RU2666073C1

RU2666073C1 - System for collecting electricity from railways

Info

Publication number: RU2666073C1
Application number: RU2017118754A
Authority: RU
Inventors: Виктор Виторович Миханошин
Priority date: 2017-09-27
Filing date: 2017-09-27
Publication date: 2018-09-05

Abstract

FIELD: transportation.SUBSTANCE: invention relates to railway telemechanics devices for collecting electricity from railway tracks. System includes a plurality of electromechanical vibration transducers for rails capable of generating electric power located in depressions in a plurality of sleepers under the rails, a power control device for the collected electric power, electrical conductors connecting said plurality of electromechanical transducers to a power control device for the collected electric power. Moreover, each electromechanical converter of rails vibration into electric power is made in the form of a magnetoelastic converter, in the center of the horizontal bottom of the recess of each sleeper there is a cylindrical projection, on the end of the magnetoelastic transducer conjugated to the bottom end there is a corresponding mating hole under the projection. When power is removed, diode bridge rectifiers are used, and the power control device of the collected electricity is made in the form of an inverter.EFFECT: increase in the efficiency of converting the mechanical energy of rail vibration into electric power is achieved by reducing the level of the generated voltage.8 cl, 7 dwg

Description

Изобретение относится к электротехнике, к конструкциям вибрационных электрических генераторов, преобразующих механическую энергию импульсного или периодического колебательного движения в электричество и, может быть использовано как дополнительный источник электроэнергии в транспортной или иной энергосистеме.The invention relates to electrical engineering, to the designs of vibrational electric generators that convert the mechanical energy of pulsed or periodic oscillatory motion into electricity and can be used as an additional source of electricity in a transport or other power system.

Известны несколько изобретений, касающихся устройств и способов сбора энергии с пьезоэлектрических элементов, встроенных в дорожные сети.Several inventions are known regarding devices and methods for collecting energy from piezoelectric elements embedded in road networks.

Патент GB 2389249 «Electricity generating abstract» Mark Colin Porter, 29.05.2002, описывает устройство сбора энергии с использованием пьезоэлектрических цилиндров, которые встроены в дорожные покрытия.Patent GB 2389249 "Electricity generating abstract" Mark Colin Porter, 05/29/2002, describes a device for collecting energy using piezoelectric cylinders that are embedded in road surfaces.

Например, патентная заявка на способ US 2005/0127677 «Roadway generating electric power by incorporating piezoelectric materials» Jeffrey K. Luttrull, 25.01.2004, описывает последовательность операций для выработки электричества от движения автотранспорта с использованием множества пьезоэлектрических элементов.For example, Patent Application US 2005/0127677, “Roadway generating electric power by incorporating piezoelectric materials” by Jeffrey K. Luttrull, January 25, 2004, describes a process for generating electricity from motor vehicles using a plurality of piezoelectric elements.

Патент CN 1633009 «Method and system for piezoelectric power generation by using vibration energy of road system» University XI AN JIAOTONG, зарегистрированный 29.05.2005, также посвящен способу сбора энергии вибрации дорожных сетей посредством использования пьезоэлектрических устройств.Patent CN 1633009 “Method and system for piezoelectric power generation by using vibration energy of road system” University XI AN JIAOTONG, registered May 29, 2005, is also devoted to a method for collecting vibration energy of road networks by using piezoelectric devices.

Однако компоновка пьезоэлектрических элементов, упомянутых в известных патентных документах, не оптимизирована по коэффициенту полезного действия, т.к. большая часть энергии деформации, создаваемая используемыми пьезоэлектрическими генераторами при их механической деформации проезжающими по ним транспортными средствами, безвозвратно теряется, что делает предлагаемые способы и устройства извлечения энергии малоэффективными.However, the arrangement of the piezoelectric elements mentioned in the known patent documents is not optimized for efficiency, since most of the deformation energy created by the used piezoelectric generators during their mechanical deformation by vehicles passing through them is irretrievably lost, which makes the proposed methods and devices for energy extraction ineffective.

Известен способ получения разности электрических потенциалов и его устройство, включающий расположение пьезоэлектрических преобразователей механического давления в разность электрических потенциалов между нижней поверхностью подошвы рельса и его опорой в виде подложки или шпалы и фиксирование разности электрических потенциалов при прохождении по данному рельсу железнодорожного поезда, каждый пьезоэлектрический преобразователь механического давления в разность электрических потенциалов располагают на нижней поверхности подошвы рельса, вводят в зацепление с подошвой рельса и фиксируют на ней от продольных и поперечных смещений (RU 2091252, B61L 1/04, 1997).A known method of obtaining a difference in electric potentials and its device, including the arrangement of piezoelectric transducers of mechanical pressure in the difference in electric potentials between the bottom surface of the rail sole and its support in the form of a substrate or sleepers and fixing the difference in electric potentials when passing along a rail of a railway train, each piezoelectric transducer mechanical pressure in the difference of electric potentials are placed on the bottom surface of the sole s of the rail, is introduced into engagement with the rail foot and fixed on it by longitudinal and transverse displacements (RU 2091252, B61L 1/04, 1997).

Недостатком известного решения является невозможность получения максимальной разности потенциалов в пьезоэлектрическом преобразователе, кроме того, возможно разрушение подкладки под рельсом.A disadvantage of the known solution is the inability to obtain the maximum potential difference in the piezoelectric transducer, in addition, the destruction of the lining under the rail is possible.

Известен способ получения разности электрических потенциалов и его устройство, заключающийся в расположении пьезоэлектрических преобразователей механического давления в разность электрических потенциалов на железнодорожном пути, передаче на них через рельсы давления колес железнодорожного поезда и получение разности электрических потенциалов, при котором каждый пьезоэлектрический преобразователь механического давления в разность электрических потенциалов располагают на опоре между шпалами. При этом каждый пьезоэлектрический преобразователь механического давления в разность электрических потенциалов располагают между рельсами и давление от рельсов на него передают рычажно-консольной системой, при этом преобразователь располагают на плече рычага и используют это плечо в качестве опоры (RU 2095265, B61L 1/04, 1997).There is a method of obtaining a difference in electric potentials and its device, which consists in the arrangement of piezoelectric transducers of mechanical pressure in the difference of electric potentials on a railway track, transferring them to the pressure wheels of a railway train and obtaining a difference in electric potentials, in which each piezoelectric transducer of mechanical pressure into a difference in electric potentials are placed on a support between the sleepers. In this case, each piezoelectric transducer of mechanical pressure to the electric potential difference is placed between the rails and the pressure from the rails is transmitted to it by a lever-console system, while the transducer is placed on the lever arm and use this arm as a support (RU 2095265, B61L 1/04, 1997 )

Недостаток этого известного решения состоит в том, что размещение пьезоэлектрических пластин на опорах между рельсами при их различных колебаниях требует точной регулировки высоты установки, что снижает эффективность работы устройства и ухудшает выработку электроэнергии, а также его малая надежность и сложность из-за наличия рычажно-консольной системы.The disadvantage of this known solution is that the placement of the piezoelectric plates on the supports between the rails during their various vibrations requires accurate adjustment of the installation height, which reduces the efficiency of the device and degrades the generation of electricity, as well as its low reliability and complexity due to the presence of the lever-console system.

Аналогичными недостатками характеризуется и путевое устройство для преобразования механической энергии в электрическую (патент РФ №2455183, МПК B61L 1/04 (2006.01)), в котором механическое воздействие на пьезоэлектрические преобразователи осуществляется нагруженным рельсом через двуплечий рычаг и кинематические передаточные механизмы, содержащие храповой механизм, пружины, телескопические звенья, приводные диски, собачки, подшипниковые узлы, полумуфты и разрезные валы.A similar device is characterized by a track device for converting mechanical energy into electrical energy (RF patent No. 2455183, IPC B61L 1/04 (2006.01)), in which mechanical action on piezoelectric transducers is carried out by a loaded rail through a two-arm lever and kinematic transmission mechanisms containing a ratchet mechanism, springs, telescopic links, drive discs, pawls, bearing units, coupling halves and split shafts.

