СИСТЕМА НЕПОСТОЯННОГО ПИТАНИЯ И ТОКОСЪЕМА ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ, ПРЕДНАЗНАЧЕННАЯ ДЛЯ ТРАНСПОРТНЫХ СРЕДСТВ ГОРОДСКОГО ОБЩЕСТВЕННОГО ТРАНСПОРТА Российский патент 2013 года по МПК B60M1/36 

Данное изобретение относится к системе непостоянного токосъема электроэнергии для транспортных средств городского общественного транспорта.

Из экологических соображений электрическая тяга в городских условиях является предпочтительной для общественного транспорта.

Линии электропитания предполагают наличие системы опорных конструкций и дорогих и неэстетичных проводов.

Помимо того, что их внешний вид неэстетичен, а их размеры загораживают зону обзора и портят внешний вид районов и памятников, провода несут угрозу электризации, а также образуют препятствия на высоте.

С другой стороны, разрабатываются транспортные средства общественного транспорта, способные автономно функционировать на протяжении некоторого времени. На тяговых транспортных средствах установлены электрохимические элементы, такие как батареи и конденсаторы большой емкости, а также средства накопления энергии (кинетической энергии), которая вырабатывается с помощью инерционного вращения маховика, приводимого в движение на высоких скоростях, либо с помощью других способов.

При этом такие системы, обеспечивающие приемлемое решение экологических проблем, имеют различные недостатки, такие как ухудшение городского пейзажа, причем главное неудобство заключается в малом объеме накопления энергии и весьма посредственном общем КПД.

Кроме того, материальные затраты на данные средства накопления энергии увеличивают общую стоимость системы.

В существующих автономных системах перезарядка энергии производится на станциях остановки на маршруте либо на конечных станциях. Им нужна достаточно продолжительная по времени остановка.

Токосъем энергии для перезарядки производится при остановке через одну или несколько направляющих, расположенных на земле.

С точки зрения эксплуатации, время остановки на станциях общественного транспорта не может превышать время, которое отведено на высадку и посадку пассажиров.

Остановку желательно делать как можно короче по времени, чтобы не сбиться с заданного графика. К тому же желательно улучшить, т.е. сократить, время, затрачиваемое на рейс.

Таким образом, продолжительность подзарядок на каждой станции очень незначительна, и они могут лишь незначительно улучшить автономность.

Целями данного изобретения является увеличение продолжительности подзарядки на станциях и, в то же время, снижение потребления электроэнергии из запасов транспортного средства при помощи получения дополнительной электроэнергии либо тягового усилия во время периодов большого потребления энергии, таких как при запуске, ускорении, подъеме.

Данная система непостоянного питания электроэнергии применяется на остановке для перезарядки и для подачи дополнительной энергии или только для тяги. Также возможно путем увеличения мощности осуществлять перезарядку аккумуляторов во время фаз большого потребления энергии.

Это приводит к увеличению автономности и полностью отвечает требованиям эксплуатации системы общественного городского транспорта.

С этой целью на пути транспортного средства городского общественного транспорта предусмотрены отрезки пути движения достаточной протяженности с системой питания и токосъема электроэнергии, используемой для перезарядки аккумуляторов или питания электродвигателей на установленных отрезках либо одновременно и для перезарядки, и для питания.

Подобные отрезки накопления и токосъема для перезарядки электроэнергией могут быть предусмотрены только в зонах остановки транспортного средства.

Преимущественно отрезки токосъема продолжаются по обе стороны остановок для увеличения длительности подзарядки и для питания транспортных средств в начале движения. Передача электроэнергии уменьшается и автономность не только поддерживается, но и увеличивается.

Таким образом, благодаря данному изобретению обеспечивается автономность, а данные средства электрификации более просты и менее дороги в использовании, причем они имеют меньшую протяженность.

Такие отрезки для токосъема нуждаются в небольшой инфраструктуре или не нуждаются в специализированной инфраструктуре вовсе, так как могут быть соединены с другими общественными инфраструктурами, например для освещения.

Данное изобретение повысит общий уровень безопасности в городе, а также частично решит проблемы со «зрительным» загрязнением и загрязнением окружающей среды.

Другие характеристики и преимущества данного изобретения будут понятны из приведенного ниже подробного описания, выполненного со ссылками на приложенный графический материал, где:

- Фиг.1 представляет собой изображение типичного участка пути с различными специальными отрезками токосъема.

- Фиг.2 представляет собой вид спереди двух поездов в момент питания от однополюсного распределительного устройства.

- Фиг.3 представляет собой вид спереди распределительного устройства и положения двух плеч во время их опускания.

- Фиг.4 представляет собой общий вид транспортного средства и конструкции крыши, на которой установлены элементы электрического контакта.

