг' реверсивный и регулируемый выход, соединенный с соответствующим ведущим колесом, электродвигатель постоянного тока, установленный на раме и соединенный с входным валом двух трансмиссий, органы управления, идущие от каждой трансмиссии и предназначенные для управления водителем бамперной машинки, и электрический выпрямитель, содержащий входные клеммы, подключенные к датчикам, и выходные клеммы, подключенные к электродвигателю постоянного тока.
Наиболее близким по технической сущности является УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЭЛЕКТРОПИТАНИЯ ЭЛЕКТРИФИЦИРОВАННОГО ТРАНСПОРТНОГО СРЕДСТВА [RU 2048308 (C1), опубликовано: 20.11.1995], содержащее токоподводящие элементы, выполненные в виде расположенных на дорожном покрытии полос, разделенных изолирующими прокладками, токосниматели, установленные с возможностью касания токоподводящих элементов и соединенные с обмоткой электрической машины, отличающееся тем, что токоподводящие элементы проложены зигзагами с границами, описываемыми периодической функцией.
Основной технической проблемой прототипа RU 2048308 (C1) и аналога FR 2479698 (A1) является необходимость одновременной подачи на проводящие электричество металлические полосы пола питания с одной и другой клеммы источника питания, что может привести к короткому замыканию полос между собой. Кроме того, такой способ подвода питания к транспортному средству приводит к низкой эффективности обеспечения движения транспортного средства, так как ни один из токопроводящих элементов транспортного средства не находится в постоянном контакте с токоподводящими элементами.
Задача изобретения состоит в устранении недостатков прототипа.
Технический результат изобретения заключается в обеспечении возможности создания устройства для передвижения электротранспортного средства обеспечивающего бесперебойное электрическое питание электротранспортного средства от токопередающих элементов, расположенных на поверхности движения электротранспортного средства.
Указанный технический результат достигается за счет того, что устройство для передвижения электротранспортного средства, содержащее источник питания, токопередающие элементы, расположенные на дорожном полотне и токоприемники, установленные на электротранспортном средстве с возможностью касания токопередающих элементов и соединенные с обмоткой электродвигателя электротранспортного средства, отличающееся тем, что токопередающие элементы выполнены в виде токопроводящих полос, смонтированных на поверхности дорожного полотна и контактных пружин, смонтированных с зазором от токопередающих элементов в пазах, выполненных в дорожном полотне насквозь через токопроводящие полосы с равным шагом по вертикали и горизонтали, при этом контактные пружины выполнены с возможностью упругого возвратно-поступательного движения в вертикальной плоскости в пазах и выполнены из ферромагнитного токопроводящего материала, а токоприемники смонтированы под днищем колесного электротранспортного средства, содержащего осевые колесные пары, одна из которых выполнена поворотной, при этом один из токоприемников выполнен магнитным в виде магнита, смонтированного на токопроводящей пластине, магнитный токоприемник смонтирован под днищем с зазором от токопроводящих полос дорожного полотна и выполнен с возможностью притягивания магнитом к себе токопередающих контактных пружин при размещении магнитного токоприемника над контактной пружиной для обеспечения электрического соединения между ними, а другой из токоприемников выполнен в виде подпружиненной контактной шайбы, изолированной от магнитного токоприемника и выполненной с возможностью электрического контакта с токопередающей полосой дорожного полотна, при этом контактная шайба выполнена размером меньше ширины паза в месте выдвижения из него контактной пружины с возможностью исключения короткого замыкания контактной пружины и токопередающей полосы при случайном контакте контактной шайбы с контактной пружиной.
В частности, дорожное полотно выполнено разборным в виде отдельных листов с возможностью сбора их на ровной горизонтальной поверхности вплотную друг к другу разъемным соединением.
В частности, токопроводящие полосы соединены между собой электрически параллельным соединением.
В частности, дорожное полотно выполнено разборным из отдельных листов.
В частности, крайние токопроводящие полосы каждого из листов разборного дорожного полотна выполнены с загибом на торцы листов.