Также известен патент РФ «Устройство и система для сбора электроэнергии с дороги и способ их осуществления» №2482568, МПК H01L 41/113 (2006.01), E01F 11/00 (2006.01). Осуществляют сбор энергии с дорог и взлетно-посадочных полос, в котором пьезоэлектрическое устройство, способное к выработке электроэнергии и содержащее множество пьезоэлектрических стержней, встроенных в матрицу, размещено между пластиной основания и верхней пластиной. Кроме того, в системе для сбора энергии с дороги содержится блок регулирования мощности, электрические проводники, соединяющие указанное по меньшей мере одно пьезоэлектрическое устройство с упомянутым блоком регулирования мощности. Причем упомянутые выше элементы, помимо блока регулирования мощности, встроены в дорогу, а именно в слои ее асфальта.Also known is the RF patent “Device and system for collecting electric power from the road and a method for their implementation” No. 2482568, IPC H01L 41/113 (2006.01), E01F 11/00 (2006.01). Energy is collected from roads and runways, in which a piezoelectric device capable of generating electricity and containing many piezoelectric rods embedded in the matrix is placed between the base plate and the upper plate. In addition, the system for collecting energy from the road contains a power control unit, electrical conductors connecting said at least one piezoelectric device to said power control unit. Moreover, the above-mentioned elements, in addition to the power control unit, are built into the road, namely in the layers of its asphalt.

Данная группа известных изобретений характеризуется рядом недостатков. В процессе эксплуатации любой дороги, даже качественной, неизбежны локальные небольшие перемещения, растрескивание, продавливание в одних местах и вспучивание в других ее слоев под воздействием давления колес проезжающих по ней транспортных средств, особенно тяжелых. Изменение температур широком диапазоне, включая отрицательные, атмосферные осадки, обледенение еще более способствуют процессу смещения одних слоев дороги относительно других, т.е. разрушению ее покрытия и самой дороги.This group of known inventions is characterized by several disadvantages. During the operation of any road, even of high quality, local small movements, cracking, punching in some places and swelling in other layers are inevitable under the influence of the pressure of the wheels of vehicles passing through it, especially heavy ones. Changes in temperature over a wide range, including negative, precipitation, icing, further contribute to the process of displacement of some layers of the road relative to others, i.e. the destruction of its cover and the road itself.

В связи с вышеизложенным, возникают большие сомнения по поводу прочности достаточно тонких электрических проводников, соединяющих маломощные пьезоэлектрические устройства. Т.к. известно, например, что кабели, предназначенные для прокладки в земле, используют бронированные, защищенные от механических повреждений. А если же используют кабели без брони, то их прокладку осуществляют обязательно с использованием асбестоцементных или специальных ПВХ- или ПЭ-труб. Очевидно, что надежность данного изобретения является крайне низкой.In connection with the foregoing, there are great doubts about the strength of sufficiently thin electrical conductors connecting low-power piezoelectric devices. Because It is known, for example, that cables intended for laying in the ground use armored cables that are protected from mechanical damage. But if you use cables without armor, then their laying is carried out necessarily using asbestos-cement or special PVC or PE pipes. Obviously, the reliability of this invention is extremely low.

Кроме того, в случае поломки части элементов - самих пьезоэлектрических устройств - или потере электрического соединения (разрыву проводников) между ними для восстановления их работоспособности необходимо снимать слой асфальта определенной толщины и отсоединять не работоспособные элементы от прилипшего асфальта, что практически не реально. По этим причинам данная группа известных изобретений широкого применения не нашла.In addition, in the event of a breakdown of some of the elements - the piezoelectric devices themselves - or loss of electrical connection (rupture of the conductors) between them, in order to restore their operability, it is necessary to remove a layer of asphalt of a certain thickness and disconnect inoperable elements from adhering asphalt, which is practically impossible. For these reasons, this group of well-known inventions has not been widely used.

Аналогичными недостатками характеризуется и подобное изобретение «Modular piezoelectric generators)) по заявке WO 2010/116348 A1, МПК H01L 41/113 (2006.01) и подобное изобретение «Energy harvesting)) (сбор энергии) (Франция) по заявке WO 2009098676 A1, МПК Е01С 9/00, также предназначенные для съема электроэнергии посредством использования пьезоэлектрических преобразователей, встроенных в верхние слои дороги или взлетной полосы, и имеющие несколько отличное конструктивное исполнение, но в целом схожие с описанными ранее.Similar disadvantages are characteristic of the similar invention “Modular piezoelectric generators))) according to the application WO 2010/116348 A1, IPC H01L 41/113 (2006.01) and the similar invention“ Energy harvesting)) (energy collection) (France) according to the application WO 2009098676 A1, IPC Е01С 9/00, also designed for electric power removal through the use of piezoelectric transducers built into the upper layers of the road or runway, and having a slightly different design, but generally similar to those described previously.

Номера этих национальных патентов СА 2715112 А1, СА 2715112 С, CN 102084062 A, ЕР 2252739 А1, US 7830071, US 20090195122, US 20090195226, US 7812508 В2.The numbers of these national patents are CA 2715112 A1, CA 2715112 C, CN 102084062 A, EP 2252739 A1, US 7830071, US 20090195122, US 20090195226, US 7812508 B2.

Известно также устройство, система и способ сбора электроэнергии с железнодорожных путей (патент РФ №2459735 МПК B61L 1/06, принятое за прототип, включающую систему сбора электроэнергии, содержащую множество пьезоэлектрических устройств, встроенных в железнодорожные шпалы или прикрепленных к железнодорожному рельсу к нижней его части или к боковым сторонам его подошвы или к боковым сторонам основания его головки и способных к выработке электроэнергии, блок регулирования мощности и электрические проводники, соединяющие упомянутые элементы. Электроэнергия вырабатывается, когда поезд переезжает места расположения упомянутых пьезоэлектрических устройств. Известно несколько частных вариантов исполнения патентованного изобретения.There is also known a device, system and method for collecting electricity from railway tracks (RF patent No. 2459735 IPC B61L 1/06, adopted as a prototype, including an electric power collection system containing many piezoelectric devices embedded in railway sleepers or attached to a rail to its lower part or to the sides of its sole or to the sides of the base of its head and capable of generating electricity, a power control unit and electrical conductors connecting said elements. lektroenergiya generated when the train moves to location of said piezoelectric devices. Several particular embodiments of the patented invention.

В некоторых частных вариантах осуществления блок регулирования мощности подводит снимаемую с пьезоэлектрических устройств электроэнергию к станции зарядки аккумуляторных батарей электрических транспортных средств для их зарядки, или к блоку дорожной сигнализации, или к фонарям железнодорожной станции, или к магистральной электрической сети, или к блоку накопления энергии.In some particular embodiments, the power control unit supplies electric power removed from the piezoelectric devices to the battery charging station of electric vehicles for charging them, or to the road signaling unit, or to the lights of the railway station, or to the main electric network, or to the energy storage unit.

В некоторых частных вариантах осуществления пьезоэлектрические устройства содержат множество стержней на основе цирконат-титанат-свинцовой (PZT) керамики, встроенных в упругую матрицу, которая является связующим веществом или эпоксидной смолой, а также может быть выбрана из группы материалов, таких как термопластичный полимер, резина или другой натуральный или синтетический эластичный материал.In some particular embodiments, piezoelectric devices comprise a plurality of zirconate-titanate-lead (PZT) ceramic rods embedded in an elastic matrix that is a binder or epoxy resin, and can also be selected from the group of materials, such as thermoplastic polymer, rubber or other natural or synthetic elastic material.

