Устройство электропитания аппаратуры железнодорожного вагона
Владельцы патента RU 2744794:
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Уральский государственный университет путей сообщения" (RU)
Изобретение относится к устройствам, использующим энергию движения транспортных средств, и может быть использовано в системах управления движением поездов для питания электронных устройств железнодорожной автоматики. Устройство электропитания аппаратуры железнодорожных вагонов образовано колесной парой с двумя колесами, механически соединенными между собой осью и проходящими по первому и второму рельсам железнодорожного пути, и электронной аппаратурой железнодорожного вагона. Электронная аппаратура железнодорожного вагона содержит накопитель электрической энергии, включенный параллельно выходам выпрямителя и параллельно питающим входам электронных приборов. Между шейками рельсов установлен постоянный магнит. На оси колесной пары расположен с зазором немагнитный цилиндр, на который намотана катушка индуктивности, выводы которой подключены к входам выпрямителя, выходы которого подключены через накопитель электрической энергии к питающему входу электронных приборов вагона. Технический результат заключается в увеличении надежности и долговечности работы устройства электропитания. 1 ил.
Изобретение относится к устройствам электротехники и может быть использовано в системах управления движением поездов для питания электронных устройств железнодорожной автоматики, располагаемых в частности на грузовых вагонах.
Известно устройство автономного электроснабжения аппаратуры железнодорожного вагона (патент RU 2578701 С1, МПК B61D 43/00, B60L 1/00, H01L 35/00, опубл. 27.03.2016. Бюл. №9), содержащее аккумулятор, генератор электрического тока, устройство преобразования и стабилизации напряжения и тока для заряда аккумулятора, а также устройства для подключения и отключения аккумулятора и питаемой аппаратуры. В качестве генератора тока используется термоэлектрический преобразователь, который прижат при помощи терморегулируемого устройства прижатия одной своей поверхностью через фрикционную прокладку к любой поверхности вращения, связанной с колесной парой вагона. На другой поверхности термоэлектрического преобразователя закреплен радиатор, выходы термоэлектрического преобразователя соединены с входом устройства преобразования и стабилизации напряжения и тока, выход которого подключен к входам аккумулятора и входам питаемой аппаратуры посредством устройства для подключения и отключения аккумулятора и устройства для подключения и отключения питаемой аппаратуры соответственно.
Недостатком этого устройства является конструктивная сложность и невысокая надежность работы из-за зависимости его от климатических условий эксплуатации устройства.
Известны также устройства электропитания, содержащие подвагонный генератор с редукторно-карданным приводом (Доценко Е.Е. Электрическое оборудование и освещение вагонов. - М.: Транспорт, 1964, с. 142. рис. 109, с. 147, рис. 114, с. 150, рис. 118).
Их недостатком является невысокая надежность и конструктивная сложность из-за наличия механических элементов, что приводит к высокой стоимости их эксплуатации.
За наиболее близкое к предлагаемому устройству электропитания выбрано устройство, в котором генератор установлен на одной из букс колесной пары железнодорожного вагона, что позволяет упростить передачу преобразования механической энергии в электрическую (Е.И. Жироухов. Умный вагон: время пришло // Вагоны и вагонное хозяйство. - 2018, №4 (56). С. 31, рис. 5). Несмотря на простоту, это устройство содержит механические, в частности вращающиеся детали, например, подшипники и электрические щетки для токосъема, которые требуют периодической замены, что обусловливает невысокую надежность работы генератора, а, следовательно, и всего устройства электропитания электронной аппаратуры железнодорожного, в частности грузового вагона.
Технической задачей заявленного изобретения является создание устройства электропитания аппаратуры железнодорожного вагона, в конструкции которого отсутствуют вращающиеся механические детали, требующие периодической замены.
Технический результат - увеличение надежности и долговечности работы источника электропитания.
