Дополнительная генерация и накопление электроэнергии в поездах
Группа изобретений относится к устройствам железнодорожных транспортных средств, использующим энергию движения транспортных средств. Система генерации электроэнергии на поезде, имеющем дисковые тормоза на осях вагонной тележки, содержит тормозной диск, имеющий внешний край и соединители, расположенные вокруг его внешнего края, генератор, опорную раму для расположения генератора на вагонной тележке, муфту для механического соединения генератора с соединителями на тормозном диске. При этом соединители включают в себя последовательность прорезей, а муфта содержит элемент муфты, имеющий множество зубцов для зацепления с прорезями. Также заявлен вариант системы генерации, в котором муфта включает в себя цепь, расположенную вокруг части окружности тормозного диска, а элемент муфты имеет множество зубцов для зацепления с цепью. Также заявлен вариант системы генерации, в котором опорная рама содержит пару стержней, идущих параллельно осям, поперечный элемент рамы, расположенный между двумя стержнями вблизи тормозного диска. Технический результат заключается в повышении эффективности системы генерации электроэнергии. 5 н. и 11 з.п. ф-лы, 21 ил.
Следующие документы и ссылки полностью включены посредством ссылки: Эрлстон (Erlston) и др. (Заявка на патент США №2008/0078631) и Боденштейн (Bodenstein) и др. (Заявка на патент США №2012/0091724).
Настоящее изобретение относится к дополнительной генерации электроэнергии от работы транспортного средства, в частности, к генерации и хранению электроэнергии от движения поезда в сочетании с генераторами для преобразования энергии вращения в электрическую энергию для хранения и последующего использования.
Система железных дорог только в США включает в себя 140000 миль (225300 км) путей, используемых для транспортировки грузов и пассажиров. Обширная сеть железных дорог обеспечивает эффективный способ перемещения грузов (импорт и экспорт) по всей континентальной части Соединенных Штатов. Статистика 2017 г. показывает, что поезда перевозят 5000000 тонн груза и 85000 пассажиров в год. По состоянию на 2018 г. на долю железных дорог приходилось около 28% всего грузооборота в тонно-милях и более чем 500000 миль (800000 км) пассажирских перевозок.
Также поезда в целом являются более энергоэффективным способом транспортировки грузов, чем автомобильные перевозки или другие средства, статистика показывает, что грузовые поезда в среднем могут совершать перевозку на 470 миль (756 км) на фрахтовую тонну. В результате, несмотря на более высокую эффективность, на долю железнодорожных перевозок приходится всего около 2% транспортных выбросов в атмосферу. По этим причинам, помимо прочих, в государственных прогнозах указывается, что с большой вероятностью грузопоток существенно увеличится в течение нескольких последующих десятилетий.
Несмотря на все это, железнодорожные компании до сих пор сталкиваются с трудностями и препятствиями, чтобы стать успешными. Среди прочего, поскольку железные дороги находятся в частном владении железнодорожных компаний, стоимость их обслуживания может быть существенной. По последним исследованиям, иностранные железные дороги тратят более сорока центов с одного доллара дохода на капитальные вложения и обслуживание (каждое обходится примерно в половину этой стоимости, или около двадцати центов с доллара). Это значительно выше, чем в других отраслях промышленности и производстве, где капитальные вложения в среднем обходятся в 3% от выручки.
Что касается пассажирских железнодорожных компаний, таких как Амтрак и Метра, большинство из них не владеют большинством станций и железнодорожных путей, которыми они пользуются. Обслуживание оборудования также требует значительных затрат. В результате рентабельность, если он есть, очень низкая, и многие пассажирские железнодорожные системы и компании в значительной мере субсидируются и находятся в экономической конкуренции с другими видами пассажирских перевозок. В качестве примера, компания Амтрак теряет средства каждый год с момента ее создания в 1971 г.
Хотя поезд является наиболее экологически чистым видом транспорта, учитывая глобальные экологические проблемы, связанные с другими типами электроэнергии, все еще существует потребность и запрос сделать большее для использования более чистой электроэнергии и уменьшить выбросы.
Соответственно, цель настоящего изобретения предложить эффективную и действенную систему и способ генерации и хранения энергии без образования пара как побочного продукта эксплуатации поездов.
Еще одна цель данного изобретения - предложить способ использования собственной работы поезда для генерации и хранения энергии для формирования прибыли.
Еще одна цель данного изобретения - предложить способ использования поездов для генерации и накопления экологически чистой энергии.