Недостатком данного известного изобретения является необходимость специального крепежного устройства, с помощью которого пьезоэлектрические устройства жестко закрепляются (фиксируются) непосредственно на железнодорожном рельсе. В данном случае пытались использовать или механические прижимные устройства - типа зацеп или скоба с П-образным профилем или более сложным, за счет которого создается упругая сила, или засверливать рельс и прикручивать пьезоэлектрические устройства с помощью обычных болтов и прижимных планок. В первом случае требовалось постоянно производить контроль технического состояния множества таких малонадежных прижимных устройств, которые от периодического действия на них механической вибрации рельсов и атмосферных осадков в виде дождя, снега и града теряют свои упругие свойства, смещаются от изначально установленного рабочего положения, ржавеют и разрушаются со временем. Во втором значительно возрастает стоимость и трудоемкость установочных работ.The disadvantage of this known invention is the need for a special mounting device with which the piezoelectric devices are rigidly fixed (fixed) directly on the rail. In this case, they tried to use either mechanical clamping devices - such as a hook or a bracket with a U-shaped profile or more complex, due to which an elastic force is created, or drill a rail and screw piezoelectric devices using ordinary bolts and clamping bars. In the first case, it was necessary to constantly monitor the technical condition of many such unreliable clamping devices, which from the periodic action of mechanical vibrations of rails and precipitation in the form of rain, snow and hail lose their elastic properties, are displaced from the originally established working position, rust and collapse time. The second significantly increases the cost and complexity of installation work.

Всем перечисленным выше патентам, использующим для преобразования механической энергии колебания в электрическую пьезоэлектрические преобразователи, свойственна низкая эффективность (КПД) преобразования, т.к. пьезоэлементы (пьезокварц, цирконат-титанат-свинцовая (PZT) керамика) способны генерировать крайне малый ток, ввиду того, что их внутреннее сопротивление чрезвычайно высоко и составляет порядка 10⁶ Ом. Кроме того, если их использовать с максимально возможной для них эффективностью, т.е. при максимальных механических воздействиях, эти элементы достаточно быстро разрушатся, вследствие усталости материала из которых они изготовлены. Попытки увеличения долговечности пьезоэлементов путем уменьшения максимально действующей на них механической нагрузки еще более снижают их эффективность.All of the above patents, which use oscillations to convert mechanical energy into electrical piezoelectric transducers, are characterized by low conversion efficiency (COP), since piezoelectric elements (piezoelectric quartz, zirconate-titanate-lead (PZT) ceramics) are able to generate an extremely small current, due to the fact that their internal resistance is extremely high and amounts to about 10 ⁶ Ohms. In addition, if they are used with the highest possible efficiency for them, i.e. with maximum mechanical stress, these elements will quickly enough collapse, due to the fatigue of the material from which they are made. Attempts to increase the durability of piezoelectric elements by reducing the maximum mechanical load acting on them further reduce their effectiveness.

Вторым существенным недостатком всех известных устройств, генерирующих электроэнергию на основе пьезоэлектрических преобразователей, является то, что генерируемое ими напряжение составляет от нескольких кВ до десятков кВ. Это значит, что электрическая изоляция пьезоэлектрических преобразователей и соединяющих их электрических проводников должна быть надежной, и рассчитана на такое высоковольтное напряжение, следовательно, возрастает ее стоимость и предъявляемые к ней требования.The second significant drawback of all known devices generating electricity based on piezoelectric transducers is that the voltage generated by them is from several kV to tens of kV. This means that the electrical insulation of the piezoelectric transducers and the electrical conductors connecting them must be reliable, and designed for such a high-voltage voltage, therefore, its cost and the requirements for it increase.

Техническая задача, на решение которой направлено заявляемое изобретение, состоит в устранении указанных недостатков, а именно: повышение эффективности (КПД) преобразования механической энергии вибрации в электроэнергию, упрощение конструкции самого преобразователя, снижение уровня генерируемого напряжения, а также повышение его надежности.The technical problem to be solved by the claimed invention is aimed at eliminating the indicated drawbacks, namely: increasing the efficiency (COP) of converting the mechanical vibrational energy into electricity, simplifying the design of the converter itself, reducing the level of generated voltage, as well as increasing its reliability.

Поставленная задача достигается тем, что в известной системе для сбора электроэнергии с железнодорожных путей, имеющих множество шпал, содержащей множество электромеханических преобразователей вибраций рельсов, способных к выработке электроэнергии, размещенных в углублениях во множестве шпал под рельсами; также содержащей устройство регулирования мощности собираемой электроэнергии, электрические проводники, соединяющие упомянутое множество электромеханических преобразователей с упомянутым устройством регулирования мощности собираемой электроэнергии, в отличие от нее, в заявляемой системе каждый электромеханический преобразователь вибрации рельсов в электроэнергию выполнен в виде магнитоупругого преобразователя в форме пластинчатого магнитопровода с изолированными друг от друга в пакетах плоскими пластинами и со свободно надетыми на выступающие стержни в сборе данных пластин пакетов изоляционными влагостойкими каркасами, включающими намотанные на гильзу каждого из них индуктивные медные катушки. При этом магнитоупругий преобразователь расположен в каждом данном углублении каждой шпалы. Каждая плоская пластина пластинчатого магнитопровода имеет примыкающую с чередованием соответственно к ее верхнему или нижнему торцу замыкающую прямоугольную продолговатую изолированную пластину с аналогичной длиной, толщиной и магнитными свойствами материала, образуя таким путем его изолированный слой, на который жестко наложен аналогичный второй или третий такой же слой, образуя, таким образом, совместно пластинчатый пакет, состоящий из двух или трех изолированных слоев, причем все данные пластинчатые пакеты образуют единый набор пакетов пластинчатого магнитопровода, все пакеты которого, в свою очередь, наложены друг на друга ассиметрично и скреплены в данном наборе между собой крепежными элементами через сквозные изолированные внутри отверстия по противоположным торцам образованного магнитопровода, причем сам образованный пластинчатый набор пакетов магнитопровода выполнен из магнитострикционного магнитомягкого материала и содержит на изоляционных влагостойких каркасах стержней его пластин упомянутые индуктивные медные катушки. По центру горизонтального днища углубления каждой шпалы имеется цилиндрический выступ, на сопряженном с днищем торце магнитоупругого преобразователя выполнено под выступ соответствующее сопрягаемое отверстие, а его сердечник выполнен из тонких листов в виде данных изолированных плоских штампованных пластин, изготовленных из упомянутого магнитострикционного магнитомягкого материала. Обмотки индуктивных медных катушек каркаса пластин, которые примыкают к его двум противоположным боковым торцовым граням, наложены на них «впотай» в их пазу. Индуктивные медные катушки пластинчатого магнитопровода, расположенные на изоляционных влагостойких каркасах стержней его пластин, электрически соединены между собой последовательно согласно, образуя в нем единую обмотку таким образом, что наводимая при деформации пластинчатого магнитопровода в обмотках электродвижущая сила суммируется, обеспечивая тем самым большую суммарную электродвижущую силу. Причем индуктивные катушки всех магнитоупругих преобразователей выполнены с последовательно - параллельным типом их соединения при использовании диодных мостовых выпрямителей и инвертора, упомянутое устройство регулирования мощности собираемой электроэнергии выполнено в виде инвертора, а соединительные электрические провода и кабели, соединяющие элементы заявляемой системы между собой, выполнены сечением не менее 1,5 мм².This object is achieved by the fact that in the known system for collecting electricity from railway tracks having multiple sleepers, containing many electromechanical vibration transducers of rails capable of generating electricity, located in the recesses in many sleepers under the rails; also containing a device for controlling the power of the collected electric power, electrical conductors connecting the aforementioned set of electromechanical converters with the said device for controlling the power of the collected electric power, in contrast to it, in the inventive system, each electromechanical converter of vibration of rails into electric energy is made in the form of a magnetoelastic converter in the form of a plate magnetic circuit with insulated apart in bags with flat plates and with loose on They are mounted on protruding rods in the collection of these plate plates with moisture-proof insulating frames, including inductive copper coils wound on the sleeve of each of them. In this case, the magnetoelastic transducer is located in each given recess of each sleepers. Each flat plate of a plate magnetic circuit has an adjacent rectangular elongated insulated plate with the same length, thickness and magnetic properties of the material adjacent to alternating to its upper or lower end, thus forming its insulated layer onto which a similar second or third same layer is rigidly applied thus forming together a plate packet consisting of two or three isolated layers, all of these plate packets forming a single set packages of a plate magnetic circuit, all packages of which, in turn, are asymmetrically superimposed on each other and fastened in this set by fasteners through through-hole insulated inside the opposite ends of the formed magnetic circuit, and the formed plate set of magnetic circuit packages is made of magnetostrictive soft magnetic material and contains on the insulating moisture-proof frames of the rods of its plates the mentioned inductive copper coils. In the center of the horizontal bottom of the recess of each sleepers there is a cylindrical protrusion, a corresponding mating hole is made under the protrusion of the magnetoelastic transducer under the protrusion, and its core is made of thin sheets in the form of data of isolated flat stamped plates made of the aforementioned magnetostrictive magnetically soft material. The windings of the inductive copper coils of the plate frame, which are adjacent to its two opposite lateral end faces, are superimposed on them “flush” into their groove. Inductive copper coils of a plate magnetic circuit located on insulating moisture-proof frames of the rods of its plates are electrically interconnected in series according to, forming a single winding in it so that the electromotive force induced by the deformation of the plate magnetic circuit in the windings is summed, thereby providing a large total electromotive force. Moreover, the inductive coils of all magnetoelastic converters are made with a series-parallel type of their connection when using diode bridge rectifiers and an inverter, the aforementioned device for controlling the power of the collected electricity is made in the form of an inverter, and the connecting electric wires and cables connecting the elements of the claimed system to each other are not made less than 1.5 mm ² .