В частности, контактные пружины в одном ряду пазов дорожного полотна соединены между собой последовательно, а ряды контактных пружин соединены между собой параллельно.
В частности, габаритные размеры магнитного токоприемника и шага размещения контактных пружин на дорожном полотне выполнены таким образом, чтобы минимум две контактные пружины всегда касались магнитного токоприемника.
В частности, пружина контактной шайбы выполнена плоской.
В частности, пружина контактной шайбы выполнена в виде пружины растяжения.
В частности, контактная шайба заключена внутри изолирующего диска с возможностью воздействия изолирующего диска на контактную пружину раньше контактной шайбы при наезде контактной шайбы на нее.
В частности, в цепи между контактной шайбой и электродвигателем смонтирован диод.
В частности, источник питания снабжен схемой релейной защиты от короткого замыкания с регулировкой тока срабатывания.
В частности, вокруг места выдвижения контактной пружины в токопередающей полосе выполнена изолирующая площадка с возможностью защиты от короткого замыкания контактной пружины с токопередающей полосой и возникновения дугового разряда между однополюсными элементами.
Краткое описание чертежей.
На фиг. 1 показан вид сбоку электротранспортного средства на дорожном полотне.
На фиг. 2 показан вид спереди электротранспортного средства на дорожном полотне.
На фиг. 3 показан вид сверху фрагмента дорожного полотна с U-образными пазами и контактными пружинами.
На фигурах обозначено: 1 - дорожное полотно, 2 - токопроводящие полосы, 3 - контактные пружины, 4 - пазы, 5 - рама, 6 - колеса, 7 - магнитный токоприемник, 8 - контактная шайба, 9 - электродвигатель, 10 - изолирующая площадка.
Осуществление изобретения.
Устройство для передвижения электротранспортного средствапредставляет собой токопередающие элементы, смонтированные на дорожном полотне 1, предназначенном для размещения и движения по нему колесных электротранспортных средств, снабженных токоприемниками.
Дорожное полотно 1 может быть выполнено разборным в виде отдельных листов с возможностью сбора их на ровной горизонтальной поверхности вплотную друг к другу разъемным, например, пазошиповым соединением.
Токопередающие элементы дорожного полотна 1 выполнены в виде неподвижных токопроводящих полос 2 и подвижных в вертикальной плоскости контактных пружин 3. Токопроводящие полосы 2 выполнены из токопроводящего материала, например, меди или ее сплавов, смонтированных параллельно на всей поверхности дорожного полотна 1 с зазором друг от друга. Токопроводящие полосы 2 соединены между собой электрически параллельным соединением. Для обеспечения электрического контакта между листами при выполнении дорожного полотна 1 разборным, крайние токопроводящие полосы 2 каждого из листов которой выполнены с загибом на торцы листов. К токопроводящим полосам 2 подключен отрицательный электрический провод от источника питания постоянного тока (на фигурах не показан).
Контактные пружины 3 смонтированы в пазах 4, выполненных в дорожном полотне 1 насквозь через токопроводящие полосы 2. Пазы 4 выполнены рядами по всему дорожному полотну 1 с равным шагом по вертикали и горизонтали при виде сверху на дорожное полотно 1. Контактные пружины 3 выполнены плоскими из ферромагнитного токопроводящего материала с возможностью возвратно-поступательного движения в вертикальной плоскости в пазах 4, при этом в исходном положении контактные пружины 3 находятся внутри паза 4 ниже верхней плоскости токопроводящих полос 2. Контактные пружины 3 выполнены с зазором от токопроводящих полос 2 с возможностью обеспечения электрической изоляции друг от друга. Контактные пружины 3 в одном ряду пазов 4 дорожного полотна 1 соединены между собой последовательно, а ряды контактных пружин 3 соединены между собой параллельно. К контактным пружинам 3 подключен положительный электрический провод от источника питания постоянного тока.
Размеры пазов 4 выполнены такими, чтобы обеспечить беспрепятственное прохождение по ним электротранспортного средства. В одном из вариантов реализации пазы 4 выполнены U-образными, в которых смонтированы U-образные контактные пружины 3.