Эти и другие задачи и особенности данного изобретения очевидны из настоящего описания, чертежей и формулы изобретения.
Изобретение относится к генерации электроэнергии за счет работы поезда. В одном варианте осуществления изобретение включает в себя систему генерации электроэнергии, которая операционно привязана к осям в вагонной тележке. Система генерации электроэнергии использует механизм передачи движения (цепь, клиновой ремень или зубчатый ремень, бесступенчатая трансмиссия, механическая зубчатая передача или коробка передач или гидротрансформатор), который приводит в действие тормозные диски или любые другие вращающиеся части, прикрепленные к осям поезда для передачи энергии вращения на генераторы посредством звездочек и присоединенных валов. Затем генератор передает эту электроэнергию на блок хранения электроэнергии, такой как множество аккумуляторов. В соответствии с другим вариантом, звездочки напрямую сцеплены с тормозными дисками. Кронштейн может использоваться для удержания звездочки на месте относительно дискового тормоза. В качестве варианта, звездочка может быть расположена над клещевым механизмом дискового тормоза и/или прикреплена к нему.
Аккумуляторы могут храниться под железнодорожным вагоном или платформой или внутри них и/или в самих железнодорожных вагонах. Стеллажи могут использоваться для вертикальной укладки аккумуляторов для увеличения объема хранения в них. Электроэнергия, хранящаяся в аккумуляторах, может быть использована путем извлечения аккумуляторов после их зарядки или с помощью адаптеров или соединителей на железнодорожных вагонах, позволяющих подключать к ним оборудование или транспортные средства для зарядки.
Чтобы способствовать удержанию генераторов на вагонной тележке, может использоваться опорная рама. Опорная рама может содержать пару валов или стержней, которые проходят между противоположными боковыми элементами рамы тележки. Поперечный элемент рамы прикреплен или соединен с парой валов и располагается параллельно тормозному диску. Поперечный элемент рамы может содержать верхний элемент рамы, нижний элемент рамы и пару концевых элементов, которые соединены вместе, чтобы оси могли проходить через центральное отверстие и свободно вращаться в нем. Элементы рамы имеют отверстия, размеры которых позволяют помещать в них вал с возможностью вращения. Втулки могут использоваться для облегчения вращения валов в отверстиях. Кронштейны, расположенные на генераторах и элементах рамы или прикрепляемые к ним, позволяют присоединять генераторы к раме с возможностью их снятия.
Дополнительные аспекты и преимущества изобретения описаны ниже, часть из них станет очевидной из приведенного ниже описания или будет выявлена при практическом применении изобретения.
Вышеуказанные и/или дополнительные особенности изобретения будет очевидны и понятны из последующего описания вариантов осуществления в сочетании с приложенными рисунками, где:
На Фиг. 1 показан вид сбоку вагонной тележки с парой осей.
На Фиг. 2 показан вид сверху вагонной тележки и колес из Фиг. 1.
На Фиг. 3 показан вид спереди вагонной тележки и колес из Фиг. 1.
На Фиг. 4 показан вид сверху систем генерации электроэнергии по настоящему изобретению, установленных на вагонной тележке из Фиг. 2.
На Фиг. 5 показан разрез системы генерации электроэнергии и вагонной тележки, выполненный по линии 5-5 на Фиг. 4.
На Фиг. 6 частично показан перспективный вид с пространственным разделением деталей системы генерации электроэнергии и вагонной тележки из Фиг. 4.
На Фиг. 7 показан перспективный вид системы генерации электроэнергии по настоящему изобретению с парой колес на оси.
На Фиг. 8 показан перспективный вид, изображающий компоненты системы генерации электроэнергии по настоящему изобретению, показанной на Фиг. 7.
На Фиг. 9 показан вид сверху компонентов системы генерации электроэнергии по настоящему изобретению.
На Фиг. 10 показан разрез компонентов системы, изображающий компоненты системы генерации электроэнергии по настоящему изобретению, показанной на Фиг. 9.
На Фиг. 11 показан разрез, демонстрирующий другой вариант осуществления компонентов системы генерации электроэнергии по настоящему изобретению, показывающий звездочку, непосредственно сцепленную с тормозным диском.
На Фиг. 12 частично показан перспективный вид одного варианта осуществления муфты для применения с системой генерации электроэнергии по настоящему изобретению.
На Фиг. 13 показан разрез, демонстрирующий другой вариант осуществления компонентов системы генерации электроэнергии по настоящему изобретению, показывающий звездочку, непосредственно сцепленную с тормозным диском и применением цепи.
