СПОСОБ И УСТРОЙСТВО БЕСКОНТАКТНОГО ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ ЭЛЕКТРОТРАНСПОРТНОГО СРЕДСТВА (ВАРИАНТЫ) Российский патент 2012 года по МПК B60L9/00 

Изобретение относится к области транспорта, в частности к вопросам электроснабжения электротранспортных средств, питающихся от однопроводниковой линии электропередачи резонансной системы электроснабжения. Возможно применение в системах пассажирского и грузового городского, промышленного, сельскохозяйственного транспорта.

Известны способы бесконтактного электроснабжения электротранспорта от резонансной электрической системы с однопроводниковой линией электропередачи напряжением 0,5-500 кВ, резонансной частотой 0,1-100 кГц. Устройства реализации этих способов включают источник электрической энергии высокой частоты, однопроводную линию электропередачи, конденсатор, резонансный трансформатор, устройство обратного преобразования энергии [Стребков Д.С., Некрасов А.И. Резонансные методы передачи и применения электрической энергии. - М.: ВИЭСХ, 2008, - 352 с.]. Значения магнитной и электрической напряженностей электромагнитного поля в зоне передачи электроэнергии определяются параметрами стоячей волны, мощностью первичного источника на входе системы электроснабжения и расположения энергосъемного устройства, эффективность передачи электроэнергии на транспортное средство тем выше, чем выше напряженность электромагнитного поля в зоне передачи электроэнергии.

Недостатком данного технического решения является то, что известным способом и устройством не предусматривается целенаправленная концентрация или усиление электромагнитного поля в зоне нахождения энергосъемного устройства. При снижении напряженности магнитного поля в зоне расположения энергосъемного устройства передача энергии будет осуществляться менее эффективно.

Задачей предлагаемого изобретения является повышение технико-экономической эффективности системы электроснабжения, в частности, за счет усиления электромагнитного поля в зоне передачи электроэнергии, увеличение мощности передаваемой электроэнергии, обеспечения локализации энергосъемного устройства в зоне наиболее эффективной передачи электроэнергии.

В результате использования предлагаемого изобретения повышаются технико-экономические характеристики, эффективность процессов и устройства энергоснабжения.

Вышеуказанный технический результат достигается тем, что в устройстве бесконтактного электроснабжения электротранспортного средства осуществляют сложения полей, транспортирующих электроэнергию, при этом в зоне приема электроэнергии вектор магнитной индукции электромагнитного поля ориентируют вертикально относительно дорожного покрытия.

В устройстве бесконтактного электроснабжения электротранспортного средства осуществляют сложения полей, транспортирующих электроэнергию, при этом в зоне приема электроэнергии вектор магнитной индукции электромагнитного поля ориентируют горизонтально относительно дорожного покрытия и вдоль направления движения электротранспортного средства.

В устройстве бесконтактного электроснабжения электротранспортного средства осуществляют сложения полей, транспортирующих электроэнергию, при этом в зоне приема электроэнергии вектор магнитной индукции электромагнитного поля ориентируют поперек направлению движения электротранспортного средства.

Технический результат также достигается тем, что в устройство бесконтактного электроснабжения электротранспортного средства включена вторая, …, n-я однопроводниковые линии электропередачи, причем начало второй однопроводниковой линии подключено к концу первой однопроводниковой линии электропередачи, а конец второй однопроводниковой линии подключен к началу третьей однопроводниковой линии электропередачи, …, конец (n-1)-й однопроводниковой линии подключен к началу n-й однопроводниковой линии электропередачи, конец которой заземлен, при этом первая, вторая, …, n-я однопроводниковые линии электропередачи имеют длину, равную четверти волны резонансной частоты, на которой производится передача электроэнегргии, при этом первая, вторая, …, n-я однопроводниковые линии электропередачи расположены параллельно друг другу на расстоянии, равном , где l - расстояние между соседними однопроводниковыми линиями электропередачи h - расстояние от энергоприемного устройства до плоскости размещения первой, второй, …, n-й однопроводниковыми линиями электропередачи, при этом первая, вторая, …, n-я однопроводниковые линии электропередачи размещены параллельно направлению движения электротранспортного средства.