Электротранспортное средство содержит колесную раму 5, содержащую, по крайней мере, две осевых пары колес 6, при этом одна из пар колес выполнена поворотной в вертикальной плоскости.
На раме 5 электротранспортного средства снизу смонтированы токоприемники. Один из токоприемников выполнен в виде магнитного токоприемника 7, представляющего собой металлическую токопроводящую пластину или корпус на которой сверху смонтирован магнит, электрически изолированный от этой токопроводящей пластины или корпуса. Магнитный токоприемник 7 размещен с зазором от токопроводящих полос 2 дорожного полотна 1. Магнитный токоприемник 7 выполнен с возможностью притягивания к себе токопередающих контактных пружин 3 для обеспечения электрического контракта с ними, при этом зазор между токопередающими полосами 2 дорожного полотна 1 и магнитным токоприемником 7 электротранспортного средства выполнен таким, чтобы обеспечить его электрический контакт с контактными пружинами 3, поднимающимися вверх под воздействием на них магнита магнитного токоприемника 7. Кроме того, габаритные размеры магнитного токоприемника 7 и шаг размещения контактных пружин 3 выполнены таким образом, чтобы минимум две контактные пружины 3 всегда касались магнитного токоприемника 7, или иными словами, ширина и длина магнитного токоприемника 7 должны быть больше шага по горизонтали, вертикали и диагонали расположения контактных пружин 3 на дорожном полотне 1.
Другой из токоприемников также смонтирован на раме 5 электротранспортного средства снизу в его передней или задней части, преимущественно за неповоротными осевой парой колес 6 и выполнен в виде, по крайней мере, одной подпружиненной контактной шайбы 8, изолированной от магнитного токоприемника 7 и выполненной с возможностью электрического контакта с токопередающими полосами 2 дорожного полотна 1. Размеры контактной шайбы 7, контактирующей с токопередающими полосами 2 дорожного полотна 1, выполнены больше величины зазора между упомянутыми полосами 2 с возможностью гарантированного электрического контракта с упомянутыми полосами 2. Пружина контактной шайбы 8 выполнена плоской или в виде пружины растяжения. В варианте реализации с несколькими контактными шайбами 8 расстояние между ними, по крайней мере, в два разе меньше шага размещения контактных пружин 3 на дорожном полотне 1. Контактная шайба 8 может быть заключена внутри изолирующего диска (на фигурах не показан), при этом упомянутая шайба 8 утоплена в изолирующем диске с возможностью воздействия изолирующего диска на контактную пружину 3 раньше контактной шайбы 8 при наезде контактной шайбы 8 на нее. Ширина паза 4 в месте выдвижения из него контактной пружины 3 выполнена больше контактной площадки контактной шайбы 8 с возможностью исключения короткого замыкания контактной пружины 3 и токопередающей полосы 2 при случайном контакте контактной шайбы 8 с контактной пружиной 3 и обеспечения бесперебойным электропитанием электротранспортного средства.
Магнитный токоприемник 7 и контактная шайба 8 электрически соединены с электродвигателем 9, смонтированным на раме 5 электротранспортного средства сверху, связанным механической передачей с неподвижной в вертикальной плоскости парой колес 6.
В качестве дополнительной защиты от короткого замыкания и бесперебойной подачи электропитания в цепи между контактной шайбой 8 и электродвигателем 9 может быть смонтирован диод, пропускающий ток в одном направлении.
Электродвигатель 9 механически сообщен с парой ведущих колес, в роли которых могут выступать как поворотная, так и не поворотная пара колес 6. Кроме того, электродвигатель 9 с ведущими колесами может сообщаться через трансмиссию.