На Фиг. 14 показан перспективный вид снизу одного варианта осуществления магазина аккумуляторов в платформе поезда.
На Фиг. 15 показан перспективный вид еще одного варианта осуществления магазина для аккумуляторов с применением стеллажей.
На Фиг. 16 показан перспективный вид одного варианта осуществления стеллажа для хранения аккумуляторов.
На Фиг. 17 показан вид сверху варианта осуществления, представленного на Фиг. 16.
На Фиг. 18 частично представлен перспективный вид с пространственным разделением деталей, показывающий множество аккумуляторов, закрепляемых на одной полке стеллажа.
На Фиг. 19 показан перспективный вид, изображающий еще один вариант осуществления системы генерации электроэнергии по настоящему изобретению.
На Фиг. 20 показан перспективный вид, изображающий еще один вариант осуществления системы генерации электроэнергии по настоящему изобретению.
На Фиг. 21 показан перспективный вид, изображающий еще один вариант осуществления системы генерации электроэнергии по настоящему изобретению.
Предшествующее описание и рисунки просто объясняют изобретение, и изобретение ими не ограничивается, так как средний специалист в данной области техники, имея перед собой данное раскрытие изобретения, сможет внести в него изменения и модификации без отступления от объема данного изобретения.
Хотя настоящее изобретение может быть реализовано во многих различных формах, на чертежах показаны и будут подробно описаны конкретные варианты осуществления, при том имеется ввиду, что настоящее раскрытие является иллюстрацией принципов настоящего изобретения и не предназначено для ограничения изобретения раскрытым вариантом осуществления.
Ссылаясь на Фиг. 1-3 основные компоненты вагонной тележки 10, реализованные в соответствии с известным к настоящему времени уровню техники, показаны вместе с парой осей 12, каждая с парой колес 14 для зацепления с рельсом (не показан). На каждой оси 12 располагается пара дисков 18, которые позволяют присоединить к ней тормозные диски 16 для остановки или замедления поезда при зажиме клещевых механизмов. Тележка 10 содержит пару боковых элементов 20 рамы, которые соединены друг с другом при помощи балки 22 тележки. Оси 12 соединяются к боковым элементам 20 рамы тележки с возможностью вращения через буксы 24.
Пара пружин 30 рядом с каждым колесом занимает место от низа буксы 24 до нижней части бокового элемента 20 рамы, выступая в качестве первичной подвески для вагонной тележки 10 и того, что она на себе несет. Элементы вторичной подвески в виде пневматических рессор 32 показаны на балке 22 тележки. Надрессорная балка 34 проходит над пневматическими рессорами 32 и содержит подпятник 36 с элементом 40 опорной цапфы для соединения с вагоном или платформой. Сверху надрессорной балки 34 могут выступать штыри 38 для облегчения соединения с вагоном 322 или платформой 320. Хотя показан и раскрыт один вариант осуществления вагонной тележки, очевидно, что могут применяться другие вагонные тележки, имеющие отличающиеся части или другое количество осей и колес, что не отступает от объема данного изобретения.
Обратимся теперь к Фиг. 4-10, на которых показан один вариант осуществления системы 100 генерации электроэнергии по настоящему изобретению, в котором имеется две пары тормозных дисков 116, четыре пары генераторов 102, опорные рамы 104, механические муфты 106, цепи 108 и соединительные элементы 110. Система 100 генерации электроэнергии спроектирована таким образом, чтобы подходить под размер рамы вагонной тележки для применения с существующими или новыми тележками. Хотя система генерации электроэнергии показывается и раскрывается так, как она применяется совместно с дисковыми тормозами для каждого колеса, очевидно, что она может применяться с отдельными выбранными дисковыми тормозами на тележках и не отступать от объема данного изобретения. Сгенерированная электроэнергия может поступать в систему накопления электроэнергии 310 для последующего применения.
Обращаясь к Фиг. 10, в одном варианте осуществления тормозного диска 116 он представлен как имеющий форму кольца с прорезями 124, расположенными по окружности и проходящими по всей ширине. Тормозной диск 116 имеет размер и форму такую, чтобы его можно было насадить и закрепить на диске 18 на оси 12, так чтобы он вращался при вращении колес 14.
