RU166738U1 - Устройство подзарядки накопителя энергии, питающего идентификатор колесной пары - Google Patents

Abstract

Устройство подзарядки накопителя энергии, питающего идентификатор колесной пары, содержащее генератор переменного напряжения и выпрямитель, выходные клеммы которого служат в качестве выходных клемм устройства, а входные клеммы выпрямителя соединены с выходными клеммами генератора переменного напряжения, содержащего: первый диск из магнитопроводящего материала, закрепленный через выполненные в нем периферийные отверстия на торце оси колесной пары соосно ее продольной оси с возможностью синхронного с ней вращения; магнитные элементы, размещенные на плоской части первого диска, обращенной в обратную от торца оси колесной пары сторону, и расположенные на данном диске радиально и равномерно по линии окружности вокруг его оси; второй диск из магнитопроводящего материала, расположенный параллельно и соосно первому диску, монтажная плата, концентрично расположенная на плоской части второго диска, обращенной в сторону первого диска, многослойные катушки из изолированного провода, расположенные на монтажной плате радиально и равномерно по линии окружности вокруг оси второго диска, отличающееся тем, что в генератор переменного напряжения введены: несущий винт, стержень которого вставлен в центральное отверстие, выполненное в первом диске; первая стопорная гайка, насаженная по резьбе на стержень несущего винта поверх первого диска до упора в него; втулка, насаженная на несущий винт поверх первой стопорной гайки до упора в нее; подшипник, насаженный своим внутренним кольцом на стержень несущего винта поверх втулки до упора в нее; вторая стопорная гайка, насаженная по резьбе на стержень несущего винта поверх внутреннего

Description

Предлагаемая полезная модель относится к средствам дистанционного контроля применительно к подвижному составу железнодорожного транспорта.

Известно электромеханическое устройство для колеса транспортного средства Н02К 23/52, B60L 1/00, B60Q 1/38, B62J 6/04 №2089993, содержащее генератор, расположенный на элементе вращающегося колеса, и содержащий закрепленный на элементе колеса соосно с колесом статор и цилиндрический ротор, на концевом участке вала которого закреплен эксцентрично расположенный груз, предотвращающий ротор от вращения, а также содержащее размещенный на элементе колеса осветительный узел, содержащий источники световой энергии, образующие необходимые информационные или декоративные символы и электрически соединенные с выводами обмотки статора генератора, отличающееся тем, что генератор выполнен в виде генератора переменного тока, а источники световой энергии в виде светодиодов, параллельно соединенных между собой и подключенных к выводам обмотки статора генератора через диод, катод которого подключен к анодам светодиодов, причем генератор и осветительный узел размещены в одном корпусе, указанный корпус выполнен съемным относительно колеса транспортного средства и является защитным колпаком колеса транспортного средства, а светодиоды размещены на лицевой поверхности указанного колпака.

К недостаткам известного устройства следует отнести следующее:

1. Конструкция и габаритные размеры известного устройства не позволяют разместить его на торце оси колесной пары в пространстве под штатной крышкой буксового узла.

2. Известное устройство не обеспечивает неподвижное во время вращения оси колесной пары положение накопителя энергии, для подзарядки которого устройство предназначено, что существенно затрудняет обслуживание устройства при его эксплуатации. Кроме того ухудшаются условия радиосвязи между наземным диспетчерским пунктом и идентификатором колесной пары, для обеспечения питания которого известное устройство используется.

3. Конструкция известного устройства не предназначена для эксплуатации в условиях продолжительного и интенсивного воздействия существенных механических нагрузок, которые сопровождают движение колесной пары по рельсовым путям, в том числе: тряска, вибрация, одиночные удары.