Для повышения эффективности в устройстве бесконтактного электроснабжения электротранспортного средства энергоприемное устройство встроено в колеса электротранспортного средства.

Технический результат также достигается тем, что в устройство бесконтактного электроснабжения электротранспортного средства в систему включена вторая, …, n-я однопроводниковые линии электропередачи, причем начало второй однопроводниковой линии подключено к концу первой однопроводниковой линии электропередачи, а конец второй однопроводниковой линии подключен к началу третьей однопроводниковой линии электропередачи, …, конец (n-1)-й однопроводниковой линии подключен к началу n-й однопроводниковой линии электропередачи, конец которой заземлен, при этом первая, вторая, …, n-я однопроводниковые линии электропередачи имеют длину, равную четверти волны резонансной частоты, на которой производится передача электроэнегргии, при этом первая, вторая, …, n-я однопроводниковые линии электропередачи располложены параллельно друг другу на расстоянии, равном , где l - расстояние между соседними однопроводниковыми линиями электропередачи h - расстояние от энергоприемного устройства до плоскости размещения первой, второй, …, n-й однопроводниковыми линиями электропередачи, при этом первая, вторая, …, n-я однопроводниковые линии электропередачи имеют длину, равную половине волны резонансной частоты, на которой производится передача электроэнергии.

Технический результат также достигается тем, что в устройство бесконтактного электроснабжения электротранспортного средства в систему включена вторая, …, n-я однопроводниковые линии электропередачи, причем начало второй однопроводниковой линии подключено к концу первой однопроводниковой линии электропередачи, а конец второй однопроводниковой линии подключен к началу третьей однопроводниковой линии электропередачи, …, конец (n-1)-й однопроводниковой линии подключен к началу n-й однопроводниковой линии электропередачи, конец которой заземлен, при этом первая, вторая, …, n-я однопроводниковые линии электропередачи имеют длину, равную четверти волны резонансной частоты, на которой производится передача электроэнегргии, при этом первая, вторая, …, n-я однопроводниковые линии электропередачи располложены параллельно друг другу на расстоянии, равном , где l - расстояние между соседними однопроводниковыми линиями электропередачи h - расстояние от энергоприемного устройства до плоскости размещения первой, второй, …, n-й однопроводниковыми линиями электропередачи, при этом первая, вторая, …, n-я однопроводниковые линии электропередачи размещаются перпендикулярно направлению движения электротранспортного средства.

Сущность изобретения поясняется фиг.1-3. На фиг.1 представлен состав системы электроснабжения электротранспортного средства, на фиг.2 показаны стоячие волны напряженности магнитного поля вокруг однопроводникового кабеля линии электропередачи, на фиг.3 изображена схема формирования вектора магнитной индукции электромагнитного поля вертикально, на фиг.4 - схема формирования вектора магнитной индукции электромагнитного поля горизонтально вдоль направления движения электротранспортного средства, на фиг.5 - схема формирования вектора магнитной индукции электромагнитного поля горизонтально поперек направлению движения электротранспортного средства.

На фиг.1 изображено электротранспортное средство 1, первичный источник электроэнергии 2 высокой частоты, высоковольтный трансформатор 3, резонансный конденсатор 4, первая однопроводниковая линия электропередачи 5, энергосъемное устройство 6, устройство обратного преобразования электроэнергии на электротранспортном средстве 7, вторая однопроводниковая линии электропередачи 8, …, n-я однопроводниковые линии электропередачи 9. Первая 5, вторая 8, …, n-я однопроводниковые линии электропередачи проложены в непосредственной близости от поверхности дорожного покрытия 10, энергосъемное устройство 6 установлено на днище 11 электротранспортного средства 1 и разделено от дорожного покрытия 10 воздушным зазором 12. Электротранспортное средство 1 перемещается на колесах 13. Потоки энергии 14 при электроснабжении электротранспортного средства 1 проходят через воздушный зазор 12. Первая 5 и вторая 8, …, n-я однопроводниковые линии электропередачи имеют длину, равную половине волны резонансной частоты, при этом первая и вторая однопроводниковые линии электропередачи располагаются параллельно друг другу на расстоянии, равном , где l - расстояние между первой и второй, …, n-й однопроводниковыми линими электропередачи h - расстояние от энергоприемного устройства до плоскости размещения однопроводниковых линий электропередачи.