Далее в описании более подробно описывается непостоянные питание электрической энергией и токосъем электрической энергии через прямой контакт или на расстоянии, например при помощи индукции в виде мгновенной зарядки на протяжении маршрута или необходимой энергии для тяги или движения во время определенных фаз, при помощи прямой передачи либо передачи на расстоянии электрической энергии.

Однако понятно, что перезарядка или питание может осуществляться не только за счет батарей, также возможно использование любых возможных средств накопления энергии, используемых на транспортном средстве и аккумулирующих электрическую энергию, получаемую из внешних источников или другим образом, включая конденсаторы большой емкости, инерционную массу и т.д.

В соответствии с данным изобретением маршруты городских транспортных средств в основном состоят из отрезков или участков питания и токосъема электрической энергии. Отдельные участки на станциях 1 или на отдельных отрезках требуют намного больше энергии на протяжении их длины. Среди них можно выделить отрезки или участки питания и токосъема при подъеме 2 или ускорении, после того как транспортное средство находилось в зоне замедления, или отрезки, начинающиеся после вынужденного торможения, например аварийного торможения.

Фиг.1 показывает расположение подачи электроэнергии на остановке 1, включающей зону прибытия и отправления. Также на ней изображен участок подъема 2 как специальная зона и зона дополнительной подзарядки 3.

Как было указано выше, когда расстояние между станциями 1 становится значительным, можно предусмотреть соответствующие зоны дополнительной подзарядки 3 для транспортных средств 4 на маршруте общественного городского транспорта. В этих зонах дополнительной подзарядки 3 транспортное средство 4 может подзаряжать свои батареи, но также может получать энергию для временного ускорения в рамках эксплуатационных показателей.

Ниже будет дано описание приемлемого варианта осуществления по данному изобретению подачи электроэнергии по воздуху транспортному средству городского общественного транспорта. Широко известно, что подача электроэнергии может осуществляться бесконтактно как по воздуху, так и с земли, например, при помощи индукции.

Способ осуществления токосъема с поверхности земли хорошо известен и легко осуществим специалистом в данной области техники.

Каждый отрезок или каждый участок токосъема оснащен несколькими отдельными элементами подачи электроэнергии, например распределительными устройствами, такими как опоры 5 с одним плечом или двумя плечами, в случае двух параллельных путей, например на фиг.2, на которой изображена опора 6 с одним или двумя гибкими плечами 7 или 8.

На конце каждого плеча 7 или 8 выполнен распределительный элемент 9, который распределяет электрическую энергию, например, в виде поперечной контактной шины 10 или в виде пантографа.

Каждая распределительная опора является отдельным источником подачи электроэнергии.

Предпочтительно они находятся на одинаковом расстоянии друг от друга.

Эта шина 10 каждой распределительной опоры входит в подвижный контакт с дорожкой, которая находится сверху оборудования для токосъема электроэнергии, причем дорожка может находиться как вверху, на уровне крыши, так и в нижней части, на уровне шасси.

Как изображено на фиг.4, одна или две направляющие для токосъема 11 и 12, являющиеся электрическими проводниками, образуют две параллельные дорожки для токосъема и установлены на изоляционное опорное устройство, закрепленное с помощью подвески на крыше 13 транспортного средства 4.

Плечи 7 или 8 распределительных опор 5 предпочтительно должны быть гибкими для обеспечения контакта между контактной шиной 10 и верхним оборудованием для токосъема транспортного средства.

Контакт также может быть осуществлен с помощью упругого взаимодействия с направляющей или направляющими для токосъема 11 и 12, взаимодействие обеспечивается упругой конструкцией соответствующих плеч 7 или 8 либо внешней силой, приложенной к плечу.

Что касается распределительных опор 5, то они могут быть многофункциональными, например выполнять также функции общественного освещения, и содержать для этого одно или несколько плеч 14 с расположенным на конце одним или несколькими источниками света 15.

Известно, что для того чтобы функционирование было непрерывным, необходимо, чтобы на отрезках подачи электроэнергии расстояние между распределительными опорами 5 было меньше длины токосъемной структуры 13 на крыше транспортного средства 4.

Такой тип подачи электроэнергии позволяет отказаться от воздушных линий, причем надежность функционирования остается неизменной. Также это обеспечивает более высокий уровень безопасности, чем при использовании воздушных линий, так как, из соображений безопасности, контактный элемент распределительных опор 5 предпочтительно находится под током только лишь во время контакта с транспортным средством 4 или незадолго до его прибытия, причем подача электроэнергии осуществляется до тех пор, пока оно не выйдет за пределы участка токосъема.

Такие переключения электропитания могут эффективно управляться автоматически при прохождении транспортным средством через датчики или детекторы присутствия (не показаны), расположенные на расстоянии от начала и конца определенного участка.