Известно устройство для мониторинга состояния букс колесных пар вагонов движущегося поезда В61К 9/04 №2381935, выбранное за прототип, которое содержит датчики, микропроцессор, активный приемопередатчик информации по радиоканалу и генератор электрического напряжения питания в составе подвижных магнитных элементов и неподвижных витков электрических проводников, размещенных под крышкой буксы. Дополнительно введены термостойкая кольцевая прокладка, электрически изолирующая крышку от буксы, многослойное коммутационное основание, неподвижно размещенное с внутренней стороны крышки, на котором установлены микропроцессор и электрорадиоэлементы приемопередатчика, и дисковый магнитопровод диаметром, равным диаметру торцевой поверхности оси колесной пары, установленный на многослойном коммутационном основании со стороны крышки буксы соосно с осью вращения колес. При этом четное число магнитов установлено на диске радиально и равномерно по линии окружности вокруг оси вращения колесной пары и ориентировано перпендикулярно к поверхности многослойного коммутационного основания поочередно разноименными полюсами. В дополнительном дисковом магнитопроводе выполнены выдавки, соответствующие по количеству, форме боковых поверхностей и взаимному месторасположению числу, форме и месторасположению, отверстий в многослойном коммутационном основании.

К недостаткам наиболее близкого аналога следует отнести

1. Известное устройство не обеспечивает возможность подзарядки накопителя энергии, питающего идентификатор колесной пары, при перемещении колесной пары по рельсовым путям вне вагона, вне вагонной тележки и при отсутствии на ее оси буксовых узлов.

2. Известное устройство не обеспечивает возможность подзарядки накопителя энергии идентификатора колесной пары при размещении всех составных частей устройства на вращающейся торцевой поверхности оси колесной пары.

3. Применение известного устройства требует доработки штатной конструкции буксового узла.

4. В процессе разборки/сборки буксового узла в ходе его эксплуатации могут быть повреждены узлы устройства и нарушены его настройки, и как следствие этого нарушена работоспособность устройства.

5. В связи с размещением на штатных элементах конструкции буксового узла дополнительно встраиваемых элементов конструкции устройства, возрастают требования к качеству изготовления штатных элементов конструкции буксового узла, а также существенно усложняется обслуживание буксового узла.

Задачей, на решение которой направлено предложенное устройство состоит в увеличении продолжительности контроля местонахождения колесной пары, за счет подзарядки накопителя энергии, питающего идентификатор колесной пары, при ее перемещении по рельсовым путям вне вагона, вне вагонной тележки, в том числе при отсутствии на оси колесной пары буксовых узлов.

Сущность заявляемой полезной модели заключается в том, что в устройстве подзарядки накопителя энергии, питающего идентификатор колесной пары, содержащем генератор переменного напряжения и выпрямитель, выходные клеммы которого служат в качестве выходных клемм устройства, а входные клеммы выпрямителя соединены с выходными клеммами генератора переменного напряжения, содержащего: первый диск, из магнитопроводящего материала, закрепленный через выполненные в нем периферийные отверстия, на торце оси колесной пары соосно ее продольной оси с возможностью синхронного с ней вращения; магнитные элементы, размещенные на плоской части первого диска, обращенной в обратную от торца оси колесной пары сторону и расположенные на данном диске радиально и равномерно по линии окружности вокруг его оси; второй диск из магнитопроводящего материала, расположенный параллельно и соосно первому диску, монтажная плата, концентрично расположенная на плоской части второго диска, обращенной в сторону первого диска; многослойные катушки из изолированного провода, расположенные на монтажной плате радиально и равномерно по линии окружности вокруг оси второго диска,

в генератор переменного напряжения введены: несущий винт, стержень которого вставлен в центральное отверстие, выполненное в первом диске; первая стопорная гайка, насаженная по резьбе на стержень несущего винта поверх первого диска до упора в него; втулка, насаженная на несущий винт поверх первой стопорной гайки до упора в нее; подшипник, насаженный своим внутренним кольцом на стржень несущего винта поверх втулки до упора в нее; вторая стопорная гайка, насаженная по резьбе на стержень несущего винта поверх внутреннего кольца подшипника до положения, при котором все элементы, насаженные на стержень несущего винта, жестко зафиксированы между собой; балласт, эксцентрично закрепленный на обращенной к первому диску плоской части второго диска, который через выполненное в нем центральное отверстие насажен на внешнее кольцо подшипника и закреплен на нем соосно и параллельно первому диску; защитный кожух из радиопрозрачного материала в форме стакана, обращенного своей полостью к первому диску и имеющего по краю своей боковой стенки отбортовку с отверстиями, через которые защитный кожух прикреплен к первому диску, при этом выпрямитель размещен внутри защитного кожуха на обращенной к его дну плоской части второго диска.