Устройство работает следующим образом. При включении первичного источника электроэнергии в первой 5, второй 8, …, n-й 9 однопроводниковых линиях электропередачи образуются стоячие волны электромагнитного поля. Частота и фаза колебаний всех участков стоячей волны одинакова, а амплитуда этих колебаний меняется во времени вдоль однопроводникового кабеля линии электропередачи от нуля ("узлы") до максимального значения ("пучности"). Электротранспортное средство 1 движется вдоль трассы в виде проложенных в дорожном покрытии 10 первой 5, второй 8, …, n-й однопроводниковых линии электропередачи. Поскольку первая 5 и вторая 8, …, n-я однопроводниковые линии электропередачи имеют длину, равную половине волны резонансной частоты, при этом первая и вторая однопроводниковые линии электропередачи располагаются параллельно друг другу на расстоянии, равном , вектор магнитной индукции электромагнитного поля располагается горизонтально относительно дорожного покрытия 10 в зоне размещения энергосъемного устройства 7 (фиг.2).

Если первая 5 и вторая 8, …, n-я однопроводниковые линии электропередачи имеют длину, равную четверти волны резонансной частоты, вектор магнитной индукции электромагнитного поля располагается вертикально относительно дорожного покрытия 10 в зоне размещения энергосъемного устройства 7 (фиг.3).

При размещении первой 5 и второй 8, …, n-й однопроводниковых линии электропередачи перпентикулярно направлению движения транспортного средства 1 и эти линии имеют длину, равную половине волны резонансной частоты, вектор магнитной индукции электромагнитного поля располагается горизонтально относительно дорожного покрытия 10 и параллельно направлению движения транспортного средства 1 в зоне размещения энергосъемного устройства 7 (фиг.4).

Способ реализуется следующим образом. В резонансной системе электроснабжения при передаче электроэнергии в однопроводниковой линии электропередачи образуются стоячие волны электромагнитного поля. Векторы напряженностей электрического и магнитного полей ортогональны, а их амплитуды определяются, главным образом, мощностью источника электроснабжения. Значения магнитной напряженности вдоль однопроводниковой линии электропередачи изменяются по гармоническому закону. Передача электроэнергии осуществляется наиболее эффективно в «пучностях» стоячих волн электромагнитного поля. Каждый полупериод стоячая волна повторяется. Однако на четных и нечетных полуволнах направление тока, стимулирующего создание магнитного поля стоячей волны, противоположны (фиг.2). Если магнитные поля первой и второй полуволн сложить, магнитное поле в зоне размещения энергоприемного устройства усилится (фиг.3) а результирующий вектор магнитного поля здесь будет расположен горизонтально. Если сложить магнитные поля первой и второй четвертей волны, магнитное поле в зоне размещения энергоприемного устройства усилится (фиг.4), а результирующий вектор магнитного поля здесь будет расположен вертикально. Если магнитные поля первой и второй полуволн направить поперек трассе движения электротранспортного средства и сложить, магнитное поле в зоне размещения энергоприемного устройства усилится (фиг.5), а результирующий вектор магнитного поля здесь будет расположен горизонтально. Если однопроводниковые линии электропередачи длиной, равной четверть волны резонансной частоты, располагают параллельно друг другу на расстоянии, равном , где l - расстояние между соседними однопроводниковыми линиями электропередачи h - расстояние от энергоприемного устройства до плоскости размещения первой, второй, …, n-й однопроводниковыми линиями электропередачи и параллельно направлению движения электротранспортного средства, напряженности магнитных полей соседних однопроводниковых линий будут складываться, и результирующая напряженность, при размещении энергосъемного устройства между двумя однопроводниковыми линиями на высоте h от дорожного покрытия, возрастет.