Механическая муфта 106 показана в виде звездочки или зубчатого колеса, имеющего множество зубьев 112, расположенных по его окружности и имеющих размер, позволяющий зацепить соответствующие отверстия 128 в роликовой цепи 108, расположенной вокруг края тормозного диска 116, облегчая вращение. Для облегчения механического соединения цепи 108 с тормозным диском 116, спицы или удлиненные элементы 120, образующие прорези 124, имеют конические окончания 122 для зацепления с отверстиями 128 в звеньях цепи 108. Кроме того, несмотря на то, что показана и раскрыта цепь, очевидно, что могут применяться другие устройства передачи вращения или механизмы передачи движения, включающие в себя, но не ограничиваясь, клиновые ремни или зубчатые ремни, бесступенчатые трансмиссии, механические зубчатые передачи или коробки передач или гидротрансформаторы. Хотя показаны и раскрыты конические окончания, очевидно, что цепь или другое устройство передачи вращения может зацепляться с тормозным диском 116 за счет трения или других известных соединителей или способов соединения. Среди прочего, различные соединители могут быть закреплены или расположены внутри канала 126, проходящего по окружности тормозного диска 116. Кроме того, хотя показана и раскрыта цепь 108, как показано на Фиг. 13, очевидно, что механическая муфта 106 может непосредственно зацепляться с прорезями 124, выполненными в тормозном диске 116 без использования цепи. Также очевидно, что, как показано на Фиг. 11, цепь 108 может применяться для облегчения вращения механической муфты 106 с тормозным диском 116.
Несмотря на то, что показан и раскрыт дисковый тормоз, очевидно, что система генерации электроэнергии по настоящему изобретению может использоваться с другими вращающимися элементами, которые могут быть прикреплены или присоединены к оси поезда (т.е. вращаться вместе с колесами), включая, но не ограничиваясь, другие круглые или кольцевые элементы, прикрепленные к осям. Если используются другие компоненты, очевидно, что они могут быть адаптированы для зацепления с механической муфтой или позволяют цепи или другому устройству передачи вращения оборачиваться и зацепляться с таким компонентом для обеспечения генерации электроэнергии, как описано в настоящем документе.
Механическая муфта 106 соединена с соединительным элементом, показанным в виде вала 110, через ее центр. Чтобы удерживать муфту 106 в положении относительно тормозного диска 116, можно использовать кронштейн 140. Как и клещевой механизм дискового тормоза при работе, кронштейн 140 остается параллельным поверхности тормозного диска 116. Чтобы не мешать работе дискового тормоза, муфта 106 и кронштейны 140 размещены отдельно от клещевого механизма, охватывая тормозной диск 116.
Обратимся снова к Фиг. 7, где кронштейн 140, имеющий внутреннюю полость, образованную парой боковых стенок 142, расположен по обе стороны от тормозного диска 116. Противоположные отверстия 144 проходят через боковые стенки 142 для размещения в них части вала 110, чтобы обеспечить совмещение муфты 106 с прорезями 124. Очевидно, что кронштейн может иметь в боковой стенке только одно отверстие 144. В отверстия 144 могут быть вставлены втулки для облегчения вращения вала 110. Хотя показан и раскрыт отдельный кронштейн, очевидно, что для экономии места или обеспечения простоты установки клещевой механизм может выступать как один из кронштейнов для звездочки, либо для самой звездочки, либо обеспечивать сквозное прохождение цепи для зацепления со звездочкой.
Вал 110 механически соединен с генератором 102 для генерации электроэнергии либо в виде переменного тока («АС»), либо в виде постоянного тока («DC»). В одном варианте осуществления генераторы являются синхронными генераторами. Затем энергия передается и/или сохраняется в компоненте или системе накопления энергии 310, расположенную на или в железнодорожном вагоне, платформе или тележке, или в энергетической системе транспортного средства. Это может включать подачу питания на шину синхронного генератора/аккумулятора и/или на отдельную электронную схему транспортного средства. Хотя для одного дискового тормоза показаны два генератора, очевидно, что на одном дисковом тормозе можно применить один или более генераторов.
Обратимся теперь к Фиг. 12, где система 100 генерации электроэнергии может быть оснащена муфтой 160 для выработки энергии только при желании или необходимости. Кулачковая муфта 160, показанная на рисунках, включает в себя кулачковый элемент 162 на конце вала 110 и соответствующий кулачковый элемент 164, расположенный на ведомом валу 166 генератора 102. Когда муфта 160 находится в зацеплении, входят в зацепление соответствующие кулачковые элементы 162, 164, чтобы обеспечить передачу вращательного движения на генератор 102. Когда она расцеплена, вал 110 будет вращаться без передачи энергии на генератор 102. Точно так же генерация энергии может шунтироваться электронным способом, поэтому нагрузка будет минимальной, когда энергия не вырабатывается.