Технический результат заявляемой полезной модели заключается в обеспечении подзарядки накопителя энергии идентификатора колесной пары при размещении всех составных частей предлагаемого устройства на вращающейся торцевой поверхности оси колесной пары.

Это оказалось возможным за счет того, что:

в устройство ближайшего аналога введены: несущий винт, первая стопорная гайка, втулка, подшипник, вторая стопорная гайка, балласт и защитный кожух;

первый диск с размещенными на нем магнитными элементами соосно насажен на стержень несущего винта и закреплен на нем с помощью первой стопорной гайки;

на стержень несущего винта насажены втулка и подшипник, закрепленные на нем второй стопорной гайкой;

на внешнее кольцо подшипника насажен соосно первому диску второй диск с размещенными на нем монтажной платой, многослойными катушками из изолированного провода, выпрямителем и предотвращающим вращение второго диска балластом;

защитный кожух из радиопрозрачного материала в форме стакана, обращенный своей полостью к первому диску, прикреплен к нему через отверстия, выполненные в отбортовке боковой стенки защитного кожуха; выпрямитель размещен внутри защитного кожуха на обращенной к его дну плоской части второго диска;

все устройство в целом закреплено на торце оси колесной пары посредством крепления к нему входящего в устройство первого диска.

Именно описанное выше конструктивное решение позволяет предлагаемому устройству генерировать при вращении оси колесной пары электрическую энергию и обеспечивать функцию подзарядки накопителя энергии идентификатора колесной пары при условии, что все, без исключения, составные части устройства размещены на торце оси колесной пары в пространстве под штатной крышкой буксового узла.

Описанное выше конструктивное решение предлагаемого устройства позволяет обеспечивать подзарядку накопителя идентификатора колесной пары при ее движении по рельсовым путям, даже если с оси колесной пары сняты буксовые узлы.

Применение предлагаемого устройства не требует доработки штатной конструкции буксового узла. Устройство легко устанавливается на колесную пару и легко демонтируется с нее, а в процессе сборки/разборки буксового узла колесной пары корпус устройства не позволяет нарушить его работоспособность или повлиять на настройки устройства, выполненные перед установкой его на колесную пару.

Применение предлагаемого устройства позволит в условиях гибкого формирования пассажирского состава отслеживать перемещение каждой колесной пары, как в составе вагона, так и вне его при проведении профилактических или ремонтных работ, что облегчает организацию электронной базы данных по каждой колесной паре на всем протяжении ее эксплуатации.

Заявляемая полезная модель поясняется чертежами на Фиг. 1 - Фиг. 9.

Фиг. 1 - предлагаемое устройство в собранном виде

Фиг. 2 - вид сверху на устройство в собранном виде

Фиг. 3 - вид предлагаемого устройства в собранном виде в изометрии

Фиг. 4 - вид на установленное на торце оси колесной пары предлагаемое устройство в разрезе вдоль оси колесной пары под крышкой буксы.

Фиг. 5 - вид, изображенный на фиг. 4, в более крупном масштабе

Фиг. 6 - вид на предлагаемое устройство в сечении А-А

Фиг. 7 - вид на предлагаемое устройство в сечении Б-Б

Фиг. 8 - вид на предлагаемое устройство в сечении В-В

Фиг. 9 - предлагаемое устройство в собранном виде, установленное на торце оси колесной пары, когда с нее сняты буксовые узлы.

Позициями на чертежах обозначены:

1 - генератор переменного напряжения, на чертежах обозначен позициями входящих в него узлов.

2 - выпрямитель.

3. - первый диск.

4 - магнитные элементы.

5 - второй диск.

6 - монтажная плата.

7 - многослойные катушки.

8 - несущий винт.

9 - первая стопорная гайка 9.