Пластинчатый пакет магнитопровода образован при симметричном наложении в частном случае двух или трех его изолированных слоев путем совмещения в каждом слое по обеим его сторонам друг с другом соответственно верхних и нижних сторон налагаемых друг на друга слоев плоских пластин.The plate package of the magnetic circuit is formed by symmetric superposition in the particular case of two or three of its isolated layers by combining in each layer on both its sides with each other, respectively, the upper and lower sides of the superimposed layers of flat plates.

Изолированные друг от друга плоские пластины пластинчатого магнитопровода в частном случае имеют «Ш»-образную форму.Isolated from each other, the flat plates of the plate magnetic circuit in a particular case have a "W" -shaped shape.

Изоляционные влагостойкие каркасы с индуктивными медными катушками свободно в частном случае надеты на трех выступающих стержнях «Ш»-образных плоских пластин единого набора пакетов магнитопровода.Moisture-proof insulating frames with inductive copper coils are loosely worn in the particular case on three protruding rods of "Ш" -shaped flat plates of a single set of magnetic circuit packages.

В частном случае свободные выводы двух последовательно согласно соединенных единых обмоток магнитоупругих преобразователей, размещенных по одному в соответствующих углублениях каждой одной шпалы, электрически соединены со входами каждого однофазного мостового диодного выпрямителя, образуя вместе с ними источник постоянного напряжения, а выводы каждого такого источника постоянного напряжения соединены между собой параллельно и со входом инвертора, преобразующего подаваемое на его вход выпрямленное каждым данным диодным выпрямителем напряжение в переменное однофазное или трехфазное напряжение частотой 50 Гц.In the particular case, the free terminals of two successively connected single windings of magnetoelastic transducers placed one at a time in the corresponding recesses of each single sleepers are electrically connected to the inputs of each single-phase bridge diode rectifier, forming a constant voltage source with them, and the terminals of each such constant voltage source are connected straighten each other in parallel and with the input of the inverter, converting the rectified by each diode supplied to its input em voltage to AC single-phase or three-phase voltage frequency of 50 Hz.

В другом частном случае один из свободных выводов двух последовательно соединенных единых обмоток магнитоупругих преобразователей, размещенных по одному в соответствующих углублениях каждой одной шпалы, электрически соединен с аналогичным выводом двух последовательно соединенных единых обмоток магнитоупругих преобразователей каждой из нескольких, пяти или восьми, соседних шпал, а второй оставшийся вывод каждых двух последовательно соединенных единых обмоток магнитоупругих преобразователей каждой одной шпалы электрически соединен со входом многофазного мостового диодного выпрямителя, при этом число фаз равно числу шпал с установленными на них магнитоупругими преобразователями, выводы единых обмоток которых соединены со входом данного выпрямителя и далее инвертора.In another particular case, one of the free terminals of two series-connected single windings of magnetoelastic transducers, placed one at a time in the corresponding recesses of each single sleepers, is electrically connected to a similar terminal of two series-connected single windings of magnetoelastic converters of each of several, five or eight adjacent sleepers, and the second remaining output of each two series-connected single windings of magnetoelastic transducers of each one sleepers is electrically connected n to the input of the polyphase bridge diode rectifier, wherein the number of phases equals the number of sleepers fitted with the magnetoelastic transducers conclusions common windings are connected to the input of the rectifier and a further inverter.

Изолированные пластины магнитострикционного материала магнитоупругого преобразователя в частном случае выполнены толщиной 0,1-0, 2 мм.The insulated plates of the magnetostrictive material of the magnetoelastic transducer in a particular case are made with a thickness of 0.1-0.2 mm.

Магнитострикционный магнитомягкий материал магнитоупругого преобразователя использован в частном случае в виде никеля или пермендюра.The magnetostrictive magnetically soft material of the magnetoelastic transducer is used in the particular case in the form of nickel or permendure.

Заявляемые ограничительные и отличительные признаки обеспечивают достижение поставленной технической задачи, а именно: в заявляемой системе для сбора электроэнергии с железнодорожных путей за счет того, что в качестве электромеханических преобразователей используются не пьезоэлементы, а магнитоупругие преобразователи, обеспечивается более простая и надежная его конструкция, т.к. данный преобразователь представляет собой простую конструкцию, аналогичную обычному автотрансформатору, т.е. содержит ферромагнитный сердечник с одной индуктивной медной катушкой на его сердечнике, в которой практически нечему ломаться, обеспечивается возможность применения обычных кабелей и проводов (не высоковольтных, имеющих более высокую стоимость), т.к. электродвижущая сила (ЭДС), генерируемая магнитоупругим преобразователем, обычно не превышает 10² В.The claimed restrictive and distinctive features ensure the achievement of the technical task, namely: in the inventive system for collecting electricity from railways due to the fact that electromechanical converters are not piezoelectric elements, but magnetoelastic converters, its simpler and more reliable design is provided, i.e. to. this converter is a simple design similar to a conventional autotransformer, i.e. contains a ferromagnetic core with one inductive copper coil on its core, in which there is practically nothing to break, the ability to use conventional cables and wires (not high voltage, having a higher cost) is provided, because the electromotive force (EMF) generated by the magnetoelastic transducer usually does not exceed 10 ² V.