Чтобы удерживать генераторы 102 в положении относительно тормозного диска 116, можно использовать опорную раму 104. Обратимся к Фиг. 4, 6 и 7, где показан один вариант осуществления опорной рамы 104, имеющей пару стержней 202, проходящих между боковыми элементами 20 рамы вагонной тележки. Стержни 202 могут быть соединены с боковыми элементами 20 рамы через соответствующие кронштейны 204 с отверстиями 206 в них, и/или через отверстия 208 на внутренней части самих боковых элементов 20 рамы. Хотя показаны и раскрыты кронштейны и отверстия, очевидно, что стержни или другие соединительные элементы могут быть прикреплены к боковому элементу рамы или относительно него с помощью других известных средств.
Пара поперечных элементов 210 рамы проходит вблизи соответствующих тормозных дисков 116 и параллельно им и прикреплена или иным образом соединена со стержнями 202. Для облегчения установки поперечные элементы 210 рамы включают в себя верхний элемент 212 рамы, нижний элемент 214 рамы и пару концевых элементов 216. Как верхний, так и нижний элементы 212, 214 рамы имеют соответствующее углубленное центральное отверстие 218, позволяющее проходить через него оси 12 и свободно вращаться. В центральном углубленном отверстии для облегчения вращения и защиты верхних и нижних элементов рамы можно применять втулки.
Круглые отверстия 220 проходят через один или несколько верхних и нижних элементов 212, 214 рамы для размещения в них частей валов 110 и обеспечения их свободного вращения внутри. Втулки могут использоваться для облегчения вращения валов и защиты элементов рамы от истирания и износа. Отверстия смещены, чтобы не мешать клещевому механизму дискового тормоза или другим компонентам поезда. Очевидно, что отверстия можно перемещать внутри элементов рамы или между ними в зависимости от конкретной конструкции вагонной тележки и компонентов вагона в ней.
Каждый из концевых элементов 216 имеет отверстие 222, размер и форма которого позволяют провести через него стержень 202 или его часть. Если стержни 202 имеют сечение круглой или дугообразной формы или, при необходимости, стержни имеют другую форму поперечного сечения, может использоваться соответствующее отверстие, образованное вырезанием частей 224 на концах, располагающихся друг напротив друга, верхнего и нижнего элементов 212, 214 рамы. Когда элементы 212, 214, 216 рамы расположены вокруг стержня 202, они могут быть прикреплены друг к другу с помощью болтов, заклепок или других соединителей через соответствующие отверстия 230 и 232 в них. Очевидно, что элементы рамы также могут быть прикреплены друг к другу и/или к стержням или соединены с помощью сварки или других известных средств. Хотя они показаны как отдельные детали, очевидно, что верхний и нижний элементы рамы могут иметь сквозные отверстия для помещения в них и крепления к ним стержней, при этом они могут быть размещены до установки стержней в вагонной тележке.
Генераторы 102 могут быть прикреплены к опорной раме 104 для обеспечения поддержки системы 100 генерации электроэнергии. Один вариант осуществления, демонстрирующий крепление опорной рамы к генераторам, показан на Фиг. 6, в котором имеются Г-образные кронштейны 240, имеющие пару отверстий 242 для крепления к элементам 212, 214 рамы через соответствующие отверстия 244 с помощью болтов 246. Хотя кронштейн имеет Г-образную форму и прикрепляется с помощью болтов, очевидно, что он может иметь другие размеры и форму и может быть выполнен как одно целое с концевыми элементами или иным образом соединен с ними с помощью других известных средств.
Кронштейн или соединительный элемент 250 может быть выполнен как одно целое с генератором 102 или прикреплен к нему иным образом с помощью болтов, сварки или других известных средств. Кронштейн 250 включает в себя отверстие 252 соосное с отверстием 248 для обеспечения возможности прохождения через него болта для соединения вместе кронштейнов 240, 250 и, таким образом, генератора 102 и элементов 212, 214 рамы.
Кроме того, очевидно, что в зависимости от конструкции вагонной тележки генератор может быть смещен относительно расположения тормозного диска. Один пример генератора 102, смещенного относительно тормозного диска 116, показан как имеющий плиту или элемент основания 400 для удерживания или прикрепления к генератору 102. Плита 400 может быть прикреплена к стержню 202 с помощью кронштейнов 402.
Обратимся к Фиг. 20, где система может также включать в себя раздаточную коробку 410, позволяющую установить генератор 102 под углом к звездочке 106 и валу 110, если это необходимо. На Фиг. 21 показана раздаточная коробка 410 и генератор 102, прикрепленный к нему перпендикулярно к тормозному диску 116.