Для решения технической задачи и достижения технического результата в устройстве электропитания аппаратуры железнодорожных вагонов, образованном колесной парой с двумя колесами, механически соединенными между собой осью и проходящими по первому и второму рельсам железнодорожного пути, между шейками которых установлен постоянный магнит, электронной аппаратурой железнодорожного вагона, содержащей накопитель электрической энергии, включенный параллельно выходам выпрямителя и параллельно питающим входам электронных приборов, согласно изобретению, в него введены расположенный с зазором на оси колесной пары немагнитный цилиндр,, на который намотана катушка индуктивности, выводы которой соединены с выводами емкостного накопителя электрической энергии.
Сущность изобретения поясняется чертежом.
На чертеже приведена схема устройства электропитания аппаратуры железнодорожного вагона.
Устройство электропитания содержит колесную пару, состоящую из двух колес 1 и 2, соединенных между собой осью 3. Колеса 1 и 2 колесной пары находятся на рельсах 4 и 5 соответственно. Между шейками рельсов 4 и 5 установлен постоянный магнит 6 с показанным направлением магнитного потока N и S. На оси 3 колесной пары расположен немагнитный цилиндр 7 с зазором 8. На немагнитный цилиндр 7 намотана катушка индуктивности 9, выводы которой подключены к входам выпрямителя 10, входящего в состав электронной аппаратуры 11 грузового вагона, а выходы выпрямителя 10 подключены через накопитель электрической энергии 12 к питающему входу электронных приборов 13 грузового вагона. На фиг. пунктиром 14 показано направление магнитного потока, который благодаря постоянному магниту 6 будет существовать при наличии колес 1 и 2 колесной пары на рельсах 4 и 5.
Устройство электропитания аппаратуры железнодорожных вагонов работает следующим образом.
Если при движении состава по участку железнодорожного пути над постоянным магнитом 6 колесная пара будет отсутствовать, то величина магнитного потока 14 будет мала, так как магнитное сопротивление магнитной цепи будет велико.
При появлении над постоянным магнитом 6 колесной пары магнитное сопротивление указанной магнитной цепи уменьшится, что обусловит появление производной магнитного потока в магнитной цепи ΔФ/dt, а это в силу действия закона электромагнитной индукции вызовет наличие напряжения и тока в катушке индуктивности 9. После выпрямления тока выпрямителем 10 напряжение поступает на накопитель электрической энергии 12 и далее передается на электропитающие входы электронных приборов 13 грузового вагона.
Таким образом, за счет наличия постоянного магнита 6 и изменения в процессе движения состава по участку железнодорожного пути величины магнитного потока 14 осуществляется появление и передача электрической энергии для питания электронных приборов 13 грузового вагона.
Поскольку в конструкции предлагаемого устройства электропитания отсутствуют какие-либо вращающиеся механические элементы, требующие периодической замены, поэтому повышается надежность и долговечность работы устройства. Достаточное количество получения передаваемой электрической энергии будет зависеть от количества колесных пар в движущемся грузовом составе. При продвижении по рельсам над постоянным магнитом колесных пар, например, длинносоставных грузовых поездов, количество этапов времени появления импульсов выходного напряжения составляет нескольких сотен колесных пар и более. Это дает основание полагать, что этой энергии вполне достаточно для практического функционирования электронных приборов 13.
Практически предлагаемое устройство может найти применение в современных системах управления движением поездов с новыми функциональными возможностями, в частности в известных системах «умных» грузовых вагонов, эксплуатирующихся на участках с длинносоставным движением.
Устройство электропитания аппаратуры железнодорожных вагонов, образованное колесной парой с двумя колесами, механически соединенными между собой осью и проходящими по первому и второму рельсам железнодорожного пути, между шейками которых установлен постоянный магнит, электронной аппаратурой железнодорожного вагона, содержащей накопитель электрической энергии, включенный параллельно выходам выпрямителя и параллельно питающим входам электронных приборов, отличающееся тем, что в него введены расположенный с зазором на оси колесной пары немагнитный цилиндр, на который намотана катушка индуктивности, выводы которой подключены к входам выпрямителя, выходы которого подключены через накопитель электрической энергии к питающему входу электронных приборов вагона.