10 - втулка 10.

11 - подшипник 11.

12 - вторая стопорная гайка.

13 - балласт 13.

14 - защитный кожух 14.

15 - ось колесной пары (в устройство не входит),

16 - буксовый узел (в устройство не входит),

17 - крышка буксового узла (в устройство не входит).

Устройство подзарядки накопителя энергии, питающего идентификатор колесной пары содержит: генератор переменного напряжения 1, обозначенный на чертежах позициями входящих в него узлов; выпрямитель 2, выходные клеммы которого служат в качестве выходных клемм устройства, а входные клеммы выпрямителя соединены с выходными клеммами генератора переменного напряжения 1. На чертежах не показаны выходные и входные клеммы: устройства, генератора переменного напряжения, выпрямителя.

Генератор переменного напряжения 1 содержит: первый диск 3, магнитные элементы 4, второй диск 5 монтажную плату 6, многослойные катушки 7 из изолированного провода, несущий винт 8, первую стопорную гайку 9, втулку 10, подшипник 11, вторую стопорную гайку 12, балласт 13, защитный кожух 14.

Первый диск 3 изготовлен из магнитопроводящего материала, имеет периферийные отверстия, и закреплен через них на торце оси колесной пары, соосно ее продольной оси с возможностью синхронного с ней вращения. На фигурах 4, 5, 7 первый диск обозначен позицией 3. Магнитные элементы 4 размещены на плоской части первого диска 3, обращенной в обратную от торца оси колесной пары сторону, и расположены на данном диске радиально и равномерно, по линии окружности вокруг его оси. На фигурах 4, 5, 7 магнитные элементы обозначены позицией 4. Магнитные элементы 4 имеют цилиндрическую форму с намагниченными торцевыми поверхностями, и расположены своей боковой поверхностью перпендикулярно к поверхности первого диска 3, причем установлены они поочередно разноименными полюсами, В результате этого торцевые поверхности диаметрально расположенных магнитных элементов 4 имеют противоположную намагниченность.

Второй диск 5 изготовлен из магнитопроводящего материала, и расположен параллельно и соосно первому диску 3. На плоской части второго диска 5, обращенной в сторону первого диска 3, концентрично расположена монтажная плата 6, на которой расположены радиально и равномерно по линии окружности вокруг оси второго диска 5, многослойные катушки 7 из изолированного провода. На фигурах 4, 5, 8 второй диск обозначен позицией 5, а расположенные на нем монтажная плата и многослойные катушки обозначены соответственно позициями 6 и 7. Многослойные катушки 7 из изолированного провода выполнены в виде цилиндрических катушек из изолированного провода, ориентированных продольной осью перпендикулярно к поверхности монтажной платы 6.

Монтажная плата 6, выполнена в виде платы с печатными проводниками, обеспечивающими необходимые соединения между выводами многослойных катушек 7, а также имеет выходные клеммы (на чертежах не показаны) для подключения генератора переменного напряжения 1 к выпрямителю 2. Несущий винт 8, стержень которого вставлен в центральное отверстие, выполненное в первом диске 3, закреплен на первом диске 3 с помощью первой стопорной гайки 9, насаженной по резьбе на стержень несущего винта 8 поверх первого диска 3 до упора в него. На фигурах 4, 5, 7 несущий винт и первая стопорная гайка обозначены соответственно позициями 8 и 9. Втулка 10 насажена на несущий винт 8 поверх первой стопорной гайки 9 до упора в нее. Подшипник 11 насажен своим внутренним кольцом на несущий винт 8 поверх втулки 10 до упора в нее. Вторая стопорная гайка 12 насажена по резьбе на стержень несущего винта 8 поверх внутреннего кольца подшипника 11 до положения, при котором все элементы, насаженные на стержень несущего винта 8, жестко зафиксированы между собой (см. фигуры 4, 5, 8). Балласт 13 эксцентрично расположен на плоской части второго диска 5, обращенной к первому диску (см. фигуры 4, 5, 8). Второй диск 5 через выполненное в нем центральное отверстие насажен на внешнее кольцо подшипника 11 и закреплен на нем соосно и параллельно первому диску 3 (см. фиг. 4, 5, 8). Балласт 13 выполнен в виде металлической пластины. Защитный кожух 14 изготовлен из радиопрозрачного материала в форме стакана, обращенного своей полостью к первому диску 3. Боковая цилиндрическая стенка защитного кожуха 14 имеет по своему краю отбортовку с отверстиями, через которые защитный кожух 14 прикреплен к первому диску 3. (см. фигуры 4, 5, 6, 7). Выпрямитель 2 размещен внутри полости защитного кожуха 14 на плоской части второго диска 5, обращенной к дну защитного кожуха 14 (см. фигуры 4, 5, 6).