Раздаточная коробка 410 также может включать в себя зубчатую передачу для изменения передаточного отношения при желании. Бесступенчатая трансмиссия или трансмиссия с фиксированной передачей также могут быть использованы для изменения передаточного числа в соответствии с изменением скорости. Показан пример зубчатой передачи для использования с системой генерации электроэнергии, имеющей первую коническую шестерню 406, которая вращается вокруг вала 410 и входит в зацепление с конической шестерней 408, которая вращается вокруг вала 110, идущего к генератору 102.
Очевидно, что могут использоваться различные размеры, типы и количество шестерен в зависимости от занимаемого пространства и желаемой производительности.
При работе один или несколько конических окончаний 122 спиц 120 в тормозном диске 116 входят в зацепление с отверстиями в цепи 108. Когда тормозной диск 116, цепь 108 и, следовательно, звездочки 106 и валы 110 также будут вращаться, когда зубья 112 звездочек 106 выходят и входят в зацепление с отверстиями 128 в цепи 208. Таким образом, когда колесо 14 движется, тормозной диск 116 движется, и валы 110, идущие к генераторам 102, вращаются, создавая энергию, которая должна запасаться в поезде. При желании муфты 160 можно применять для избирательного управления передачей энергии на соответствующие генераторы 102.
Очевидно, что соотношение между размерами звездочек 106 и тормозного диска 116 или другого вращающегося компонента может изменяться для увеличения или оптимизации выработки электроэнергии. Например, соотношение между диаметром тормозного диска 116, для которого цепь 108 оборачивается вокруг звездочки или муфты 106, составляет 1:9, при этом, когда тормозной диск 116 делает один оборот, звездочка 106 и вал 110, прикрепленный к нему, будет совершать девять оборотов. Это соотношение можно использовать для увеличения выработки электроэнергии для поездов, которые движутся с высокой скоростью (например, от 35 до 65 миль/ч (от 56 до 104 км/ч)). Понятно, что другие соотношения будут иметь другие идеальные соотношения, определяемые переменными, включая тип используемого генератора и среднюю скорость поезда.
Энергия, генерируемая системой 200 генерации электроэнергии, может быть направлена на один или несколько блоков управления электроэнергией или электрических преобразователей, которые затем передают электроэнергию множеству аккумуляторов 310, расположенных в отсеках или зонах хранения в железнодорожном вагоне 322 и/или вагоне или платформе 320. Электрический преобразователь и система с целью повышения выработки энергии регулируют выходную электрическую мощность в зависимости от состояния транспортного средства, уровня заряда аккумулятора, потребляемой устройствами нагрузки на аккумулятор и условий окружающей среды. Хотя может применяться множество различных аккумуляторов, одним примером аккумулятора, который может применяться с настоящим изобретением, является аккумулятор Panasonic® с емкостью 5,3 кВтч.
На Фиг. 14-17 показаны различные варианты осуществления размещения аккумуляторов для поездов. Как показано на Фигурах, очевидно, что аккумуляторы 310 можно хранить внутри или на нижней стороне платформы 320 железнодорожного вагона и/или внутри самого железнодорожного вагона 322. На Фиг. 14 показан один вариант осуществления множества аккумуляторов 310, прикрепленных или расположенных на нижней стороне платформы или вагона 320 поезда. Хотя с каждой стороны показан двадцать один аккумулятор, что в сумме составляет сорок два аккумулятора, очевидно, что может использоваться различное количество и расположение аккумуляторов в зависимости от конкретного вагона и используемых аккумуляторов, что не отступает от объема настоящего изобретения.
Вагон 320 включает в себя множество поворотных замков 324 по углам, позволяющих прикреплять его с возможностью снятия к вагонным тележкам 10, имеющим системы 100 генерации электроэнергии по настоящему изобретению. Затем на платформе может быть размещен груз или она может быть частью железнодорожного вагона для перевозки пассажиров или аккумуляторов. Примеры различных типов контейнеров, которые могут быть размещены на платформе, включают, но не ограничиваются, хопперы, полувагоны, платформы, крытые вагоны, рефрижераторы и цистерны.
На Фиг. 15-18 показан один вариант осуществления хранения аккумуляторов на стеллажах 340 в железнодорожных вагонах 322. Стеллажи 340 могут содержать любое количество уровней или полок 342 для хранения аккумуляторов 310 в различных кон Фигурациях, включая, но не ограничиваясь, горизонтальное расположение по ширине и/или глубине полок.