Применение предлагаемого способа целесообразно при реализации бесконтактных систем электроснабжения электротранспорта на трассах с насыщенным движением в городах, между городами.

Изобретение относится к области транспорта, в частности, к средствам бесконтактного электроснабжения электротранспортных средств. В предложенном способе бесконтактного электроснабжения электротранспортного средства осуществляют сложения полей, транспортирующих электроэнергию. При этом в зоне приема электроэнергии в первом варианте вектор магнитной индукции электромагнитного поля ориентируют вертикально относительно дорожного покрытия. В другом варианте способа бесконтактного электроснабжения электротранспортного средства в зоне приема электроэнергии вектор магнитной индукции электромагнитного поля ориентируют горизонтально относительно дорожного покрытия, а в третьем - поперек направлению движения электротранспортного средства. В каждом из вариантов устройств бесконтактного электроснабжения, реализующих соответственно варианты способов, включен источник электроэнергии высокой частоты, резонансный контур, однопроводниковая линия электропередачи, энергоприемное устройство, которое может быть встроено в колеса электротранспортного средства, и устройство обратного преобразования электроэнергии. Варианты устройств предусматривают расположение однопроводниковых линий параллельно или перпендикулярно направлению движения электротранспортного средства. Технический результат заключается в усилении электромагнитного поля в зоне передачи электроэнергии и усилении ее мощности. 6 н. и 1 з.п. ф-лы, 5 ил.

1. Способ электроснабжения электротранспортного средства, предусматривающий бесконтактную передачу электроэнергии по однопроводникомому кабелю электромагнитному полю, из которого в резонансном режиме электрическую энергию передают электроприемнику на электротранспортном средстве, отличающийся тем, что осуществляют сложения полей, транспортирующих электроэнергию, при этом в зоне приема электроэнергии вектор магнитной индукции электромагнитного поля ориентируют вертикально относительно дорожного покрытия.

2. Способ электроснабжения электротранспортного средства, предусматривающий бесконтактную передачу электроэнергии по однопроводникомому кабелю электромагнитному полю, из которого в резонансном режиме электрическую энергию передают электроприемнику на электротранспортном средстве, отличающийся тем, что осуществляют сложения полей, транспортирующих электроэнергию, при этом в зоне приема электроэнергии вектор магнитной индукции электромагнитного поля ориентируют горизонтально относительно дорожного покрытия и вдоль направления движения электротранспортного средства.

3. Способ электроснабжения электротранспортного средства, предусматривающий бесконтактную передачу электроэнергии по однопроводникомому кабелю электромагнитному полю, из которого в резонансном режиме электрическую энергию передают электроприемнику на электротранспортном средстве, отличающийся тем, что осуществляют сложения полей, транспортирующих электроэнергию, при этом в зоне приема электроэнергии вектор магнитной индукции электромагнитного поля ориентируют поперек направлению движения электротранспортного средства.