Последовательность сборки устройства:

1. Насадить на несущий винт 8 первый диск 3 с установленными на нем магнитными элементами 4 и жестко зафиксировать их между собой с помощью первой стопорной гайки 9.

2. Насадить на стержень несущего винта 8 втулку 10.

3. Насадить на стержень несущего винта 8 поверх втулки 10 внутреннее кольцо подшипника 11, на внешнее кольцо которого предварительно насажен по плотной посадке второй диск 5 с установленными на нем элементами. При этом сторона второго диска 5, на которой закреплена монтажная плата 6 с многослойными катушками 7 из изолированного провода, должна быть обращена в сторону к первому диску 3.

4. Жестко зафиксировать между собой с помощью второй стопорной гайки 12 все насаженные на несущий винта элементы: первый диск 3, первую стопорную гайку 9, втулку 10, внутреннее кольцо подшипника 11.

5. Прикрепить к первому диску 3 защитный кожух 14 через периферийные отверстия в первом диске 3 и отверстия в отбортовке защитного кожуха 14. Устройство собрано.

6. Закрепить устройство через свободные после сборки периферийные отверстия в первом диске 3 к торцу оси колесной пары.

Устройство готово к эксплуатации.

При этом, для выполнения устройством своих функций, не имеет значение, установлен ли на хвостовик оси колесной пары буксовый узел (см. фиг. 4), или он не установлен (см. фиг. 9). Имеет значение только факт вращения оси колесной пары во время ее движения по рельсовым путям.

Основные конструктивные требования к элементам генератора переменного напряжения:

1. Материал, из которого изготовлены первый диск 3 и второй диск 5 должны иметь как можно меньшее магнитное сопротивлением, и быть устойчивым к механическим и климатическим воздействиям (например, электротехническая сталь).

2. Материал, из которого изготовлены магнитные элементы 4, должен иметь как можно большие значения остаточной индукции (Br не менее 0,7 Тл) и коэрцитивной силы (Hc не менее 7 кЭ), иметь устойчивость к механическим и климатическим воздействиям. В качестве варианта можно использовать редкоземельные магниты на основе сплава неодим-железо-бор, или магниты на основе сплавов самарий-кобальт.

Описание работы устройства.

Предлагаемое устройство представляет собой электромеханический преобразователь энергии, который преобразует вращательное движение оси колесной пары во время ее движения по рельсовым путям в переменное напряжение, которое с помощью выпрямителя преобразуется в постоянное напряжение, используемое для подзарядки накопителя энергии, питающего идентификатор колесной пары.

Работа электромеханического преобразователя энергии базируется на явлении возникновения электрического тока в замкнутом проводнике при пересечении им линий магнитного поля. В предлагаемом устройстве магнитное поле создается магнитными элементами 4, диаметрально расположенными на первом диске 3, и обращенными к его поверхности разноименными полюсами, а в качестве магнитопровода используются расположенные друг против друга первый диск 3 и второй диск 5, которые изготовлены из магнитопроводящего материала.

При вращении оси колесной пары 15 синхронно с ней вращается первый диск 3 с расположенными на нем магнитными элементами 4. Поскольку расположенный напротив него второй диск 5 остается неподвижным, то расположенные на нем витки многослойных катушек 7 из изолированного провода пересекают линии магнитного поля, что приводит к возникновению в них переменного электрического тока.