Стеллажи 340 могут включать в себя ножки 344 с множеством отверстий 346, позволяющих прикрепить их болтами или иным образом к верхней части вагона 320. Для увеличения вместимости полки стеллажей могут располагаться на разных уровнях для создания ярусов разной высоты. Вертикальные стойки 350, имеющие множество разнесенных отверстий 352, позволяют регулировать высоту полок 342 по мере необходимости или по желанию для размещения аккумуляторов 310. Поперечные элементы 354 могут проходить по бокам и сзади стеллажа между стойками 350 для обеспечения поддержки стеллажей 340.
Пример стеллажа, показанный на Фиг. 16, включает в себя множество полок, близко расположенных друг к другу, что позволяет хранить аккумуляторы в горизонтальном положении, как показано на Фиг. 16. Очевидно, что расположение и высота полок могут варьироваться в зависимости от ряда факторов, включая внутреннюю высоту железнодорожного вагона и конкретные размеры и расположение аккумуляторов.
Стеллажи могут быть расположены рядами, чтобы можно было поместить несколько стеллажей в железнодорожном вагоне для увеличения или максимизации емкости аккумулятора. Снова обращаясь к варианту осуществления, показанному на Фиг. 15, платформа и/или железнодорожный вагон могут вмещать два ряда по четыре стеллажа, каждый из которых имеет шесть полок с девятью аккумуляторами, всего четыреста тридцать два аккумулятора. Если емкость аккумулятора составляет 5 кВтч, в общей сложности емкость составит 2160 кВтч. Очевидно, что в отдельном железнодорожном вагоне аккумуляторы могут храниться внутри самого вагона и/или платформы.
Чтобы удерживать аккумуляторы 310 на месте во время движения поезда, они могут быть закреплены или прикреплены к полкам 342 стеллажа 340 при хранении. Стеллаж может иметь множество разнесенных отверстий 370, 372, которые позволяют прикрепить к нему ряд блоков или удерживающих элементов 374, 376 с помощью винтов, болтов или других соединителей. Соответствующие удерживающие элементы или стенки 378 проходят от одного конца аккумуляторов 310 и содержат штифт или другой соединитель 380 для разъемной вставки в соответствующее отверстие в удерживающем элементе 374. Другой конец аккумулятора может иметь вырезы по углам, что позволяет прикрепить пластину или соединительный элемент 382, имеющий множество отверстий 384, расположенных на расстоянии друг от друга, к выступающему из аккумулятора штырю или стержню 386, а также к болту или другому соединителю 392 для соединения с удерживающим элементом 376. Как показано, пластина 382 может иметь два или три отверстия 384 в зависимости от того, крепится ли она к одному углу аккумулятора 310 или к противоположным углам соседних аккумуляторов 310.
Очевидно, что железнодорожные вагоны могут включать в себя систему распределения электроэнергии, которая подключается к аккумуляторам, чтобы обеспечить возможность передачи накопленной электроэнергии на другие аккумуляторы, оборудование или машины. Система распределения энергии может содержать соединители и адаптеры для передачи энергии от аккумуляторов 322 к другим аккумуляторам, оборудованию или машинам. Обращаясь снова к Фиг. 15, адаптеры и соединители 362, 364, 366 могут быть включены в панели 360, которые могут размещаться в борту железнодорожного вагона 322. Адаптеры и соединители могут включать, но не ограничиваясь, розетки 362 на 120 В, розетки 364 на 220 В и адаптеры 366 для быстрой зарядки аккумуляторов электромобилей. Также очевидно, что аккумуляторы можно было снимать и заменять после зарядки для удаленного использования.
Для отслеживания количества электроэнергии, производимой и сохраняемой в аккумуляторах, может использоваться компьютерная программа. Количество электроэнергии, потребляемой поездом из генерируемой электроэнергии, также можно отслеживать, чтобы учитывать ее и взимать плату за ее использование, если это необходимо. Для дистанционной передачи собранной информации о запасенной и использованной электроэнергии может использоваться телеметрическое устройство.
Предшествующее описание и рисунки просто объясняет изобретение, и изобретение ими не ограничивается, так как средний специалист в данной области техники, имея перед собой данное раскрытие изобретения, сможет внести в него изменения и модификации без отступления от объема данного изобретения.