Также может быть добавлена механическая защита электрического контакта. Она автоматически срабатывает при прохождении контактной дорожки на крыше транспортного средства. В соответствии с предпочтительным вариантом осуществления плечи 7 и 8 распределительных опор 5 могут быть выполнены с возможностью подъема или перемещения в нерабочее положение, когда транспортное средство 4 находится вне области токосъема, что дополнительно повышает безопасность, а также позволяет пропускать транспортные средства большой высоты, например скорые поезда или ремонтные поезда.

Пример того, как плечо может складываться и раскладываться, приведен на фиг.3.

Также можно предположить различные дополнительные варианты осуществления.

Изобретение относится к области транспорта с электрической тягой. Система по данному изобретению состоит из отдельных участков токосъема (1), (2) или (3), которые обеспечены наземными или воздушными средствами для распределения электроэнергии, а также средств токосъема, расположенных на транспортном средстве (4). Средства распределения электроэнергии установлены на распределительных опорах (5), причем при приближении транспортного средства к ним подается электропитание, а когда транспортное средство (4) покидает токосъемный участок, подача питания прекращается. Токосъемные участки располагаются в зонах остановки (1), в зонах ускорения, а также в зонах подъема (2), для подзарядки и/или электропитания двигателя. Изобретение может быть применено в автономном городском общественном транспортном средстве, которое способно аккумулировать энергию. Технический результат заключается в снижении потребления электроэнергии и повышении автономности городского транспортного средства. 13 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Система непостоянной подачи и токосъема электроэнергии, предназначенная для накопления электроэнергии электродвигателем транспортного средства (4) общественного городского транспорта с предусмотренными на маршруте отрезками или участками подачи и токосъема электроэнергии, содержащими воздушные линии или наземные линии для подачи электроэнергии контактным способом или на расстоянии, причем электроэнергия также подается во время остановки транспортного средства для подзарядки запасов энергии и для последующего начала движения или для дополнительной тяги, отличающаяся тем, что передача электроэнергии происходит между индивидуальными элементами локальной подачи электроэнергии, повторяющимися по всей длине участка, всеми видами передачи электроэнергии, причем подача электроэнергии осуществляется через распределительные опоры (5) при помощи по меньшей мере одного плеча (7, 8), на конце которого выполнен элемент электрического контакта, причем подача электроэнергии на элемент электрического контакта автоматически осуществляется при приближении транспортного средства (4), входящего на участок токосъема, и автоматически прекращается, как только транспортное средство покидает участок токосъема, причем оборудование для токосъема расположено на транспортном средстве и действует на протяжении всей длины транспортного средства, причем это оборудование для токосъема, расположенное на транспортном средстве, является линейным и имеет длину, большую, чем расстояние между двумя последовательными индивидуальными элементами подачи электроэнергии.

2. Система токосъема по п.1, отличающаяся тем, что отрезки или участки подачи и токосъема электроэнергии находятся в зонах остановок, на станциях (1), в зонах замедления с последующим ускорением, или в зонах подъемов (2) транспортного средства (4), либо в зонах дополнительной подзарядки (3).

3. Система токосъема по п.1 или 2, отличающаяся тем, что распределение электроэнергии осуществляется по земле.

4. Система токосъема по предыдущему пункту, отличающаяся тем, что транспортное средство содержит оборудование, расположенное вдоль всей нижней части транспортного средства и взаимодействующее со средствами подачи электроэнергии на земле.

5. Система токосъема по п.1 или 2, отличающаяся тем, что подача электроэнергии осуществляется по воздуху.

6. Система токосъема по предыдущему пункту, отличающаяся тем, что верхнее оборудование для токосъема электроэнергии взаимодействует со средствами подачи электроэнергии по воздуху и расположено по всей длине транспортного средства.

7. Система токосъема по п.1, отличающаяся тем, что подача электроэнергии не осуществляется при отсутствии транспортного средства.

8. Система токосъема по п.1, отличающаяся тем, что элемент электрического контакта выполнен с возможностью подъема или перемещения.

9. Система токосъема по п.8, отличающаяся тем, что элемент электрического контакта представляет собой шину (10) электрического контакта для подачи электроэнергии.

10. Система токосъема по п.8 или 9, отличающаяся тем, что элемент электрического контакта защищен, если он не находится в электрическом контакте для подачи электроэнергии.

11. Система токосъема по п.6, отличающаяся тем, что верхнее оборудование для токосъема электроэнергии представляет собой набор из одной или нескольких направляющих для токосъема (11) или (12), являющихся электрическими проводниками и установленных на изоляционное опорное устройство.

12. Система токосъема по п.11, отличающаяся тем, что средствами подачи электроэнергии по воздуху являются распределительные опоры (5) и что расстояние между распределительными опорами (5) является меньшим, чем длина направляющих для токосъема (11) или (12).

13. Система токосъема по п.1, отличающаяся тем, что распределительные опоры (5) установлены с равными промежутками.

14. Система токосъема по п.1, отличающаяся тем, что каждая распределительная опора (5) включает дополнительную функцию освещения посредством одного или более источников освещения (15).