В варианте реализации электромеханического преобразователя энергии в виде предлагаемого устройства изображена трехфазная система, формирующая три магнитных потока, сдвинутых на 120 градусов.

Применительно к одной фазе магнитный поток создается двумя магнитными элементами 4, расположенными диаметрально по отношению друг к другу, и обращенными к поверхности первого диска 3 разноименными полюсами. При этом магнитная цепь проходит по пути:

- свободная торцевая поверхность первого магнитного элемента 4 (северный полюс);

- немагнитный зазор между свободной торцевой поверхностью первого магнитного элемента 4 и торцевой поверхностью, расположенной напротив него первой многослойной катушки 7;

- немагнитный зазор между торцами первой многослойной катушки 7;

- немагнитный зазор, определяемый толщиной монтажной платы 6;

- плоская часть второго диска 5 между торцами первой и второй многослойными катушками 7, расположенными диаметрально по отношению друг к другу;

- немагнитный зазор, определяемый толщиной монтажной платы 6;

- немагнитный зазор между торцами второй многослойной катушки 7; - немагнитный зазор между торцевой поверхностью второй многослойной катушки 7 и свободной торцевой поверхностью расположенного напротив нее второго магнитного элемента 4 (южный полюс);

- прижатая к монтажной плате 6 торцевая поверхность второго магнитного элемента 4 (северный полюс);

- плоская часть первого диска 3, от северного полюса второго магнитного элемента 4 до южного полюса первого магнитного элемента 4, расположенного диаметрально по отношению ко второму магнитному элементу 4.

Для обеспечения описанного выше пути магнитных силовых линий суммарная величина немагнитных зазоров магнитной цепи не должна превышать зазор между боковыми цилиндрическими поверхностями соседних магнитных элементов 4.

Процессы, протекающие в магнитной цепи второй и третьей фазы полностью идентичны процессам, описанным выше для первой фазы.

Claims (1)

1. Устройство подзарядки накопителя энергии, питающего идентификатор колесной пары, содержащее генератор переменного напряжения и выпрямитель, выходные клеммы которого служат в качестве выходных клемм устройства, а входные клеммы выпрямителя соединены с выходными клеммами генератора переменного напряжения, содержащего: первый диск из магнитопроводящего материала, закрепленный через выполненные в нем периферийные отверстия на торце оси колесной пары соосно ее продольной оси с возможностью синхронного с ней вращения; магнитные элементы, размещенные на плоской части первого диска, обращенной в обратную от торца оси колесной пары сторону, и расположенные на данном диске радиально и равномерно по линии окружности вокруг его оси; второй диск из магнитопроводящего материала, расположенный параллельно и соосно первому диску, монтажная плата, концентрично расположенная на плоской части второго диска, обращенной в сторону первого диска, многослойные катушки из изолированного провода, расположенные на монтажной плате радиально и равномерно по линии окружности вокруг оси второго диска, отличающееся тем, что в генератор переменного напряжения введены: несущий винт, стержень которого вставлен в центральное отверстие, выполненное в первом диске; первая стопорная гайка, насаженная по резьбе на стержень несущего винта поверх первого диска до упора в него; втулка, насаженная на несущий винт поверх первой стопорной гайки до упора в нее; подшипник, насаженный своим внутренним кольцом на стержень несущего винта поверх втулки до упора в нее; вторая стопорная гайка, насаженная по резьбе на стержень несущего винта поверх внутреннего кольца подшипника до положения, при котором все элементы, насаженные на стержень несущего винта, жестко зафиксированы между собой; балласт, эксцентрично закрепленный на обращенной к первому диску плоской части второго диска, который через выполненное в нем центральное отверстие насажен на внешнее кольцо подшипника и закреплен на нем соосно и параллельно первому диску; защитный кожух из радиопрозрачного материала в форме стакана, обращенного своей полостью к первому диску и имеющего по краю своей боковой стенки отбортовку с отверстиями, через которые защитный кожух прикреплен к первому диску, при этом выпрямитель размещен внутри защитного кожуха на обращенной к его дну плоской части второго диска.

   

Images