1. Система генерации электроэнергии на поезде, имеющем дисковые тормоза на осях вагонной тележки, система включает в себя: тормозной диск, имеющий внешний край и соединители, расположенные вокруг его внешнего края; генератор; опорную раму для расположения генератора на вагонной тележке; муфту для механического соединения генератора с соединителями на тормозном диске, отличающаяся тем, что соединители включают в себя последовательность прорезей, а муфта содержит элемент муфты, имеющий множество зубцов для зацепления с прорезями.
2. Система генерации электроэнергии на поезде, имеющем дисковые тормоза на осях вагонной тележки, система включает в себя: тормозной диск, имеющий внешний край и соединители, расположенные вокруг его внешнего края; генератор; опорную раму для расположения генератора на вагонной тележке; муфту для механического соединения генератора с соединителями на тормозном диске, отличающаяся тем, что муфта включают в себя цепь, расположенную вокруг по меньшей мере части окружности тормозного диска, а элемент муфты имеет множество зубцов для зацепления с цепью.
3. Система генерации электроэнергии на поезде, имеющем дисковые тормоза на осях вагонной тележки, система включает в себя: тормозной диск, имеющий внешний край и соединители, расположенные вокруг его внешнего края; генератор; опорную раму для расположения генератора на вагонной тележке, отличающаяся тем, что опорная рама содержит пару стержней, идущих параллельно осям, и поперечный элемент рамы, расположенный между двумя стержнями вблизи тормозного диска; муфту для механического соединения генератора с соединителями на тормозном диске.
4. Система генерации электроэнергии на поезде, имеющем дисковые тормоза на осях вагонной тележки, система включает в себя: тормозной диск, имеющий внешний край и соединители, расположенные вокруг его внешнего края; генератор; опорную раму для расположения генератора на вагонной тележке; цепь, расположенную вокруг по меньшей мере части окружности тормозного диска, которая входит в зацепление с соединителями, а элемент муфты имеет множество зубцов для зацепления с цепью.
5. Система генерации электроэнергии на поезде, имеющем дисковые тормоза на осях вагонной тележки, система включает в себя: тормозной диск, имеющий внешний край и соединители, расположенные вокруг его внешнего края; генератор; опорную раму для расположения генератора на вагонной тележке, опорная рама содержит: пару стержней, идущих параллельно осям; поперечный элемент рамы, расположенный между двумя стержнями вблизи тормозного диска; цепь, расположенную вокруг по меньшей мере части окружности тормозного диска, которая входит в зацепление с соединителями, а элемент муфты имеет множество зубцов для зацепления с цепью; соединительный элемент, который механически соединяет генератор с элементом муфты.
6. Система по любому из пп. 1, 2, 3, 4 и 5, отличающаяся тем, что генератор включает в себя соединительный элемент, который механически соединяет генератор с муфтой.
7. Система по любому из пп. 1, 2, 3, 4 и 5, которая содержит кронштейн, удерживающий муфту в положении относительно соединителей тормозного диска.
8. Система по любому из пп. 1, 2, 3, 4 и 5, которая содержит муфту, муфта избирательно управляет генерацией электроэнергии генератором.
9. Система по любому из пп. 3 и 5, отличающаяся тем, что поперечный элемент рамы включает в себя верхний элемент рамы, нижний элемент рамы и пару концевых элементов.
10. Система по п. 9, отличающаяся тем, что генератор включает в себя вал, который механически соединяет генератор к муфте и при этом по меньшей мере один из верхних элементов рамы и нижних элементов рамы содержит отверстие для размещения в нем вала с возможностью вращения.
11. Система по любому из пп. 2, 4 и 5, отличающаяся тем, что соединители включают в себя продолговатые элементы, имеющие конические окончания, при этом цепь входит в зацепление с коническими окончаниями продолговатых элементов.
12. Система по любому из пп. 1, 2, 4, отличающаяся тем, что опорная рама содержит пару стержней, идущих параллельно осям, и поперечный элемент рамы, расположенный между двумя стержнями вблизи тормозного диска;
13. Система по п. 12, отличающаяся тем, что поперечный элемент рамы включает в себя верхний элемент рамы, нижний элемент рамы и пару концевых элементов.
14. Система по п. 13, отличающаяся тем, что генератор включает в себя вал, который механически соединяет генератор к муфте и при этом по меньшей мере один из верхних элементов рамы и нижних элементов рамы содержит отверстие для размещения в нем вала с возможностью вращения.
15. Система по любому из пп. 1, 2, 4 и 5, отличающаяся тем, что генератор является парой генераторов, а элемент муфты является парой звездочек.
16. Система по любому из пп. 2, 3, 4 и 5, отличающаяся тем, что соединители включают в себя последовательность прорезей.