Источник питания снабжен схемой релейной защиты от короткого замыкания с регулировкой тока срабатывания. Для дополнительной защиты от короткого замыкания, возникновения дугового разряда между однополюсными элементами, который может перекинуться на элементы другого полюса и бесперебойного электропитания вокруг мест выдвижения контактных пружин 3 в токопередающих полосах 2 выполнены изолирующие площадки 10. Изолирующая площадка 10 может быть выполнена путем покрытия упомянутой области диэлектрическим материалом или выполнения в токопроводящей полосе 2 насквозь прорези, обеспечивающей электрическую изоляцию изолирующей площадки 10 от токопередающей полосы 2.
Благодаря тому, что магнитный токоприемник 7 смонтирован раме 5 электротранспортного средства снизу, а контактные пружины 3 выполнены подвижными в вертикальной плоскости, реализуется быстрое их примагничивание магнитом магнитного токоприемника 7 даже на высокой скорости электротранспортного средства, а контактная шайба 8 обеспечивает постоянный контакт с токопроводящими полосами 2 дорожного полотна 1.
Изолирующая площадка 10 вокруг паза 4 контактной пружины 3 выполнена больше по размеру контактной шайбы 8 с возможностью исключения короткого замыкания между контактной пружиной 3 и токопроводящей полосой 2 через контактной шайбы 8, что влияет на бесперебойность подачи электропитания.
Электротранспортное средство снабжено органами управления для управления электротранспортным средством.
Устройство для передвижения электротранспортного средства работает следующим образом.
Электротранспортное средство размещают на дорожном полотне 1, так чтобы контактная шайба 8 входила в контакт с токопроводящими полосами 2, а магнитный токоприемник 7 электротранспортного средства располагался над контактными пружинами 3. Контактные пружины 3 благодаря тому, что они выполнены из ферромагнитного материала под действием магнитного поля от магнитов магнитного токоприемника, выходят из пазов 4 и притягиваются к магнитному токоприемнику 7, обеспечивая контакт между ними.
С источника питания постоянного тока подают на токопроводящие полосы 2 и контактные пружины 3 напряжение, которое благодаря контакту между собой токопроводящей полосы 2 с контактной шайбой 8 и контактных пружин 3 с магнитным токоприемником 7 поступает на электродвигатель 9, который преобразует электрический ток в механическую энергию (вращательное движение вала электродвигателя 9) и передает в свою очередь на ведущие колеса 6, приводя в движение электротранспортное средство. При движении электротранспортного средства контактная шайба 8 находится в непосредственном контакте с токопроводящими полосами 2 при движении вдоль них и переходя с одной на другую при изменении траектории движения электротранспортного средства. Контактные пружины 3 в момент нахождения магнитного токоприемника 7 над упомянутой пружиной 3 притягивает ее к себе, а после того как, упомянутая пружина 3 выйдет из контакта с магнитным токоприемником 7 она за счет упругой деформации вернется в паз 4.
Технический результат - обеспечение бесперебойного электрического питания электротранспортного средства от токопередающих элементов, расположенных на поверхности движения электротранспортного средства достигается за счет выполнения токопередающих элементов в виде неподвижных токопроводящих полос 2, смонтированных на поверхности движения электротранспортного средства и подвижных в вертикальной плоскости контактных пружин 3, смонтированных внутри поверхности движения электротранспортного средства, входящих во взаимодействие с токоприемными элементами, смонтированными под днищем электротранспортного средства и выполненными в виде магнитного токоприемника 7, притягивающего к себе за счет создаваемого магнитного поля контактных пружины 3 и контактной шайбы 8, входящей в механическое и электрическое зацепление с токопроводящими полосами 2. При этом бесперебойность снабжения электропитанием обеспечивается тем, что упомянутые токопередающие и токоприемные элементы постоянно находятся в контакте с друг другом благодаря взаимным соотношениям зазора между токопередающими полосами 2 и контактной шайбы 8, контактной шайбы 8 и паза 4 с контактными пружинами 3, магнитного токоприемника 7 и шага размещения контактных пружин 3, исключающих отсутствие контакта между соответствующими токопередающими и токоприемными элементами и короткое замыкание между токопередающими элементами друг с другом, токоприемными элементами друг с другом и противоположными по электрической проводимости токопередающими и токоприемными элементами.