Сечение многожильного провода, из которого намотана индуктивная медная катушка, не менее 1,5 мм², следовательно, внутреннее сопротивление магнитоупругого преобразователя, на несколько порядков меньше, чем пьезоэлектрического, следовательно он способен отдать в нагрузку существенно больший электрический ток, и, соответственно, мощность. А удельная мощность такого преобразователя не менее чем на порядок превышает мощность пьезоэлектрического преобразователя.The cross-section of the stranded wire from which the inductive copper coil is wound is not less than 1.5 mm ² , therefore, the internal resistance of the magnetoelastic transducer is several orders of magnitude smaller than the piezoelectric, therefore it is able to give a much larger electric current to the load, and, accordingly, power . And the specific power of such a transducer is no less than an order of magnitude greater than the power of a piezoelectric transducer.

Поэтому за счет того, что соединительные электрические провода и кабели, соединяющие элементы заявляемой системы между собой также выполнены сечением не менее 1,5 мм², т.е. имеют достаточно большой диаметр, и, соответственно, толстую и прочную изоляцию, также обеспечивается высокая надежность заявляемой системы.Therefore, due to the fact that the connecting electrical wires and cables connecting the elements of the inventive system to each other are also made with a cross section of at least 1.5 mm ² , i.e. have a sufficiently large diameter, and, accordingly, a thick and durable insulation, also provides high reliability of the claimed system.

За счет выполнения сердечника магнитоупругих преобразователей из штампованных листов магнитострикционного материала в виде изолированных пластин толщиной в частном случае 0,1-0,2 мм обеспечивается снижение тепловых потерь в нем за счет уменьшения вихревых токов Фуко.Due to the implementation of the core of magnetoelastic transducers from stamped sheets of magnetostrictive material in the form of insulated plates with a thickness in the particular case of 0.1-0.2 mm, heat losses are reduced in it by reducing Foucault eddy currents.

За счет выполнения сердечников магнитоупругих преобразователей из магнитострикционного материала в частности в виде никеля или пермендюра обеспечивается эффективная выработка электроэнергии этими преобразователями при их механической деформации на основе эффекта Виллари (магнитоупругого эффекта).Due to the implementation of the cores of magnetoelastic transducers from magnetostrictive material, in particular in the form of nickel or permendure, efficient generation of electricity by these transducers is ensured during their mechanical deformation based on the Villari effect (magnetoelastic effect).

При последовательном согласном соединении индуктивных медных катушек магнитоупругих преобразователей каждой одной шпалы наводимая в них ЭДС суммируется, благодаря чему обеспечивается снижение силы тока, и соответственно, омических (джоулевых) потерь, т.к. общеизвестно, например, что при одинаковой мощности сила тока меньше в том электрическом генераторе, который генерирует большее напряжение. А при меньшей силе тока омические (джоулевы) потери снижаются пропорционально квадрату тока.With a consistent sequential connection of inductive copper coils of magnetoelastic transducers of each single sleepers, the emf induced in them is summed, thereby reducing current strength and, accordingly, ohmic (joule) losses, because it is well known, for example, that at the same power, the current strength is less in that electric generator that generates a higher voltage. And with a lower current strength, ohmic (Joule) losses are reduced in proportion to the square of the current.

Параллельное соединение множества диодных выпрямителей, с подключенными на их входе индуктивными медными катушками соответствующих магнитоупругих преобразователей, между собой обеспечивает снижение их эквивалентного (общего) электрического сопротивления и уменьшение, тем самым, тепловых (омических) потерь, благодаря чему также повышается эффективность (КПД) преобразования механической энергии вибрации в электроэнергию.The parallel connection of a plurality of diode rectifiers with inductive copper coils of the corresponding magnetoelastic transducers connected at their input to each other ensures a decrease in their equivalent (total) electrical resistance and, thereby, thermal (ohmic) losses, thereby also increasing the conversion efficiency (efficiency) mechanical energy vibration into electricity.

Магнитоупругий эффект (или эффект Виллари) - это изменение намагниченности ферромагнитного тела при его механической продольной (вдоль направления поля) деформации. Этот эффект и используется в данном случае для преобразования внешней механической силы в электрическую величину: колебания сердечника магнитострикционного преобразователя (магнитостриктора) под действием внешней переменной силы преобразуются в переменную намагниченность, наводящую в соответствии с законом электромагнитной индукции в индуктивной медной катушке его сердечника переменную ЭДС. Конструктивное исполнение магнитопровода сердечника может быть любым (стержневым, плоским или кольцевым), но он обязательно должен быть выполнен из штампованных, что и выполнено, листов магнитострикционного материала, а именно тонких (обычно 0,1-0,2 мм) изолированных пластин или полос, т.е. быть шихтованным.The magnetoelastic effect (or the Villari effect) is a change in the magnetization of a ferromagnetic body during its mechanical longitudinal (along the field direction) deformation. This effect is used in this case to convert an external mechanical force into an electric quantity: the core vibrations of a magnetostrictive transducer (magnetostrictor) under the influence of an external variable force are converted into a variable magnetization, inducing a variable EMF in accordance with the law of electromagnetic induction in its inductive copper coil of its core. The design of the core magnetic core can be any (rod, flat or ring), but it must be made of stamped, which is done, sheets of magnetostrictive material, namely thin (usually 0.1-0.2 mm) insulated plates or strips , i.e. to be laden.

Известно, что еще больше увеличить эффективность преобразования механической энергии в электроэнергию магнитоупругими преобразователями можно, если использовать подмагничивание их сердечников постоянным током, подаваемым в дополнительную расположенную на них обмотку, или с помощью симметрично расположенных по обе противоположные стороны данных сердечников редкоземельных постоянных магнитов.It is known that magnetoelastic converters can even increase the efficiency of converting mechanical energy into electricity by magnetizing their cores by direct current supplied to an additional winding located on them, or by using rare-earth permanent magnets symmetrically located on both opposite sides of these cores.

В первом случае требуется дополнительная подмагничивающая обмотка на каждом сердечнике, источник постоянного тока, соединительные провода и кабели, а также устройство, обеспечивающее подачу подмагничивающего постоянного тока в эту обмотку только при движении железнодорожного состава (поезда) по рельсам, опирающимся на вмонтированные в шпалы магнитоупрутие преобразователи. Таким образом, конструкция системы для сбора электроэнергии несколько усложняется.In the first case, an additional magnetizing winding on each core, a direct current source, connecting wires and cables, as well as a device providing a magnetizing direct current to this winding only when the train (train) moves along rails that are supported by magnetoelastic transducers mounted in the sleepers, are required . Thus, the design of the system for collecting electricity is somewhat complicated.

Во втором случае необходимы редкоземельные постоянные магниты, устанавливаемые на каждом магнитопроводе (сердечнике), что приводит к удорожанию системМагнитоупругие преобразователи, в отличие от пьезоэлектрических, способны воспринимать огромные усилия, до нескольких тысяч кН, и эффективно преобразовывать энергию сжимающих усилий, что как раз и предлагается использовать в заявляемом изобретении. Известно, например, что магнитоупругие датчики сжимающих усилий дроссельного типа ДМУ способны воспринимать механическое напряжение до 5⋅10⁷ Н/м² и более, а максимально допустимое усилие датчиков ДМУ-1 и ДМУ-3 составляет соответственно 80 и 400 кН.In the second case, rare-earth permanent magnets are required that are installed on each magnetic circuit (core), which makes systems more expensive.Magnetoelastic transducers, unlike piezoelectric transducers, are capable of absorbing tremendous forces, up to several thousand kN, and effectively converting the energy of compressive forces, which is exactly what is proposed use in the claimed invention. It is known, for example, that the magnetoelastic compressive force sensors of the DMU throttle type are capable of sensing mechanical stress of up to 5⋅10 ⁷ N / m ² or more, and the maximum allowable force of the DMU-1 and DMU-3 sensors is 80 and 400 kN, respectively.