4. Устройство бесконтактного электроснабжения электротранспортного средства, включающее первичный источник электроэнергии высокой частоты, высоковольтный трансформатор, резонансный конденсатор, первую однопроводниковую линию электропередачи, энергосъемное устройство, устройство обратного преобразования электроэнергии на электротранспортном средстве, причем начало первой однопроводниковой линии электропередачи подключено к выходу высокочастотного трансформатора, отличающееся тем, что в систему включена вторая,…, n-я однопроводниковые линии электропередачи, причем начало второй однопроводниковой линии подключено к концу первой однопроводниковой линии электропередачи, а конец второй однопроводниковой линии подключен к началу третьей однопроводниковой линии электропередачи,…, конец (n-1)-й однопроводниковой линии подключен к началу n-й однопроводниковой линии электропередачи, конец которой заземлен, при этом первая, вторая,…, n-я однопроводниковые линии электропередачи имеют длину, равную четверти волны резонансной частоты, на которой производится передача электроэнергии, при этом первая, вторая,…, n-я однопроводниковые линии электропередачи расположены параллельно друг другу на расстоянии, равном l=2√h, где l - расстояние между соседними однопроводниковыми линиями электропередачи, h - расстояние от энергоприемного устройства до плоскости размещения первой, второй,…, n-й однопроводниковых линий электропередач, при этом первая, вторая,…, n-я однопроводниковые линии электропередачи размещены параллельно направлению движения электротранспортного средства.

5. Устройство по п.4, отличающееся тем, что энергоприемное устройство встроено в колеса электротранспортного средства.

6. Устройство бесконтактного электроснабжения электротранспортного средства, включающее первичный источник электроэнергии высокой частоты, высоковольтный трансформатор, резонансный конденсатор, первую однопроводниковую линию электропередачи, энергосъемное устройство, устройство обратного преобразования электроэнергии на электротранспортном средстве, причем начало первой однопроводниковой линии электропередачи подключено к выходу высокочастотного трансформатора, отличающееся тем, что в систему включена вторая,…, n-я однопроводниковые линии электропередачи, причем начало второй однопроводниковой линии подключено к концу первой однопроводниковой линии электропередачи, а конец второй однопроводниковой линии подключен к началу третьей однопроводниковой линии электропередачи,…, конец (n-1)-й однопроводниковой линии подключен к началу n-й однопроводниковой линии электропередачи, конец которой заземлен, при этом первая, вторая,…, n-я однопроводниковые линии электропередачи имеют длину, равную четверти волны резонансной частоты, на которой производится передача электроэнергии, при этом первая, вторая,…, n-я однопроводниковые линии электропередачи расположены параллельно друг другу на расстоянии, равном l=2√h, где l - расстояние между соседними однопроводниковыми линиями электропередачи, h - расстояние от энергоприемного устройства до плоскости размещения первой, второй,…, n-й однопроводниковыми линиями электропередачи, при этом первая, вторая,…, n-я однопроводниковые линии электропередачи имеют длину, равную половине волны резонансной частоты, на которой производится передача электроэнергии.

7. Устройство бесконтактного электроснабжения электротранспортного средства, включающее первичный источник электроэнергии высокой частоты, высоковольтный трансформатор, резонансный конденсатор, первую однопроводниковую линию электропередачи, энергосъемное устройство, устройство обратного преобразования электроэнергии на электротранспортном средстве, причем начало первой однопроводниковой линии электропередачи подключено к выходу высокочастотного трансформатора, отличающееся тем, что в систему включена вторая,…, n-я однопроводниковые линии электропередачи, причем начало второй однопроводниковой линии подключено к концу первой однопроводниковой линии электропередачи, а конец второй однопроводниковой линии подключен к началу третьей однопроводниковой линии электропередачи,…, конец (n-1)-й однопроводниковой линии подключен к началу n-й однопроводниковой линии электропередачи, конец которой заземлен, при этом первая, вторая,…, n-я однопроводниковые линии электропередачи имеют длину, равную четверти волны резонансной частоты, на которой производится передача электроэнегргии, при этом первая, вторая,…, n-я однопроводниковые линии электропередачи расположены параллельно друг другу на расстоянии, равном l=2√h, где l - расстояние между соседними однопроводниковыми линиями электропередачи, h - расстояние от энергоприемного устройства до плоскости размещения первой, второй,…, n-й однопроводниковых линий электропередач, при этом первая, вторая,…, n-я однопроводниковые линии электропередачи размещены перпендикулярно направлению движения электротранспортного средства.