Физически получать электроэнергию за счет периодического сжимания металлического магнитопровода (сердечника) в иных случаях очень трудно, т.к. усилие cжатия должно быть весьма большим и действовать на ограниченную площадь поверхности магнитоупругого преобразователя при достаточно малом смещении, противоположная поверхность которого при этом находиться на твердой неподвижной опоре. При этом деформация магнитопровода (сердечника) относительно исходного размера обычно не превышает 1 мм.Physically, it is very difficult to obtain electricity by periodically compressing a metal magnetic core (core), because the compressive force should be very large and act on a limited surface area of the magnetoelastic transducer at a sufficiently small displacement, the opposite surface of which is on this solid support. In this case, the deformation of the magnetic circuit (core) relative to the initial size usually does not exceed 1 mm.

Из вышеизложенного следует, что железнодорожные пути является практически идеальным вариантом (местом) для использования магнитоупругих преобразователей, применение которых позволяет получить дополнительную электроэнергию за счет вибрации рельсов при прохождении по ним железнодорожного состава. При этом сам движущийся поезд не потеряет ни доли своей кинетической энергии.From the foregoing, it follows that railroad tracks are an almost ideal option (place) for using magnetoelastic transducers, the use of which allows you to get additional electricity due to the vibration of the rails when the train passes through them. Moreover, the moving train itself will not lose a fraction of its kinetic energy.

Так обеспечивается достижение поставленной технической задачи.This ensures the achievement of the technical task.

Заявляемое изобретение иллюстрируется: фиг. 1 - Расположение магнитоупругих преобразователей на железной дороге: а) - вид с торца шпалы, б) - вид сбоку на шпалы; фиг. 2 - Внешний вид каркаса обмотки; фиг. 3 - Вид сверху на железную дорогу с размещенными в ней магнитоупругими преобразователями и кабельной сетью; фиг 4 - Внешний вид магнитоупругого преобразователя (магнитопровода): а) - замыкающая прямоугольная и «Ш»-образная пластины магнитопровода - вид сбоку, 6) - магнитопровод в сборе с этими пластинами и с индуктивными медными катушками на нем - вид сбоку; фиг. 5 - Электрическая схема соединений магнитоупругих преобразователей с использованием однофазных (а) и многофазных (б) выпрямителей.The invention is illustrated: FIG. 1 - Location of magnetoelastic transducers on the railway: a) - view from the end of the sleepers, b) - side view of the sleepers; FIG. 2 - Appearance of the winding frame; FIG. 3 - Top view of the railway with magnetoelastic transducers and cable network located in it; Fig 4 - Appearance of a magnetoelastic transducer (magnetic circuit): a) - closing rectangular and "Ш" -shaped magnetic circuit plates - side view, 6) - magnetic circuit assembly with these plates and with inductive copper coils on it - side view; FIG. 5 - Electrical connection diagram of magnetoelastic transducers using single-phase (a) and multiphase (b) rectifiers.

Заявляемая система сбора электроэнергии с железнодорожных путей (фиг. 1, фиг. 3), содержит обычные рельсы (1), прикрепленные с помощью костылей (2) и подкладок (3) к шпалам (4). Также содержит размещенные по одному в каждом из углублений (пазу) (5) каждой шпалы (4) магнитоупругие преобразователи (пластинчатые магнитопроводы) (6), которые набраны из отдельных, изготовленных, например, путем штамповки, одинаковых по размеру (фиг. 4а), а именно по высоте «Н», ширине «а» выступов, толщине и форме плоских пластин (7), в частности «Ш»-образной формы (фиг. 4), с одинаковыми индуктивными медными прямоугольной конфигурации (не показано) катушками (8) (фиг. 1), намотанными на одинаковых по форме и материалу изоляционных влагостойких каркасах (9) (фиг. 2), которые свободно надеты на выступающие в сборе пластин (7) прямоугольные стержни (в частности три) I, II и III упомянутых пластинчатых магнитопроводов (фиг. 4). При этом сами пластинчатые магнитопроводы набирают традиционным образом в симметричный нахлест из данных штампованных изолированных друг от друга электроизоляционным лаком или кремнийорганической пленкой (не показано) «Ш»-образных пластин (7) (фиг. 4а) толщиной 0,1-0,2 мм, изготовленных из магнитострикционного магнитомягкого материала - никеля или пермендюра, каждая из которых имеет чередующуюся примыкающую (сопряженную) к ее верхней или соответственно нижней кромке замыкающую прямоугольную продолговатую изолированную пластину (10), шириной «b» и аналогичного по длине

, толщине и материалу этих пластин исполнения, и стягивают между собой все пластины (7) и (10) в сборе шпильками (болтами) (не показано) через сквозные изолированные внутри технологические отверстия по их углам (11) с образованием пластинчатого пакета (фиг. 4). При этом каждую одну индуктивную медную катушку (8) плотно наматывают на каждую одну прямоугольную гильзу (12) (фиг. 2) каркаса (9), а обе его прямоугольные по торцам щечки (13) предотвращают сползание в работе крайних витков катушки (8) и он имеет сквозной, через гильзу (12), сообщающийся, насад очный на стержни этим каркасом (9), прямоугольный его канал (14).The inventive system of collecting electricity from railway tracks (Fig. 1, Fig. 3), contains conventional rails (1), attached using crutches (2) and linings (3) to the sleepers (4). It also contains magnetoelastic transducers (plate magnetic circuits) (6) placed one at a time in each of the recesses (groove) (5) of each sleepers (4), which are assembled from separate ones, made, for example, by stamping, of the same size (Fig. 4a) namely, the height "H", the width "a" of the protrusions, the thickness and shape of the flat plates (7), in particular the "W" -shaped shape (Fig. 4), with the same inductive copper rectangular configuration (not shown) coils ( 8) (Fig. 1), wound on the same shape and material of insulating moisture-proof cages ace (9) (Fig. 2), which are loosely worn on the rectangular rods (in particular three) I, II, and III of said plate magnetic cores protruding from the assembled plates (7). (Fig. 4). In this case, the plate-type magnetic cores themselves are traditionally drawn into a symmetrical overlap from the data of "W" -shaped plates (7) (Fig. 4a) 0.1-0.2 mm thick, insulated from each other with an insulating varnish or an organosilicon film (not shown), insulated from each other; made of magnetostrictive magnetically soft material - nickel or permendure, each of which has an alternating adjoining (conjugate) to its upper or lower edge closing rectangular elongated insulated plate (10), width th «b» and similar in length

, the thickness and material of these execution plates, and tighten together all the plates (7) and (10) assembled with studs (bolts) (not shown) through through-hole insulated technological holes at their corners (11) with the formation of a plate package (Fig. four). In this case, each one inductive copper coil (8) is tightly wound on each one rectangular sleeve (12) (Fig. 2) of the frame (9), and both of its rectangular cheeks (13) at the ends prevent the sliding of the extreme turns of the coil (8) and it has a through channel through the sleeve (12), communicating, full-time on the rods with this frame (9), its rectangular channel (14).

Таким путем образуют изолированный слой образованного пластинчатого пакета магнитопровода, на который симметрично жестко наложен аналогично второй или третий такой же слой, образуя таким образом совместно пластинчатый пакет, состоящий из двух ли трех изолированных слоев (не показано). Причем все данные пластинчатые пакеты образуют в сборе единый набор пакетов пластинчатого магнитопровода.In this way, an insulated layer of the formed plate package of the magnetic circuit is formed, onto which a second or third same layer is symmetrically rigidly applied, thereby forming together a plate package consisting of two or three isolated layers (not shown). Moreover, all these plate packets form a single set of packets of a plate magnetic circuit assembly.

При этом сборка каждого пакета из данного набора пакетов пластинчатого магнитопровода из отдельных сопряженных между собой плоских пластин (7) и (10), образующих слой, и наложение этих сопряженных пластин (слоев) друг на друга осуществлены в нем симметрично, а соседние пакеты всего единого набора пакетов наложены друг на друга асимметрично, т.е. таким образом, что стык между пластинами (7) (торцами ее стержней I и II и III) и длинными нижними торцами сопряженных с ними прямоугольных продолговатых пластин (10) расположен геометрически поочередно по разные стороны (верхнюю или соответственно нижнюю) обеих щечек (13) каркасов (9), расположенных вдоль (параллельно) его стержней I и II и III с прямоугольным поперечным сечением. При этом длина, ширина и глубина насадочного канала (14) каркаса (9) превышает соответственно длину «а», ширину (не показано) и высоту «Н» стержней I и II и III (фиг. 4) магнитопровода (6) на 1,5-2 мм, т.е. имеет место свободное их сопряжение.In this case, the assembly of each package from this set of packages of a plate magnetic circuit from separate conjugate flat plates (7) and (10) forming a layer, and the imposition of these conjugate plates (layers) on each other are carried out symmetrically in it, and the neighboring packages of the whole a set of packets are superimposed asymmetrically on each other, i.e. so that the joint between the plates (7) (the ends of its rods I and II and III) and the long lower ends of the rectangular elongated plates (10) conjugated with them is located geometrically alternately on opposite sides (upper or lower) of both cheeks (13) frames (9) located along (parallel) its rods I and II and III with a rectangular cross section. The length, width and depth of the nozzle channel (14) of the frame (9) respectively exceed the length " a ", the width (not shown) and the height "H" of the rods I and II and III (Fig. 4) of the magnetic circuit (6) by 1 5-2 mm, i.e. their free conjugation takes place.

При этом данная сопряженная замыкающая прямоугольная продолговатая пластина (10), в свою очередь, изолированная также электроизоляционным лаком или кремнийорганической пленкой (не показано), примыкает, как изложено, с чередованием по линии верхней или нижней кромки соответственно на каждую «Ш»-образную пластину (7) (фиг. 4) по ее длине

. И она также изготовлена толщиной 0,1-0,2 мм из магнитострикционного магнитомягкого материала - никеля или пермендюра. Причем примыкающий нижний или соответственно верхний торец, примыкающий к «Ш»-образной пластине (7) данной замыкающей прямоугольной продолговатой пластины (10) (длиной

), расположен по отношению к ее верхнему или соответственно нижнему торцу, в одной с ним горизонтальной плоскости, т.е. соответственно с верхним торцом стержней I, II и III или нижним торцом пластины (7) (фиг. 4).At the same time, this conjugated closing rectangular elongated plate (10), in turn, also insulated with an electrical insulating varnish or silicone film (not shown), adjoins, as described, alternating along the line of the upper or lower edges, respectively, on each “W” -shaped plate (7) (Fig. 4) along its length

. And it is also made of a thickness of 0.1-0.2 mm from a magnetostrictive magnetically soft material - nickel or permendure. Moreover, the adjacent lower or upper end face adjacent to the "W" -shaped plate (7) of this closing rectangular oblong plate (10) (length

), is located in relation to its upper or lower end, in the same horizontal plane, i.e. respectively, with the upper end of the rods I, II and III or the lower end of the plate (7) (Fig. 4).

Таким путем образован изолированный слой каждого пластинчатого пакета, на который с использованием данных крепежных элементов симметрично, путем совмещения по обеим его сторонам друг с другом соответственно верхних и нижних сторон налагаемых друг на друга слоев, наложен аналогичный второй или третий такой же слой, образуя, таким образом, совместно пластинчатый пакет (не показано), состоящий из двух или трех этих изолированных слоев.In this way, an insulated layer of each plate bag is formed, on which, using these fasteners symmetrically, by combining the upper and lower sides of the superimposed layers on both sides of each other, respectively, a similar second or third same layer is applied, forming, thus together, a plate pack (not shown) consisting of two or three of these insulated layers.

Может быть выполнено и другое частное, его образование, а именно асимметричное наложение изолированных слоев пластинчатого пакета (не показано), при котором данные чередующиеся слои развернуты относительно друг друга на 180°. Это позволяет понизить магнитное сопротивление магнитопровода и повысить эффективность его работы.Another particular one can be performed, its formation, namely, asymmetric overlapping of the isolated layers of the plate package (not shown), in which these alternating layers are rotated 180 ° relative to each other. This allows you to reduce the magnetic resistance of the magnetic circuit and increase its efficiency.

При этом общая высота «HМ» пластинчатого магнитопровода (6) (магнитоупругого преобразователя) «Ш»-образной при виде сбоку формы (фиг. 4) установлена в зависимости от геометрических размеров (высоты) шпал, их вида (деревянные, железобетонные) и их механической прочности, в которых он размещен. Сама высота «HМ» этого магнитопровода «Ш»-образной формы составляет в среднем (20-30)% высоты шпалы (4).In this case, the total height “HM” of the plate magnetic circuit (6) (magnetoelastic transducer) “W” -shaped when viewed from the side (Fig. 4) is set depending on the geometric dimensions (height) of the sleepers, their type (wooden, reinforced concrete) and their mechanical strength in which it is placed. The height “НМ” of this magnetic circuit of “Ш” -shaped form on average is (20-30)% of the height of the sleepers (4).

Соотношение ширины «b» всех замыкающих прямоугольных продолговатых пластин (10) и высоты «Н» всех трех выступов (стержней) I, II и III (фиг. 4) установлено в зависимости от общей высоты «HM» пластинчатого магнитопровода «Ш»-образной формы и из условия обеспечения требуемой его механической прочности, который должен выдерживать без разрушения действующие на него механические нагрузки.The ratio of the width “b” of all closing rectangular oblong plates (10) and the height “H” of all three protrusions (rods) I, II, and III (Fig. 4) is established depending on the total height “HM” of the “Ш” -shaped magnetic circuit form and from the condition of ensuring its required mechanical strength, which must withstand without mechanical stress acting on it.

Расстояние «d» между I и II, II и III стержнями пластинчатого магнитопровода (6) установлено таким образом, что между расположенными на нем индуктивными медными катушками (8) соответствующих стержней имеется некоторый зазор «δ» (фиг. 4) (3 мм).The distance "d" between I and II, II and III of the rods of the plate magnetic circuit (6) is set in such a way that there is a certain gap "δ" between the inductive copper coils (8) of the respective rods (Fig. 4) (3 mm) .

При этом сам пластинчатый магнитопровод (6) (фиг. 4б) имеет такое шихтованное исполнение, при котором ярма и стержни I, II и III пластин (7), продольные оси которых (у стержней и ярма) расположены в одной плоскости, в сборе с пластинами (10) представляют собой упомянутый единый набор пакетов, разбитых на отдельные слои пластин его пакетов определенной толщины. Состоит каждый такой пакет, как изложено, из двух-трех штампованных изолированных друг от друга электроизоляционным лаком или кремнийорганической пленкой (не показано) «Ш»-образных пластин (7) и стольких же (двух-трех) примыкающих к каждой из них (при совмещении их наружных торцов) штампованных изолированных друг от друга электроизоляционным лаком или кремнийорганической пленкой (не показано) замыкающих прямоугольных продолговатых пластин (10). Причем в каждом таком слое, содержащем вышеупомянутые пластины (7) и (10), часть тела пластин (7) (фиг. 4а) по их ширине и до стержней I, II и III по высоте «b» является общеизвестным ярмом. При этом пластины предыдущего слоя единого набора пакетов перекрывают, как изложено, стыки пластин соседнего с ним (не показано).Moreover, the plate magnetic circuit itself (6) (Fig. 4b) has such a lined design in which the yokes and rods of I, II, and III plates (7), the longitudinal axes of which (at the rods and yoke) are located in the same plane, assembled with plates (10) represent the aforementioned single set of packets, broken into separate layers of plates of its packets of a certain thickness. Each such package consists, as described, of two or three stamped insulated from each other by electrical insulating varnish or silicone film (not shown) "W" -shaped plates (7) and as many (two to three) adjacent to each of them (at the combination of their outer ends) stamped isolated from each other by an electrical insulating varnish or an organosilicon film (not shown) of the closing rectangular elongated plates (10). Moreover, in each such layer containing the aforementioned plates (7) and (10), the body part of the plates (7) (Fig. 4a) in width and up to rods I, II and III in height “b” is a well-known yoke. Moreover, the plates of the previous layer of a single set of packages overlap, as described, the joints of the plates adjacent to it (not shown).

Существенно то, что пластинчатый магнитопровод (6) выполнен с плоской магнитной системой, в которой продольные оси всех стержней и ярм расположены в одной плоскости.It is significant that the plate magnetic circuit (6) is made with a flat magnetic system in which the longitudinal axes of all the rods and yokes are located in the same plane.

Стержнем I, II и III, как изложено, является та часть пластинчатого магнитопровода (6), на которой расположены индуктивные медные катушки (8) (фиг. 4).The core I, II and III, as described, is that part of the plate magnetic circuit (6) on which the inductive copper coils (8) are located (Fig. 4).

Ярмом же является часть магнитопровода (на фиг. 4а) обозначена жирным шрифтом), не исключая и пластины (10), не несущая обмоток и служащая для замыкания магнитной цепи.The yoke is the part of the magnetic circuit (in Fig. 4a) indicated in bold), not excluding the plate (10), which does not carry windings and serves to close the magnetic circuit.

Одной стороной - торцом основания (опорной площадью) (15) (фиг. 4б) каждый магнитоупругий преобразователь (6) опирается на шпалу (4) в его пазу (5), а на вторую (противоположную) его поверхность (16), образованную торцами пластин (7) и (10), опирается своей подкладкой (3) (подошвой) рельс (1) (фиг. 1). На двух противоположных боковых сторонах (17) каждого данного магнитопровода (6) имеется паз (18) такой глубины «h» (фиг. 4б), что расположенные вдоль крайних стержней I и III пластинчатого магнитопровода (6) индуктивные медные катушки (8) вместе с эластичной морозостойкой их изоляцией (не показано) не выступают за пределы плоскости, образованной данными боковыми сторонами (17). Это предотвращает ее истирание в работе.On one side - the end face of the base (supporting area) (15) (Fig. 4b), each magnetoelastic transducer (6) rests on the sleeper (4) in its groove (5), and on the second (opposite) surface (16) formed by the ends plates (7) and (10), supported by its lining (3) (sole) rail (1) (Fig. 1). On two opposite lateral sides (17) of each given magnetic circuit (6) there is a groove (18) of such depth “h” (Fig. 4b) that inductive copper coils (8) located along the extreme rods I and III of the plate magnetic circuit (6) together with their elastic frost-resistant insulation (not shown) do not protrude beyond the plane formed by these lateral sides (17). This prevents its abrasion during operation.

Т.к. геометрические размеры сквозного прямоугольного отверстия (14) каркаса (9) превышают соответствующие размеры стержней I, II и III, то периодическая деформация сердечника и его стержней не вызывает механического износа каркаса (9), которая могла бы быть вызвана их трением.Because Since the geometric dimensions of the through-hole rectangular hole (14) of the frame (9) exceed the corresponding dimensions of the rods I, II and III, the periodic deformation of the core and its rods does not cause mechanical wear of the frame (9), which could be caused by their friction.

Для фиксации и предотвращения смещения этих магнитоупругих преобразователей (6) в поперечном направлении в пазах (5), относительно шпалы (4), при возникающих периодических вибрациях рельсов (1) от проезжающих по ним железнодорожных составов в центре горизонтального днища (опорной площади) каждого из этих пазов (5) (фиг. 1) каждой шпалы (4) имеется цилиндрический выступ (19), а в магнитоупругих преобразователях (6) имеется под этот цилиндрический выступ (19) соответствующего диаметра и высоты сопрягаемое отверстие (20), расположенное по центру торца площади основания (15) данных магнитоупругих преобразователей (6), которая при этом равна площади горизонтальной поверхности этих пазов (5) и геометрически сопряжена с ней. Таким образом, цилиндрический выступ (19) свободно входит в отверстие (20) при размещении каждого магнитоупругого преобразователя (6) в каждом пазу (5) каждой шпалы (4).To fix and prevent the displacement of these magnetoelastic transducers (6) in the transverse direction in the grooves (5), relative to the sleepers (4), with the occurring periodic vibrations of the rails (1) from the trains passing through them in the center of the horizontal bottom (supporting area) of each of these grooves (5) (Fig. 1) of each sleepers (4) there is a cylindrical protrusion (19), and in the magnetoelastic transducers (6) there is a mating hole (20) located in the center for this cylindrical protrusion (19) of the corresponding diameter and height end face pl show mercy base (15) of magnetoelastic transducers (6) of the data which is thus equal to the area of the horizontal surface of the grooves (5) and are geometrically conjugate with it. Thus, the cylindrical protrusion (19) freely enters the hole (20) when placing each magnetoelastic transducer (6) in each groove (5) of each sleepers (4).

Также заявляемая система содержит соединительные провода и кабели (21) (фиг. 3) сечением не менее 1,5 мм², соединяющие выводы (22) (фиг. 1) каждых трех последовательно согласно соединенных между собой (не показано) этими же соединительными проводами и кабелями (21) индуктивных медных катушек (8) каждых пластинчатых магнитоупругих преобразователей (6), расположенных вдоль стержней I, II и III, причем соединяющие выводы данных преобразователей между собой последовательно - параллельно с помощью обычных герметичных разъемов (не показано), и подсоединяющие их крайние зажимы через мостовые диодные выпрямители переменного тока (23) (фиг. 3) со входом инвертора (24). Сами выпрямители переменного тока (23) собраны на обычных полупроводниковых выпрямительных диодах (25) типа 2Д2997А или КД2997А (фиг. 5б) или используются известные диодные мосты типа КВРС2502 (МВ252) (фиг. 4а).Also, the inventive system contains connecting wires and cables (21) (Fig. 3) with a cross section of at least 1.5 mm ² , connecting leads (22) (Fig. 1) of each three in series according to each other (not shown) by the same connecting wires and cables (21) of inductive copper coils (8) of each plate magnetoelastic transducers (6) located along the rods I, II and III, moreover, connecting the outputs of these transducers in series - in parallel using conventional sealed connectors (not shown), and connecting their extreme terminals through diode bridge rectifiers (23) (FIG. 3) to the input of the inverter (24). The AC rectifiers (23) themselves are assembled on conventional 2D2997A or KD2997A type semiconductor rectifier diodes (25) (Fig. 5b), or known diode bridges of the KVRS2502 (MV252) type are used (Fig. 4a).

При этом сами индуктивные медные катушки (8) каждого магнитоупругого преобразователя (6), расположенные вдоль стержней I, II и III (фиг. 4), электрически соединены между собой последовательно согласно (не показано), образуя в нем единую обмотку (26) (фиг. 5), таким образом, что наводимая при деформации магнитопровода (6) в индуктивных медных катушках (8) ЭДС суммируется, обеспечивая тем самым, большую суммарную ЭДС.In this case, the inductive copper coils (8) of each magnetoelastic transducer (6) themselves, located along the rods I, II, and III (Fig. 4), are electrically interconnected in series according to (not shown), forming a single winding (26) in it ( Fig. 5), so that induced during the deformation of the magnetic circuit (6) in inductive copper coils (8) EMF is summed, thereby providing a large total EMF.

Используемые кабели и провода сечением не менее 1,5 мм² являются достаточно прочными, соответственно разъемы, штекера, клеммные колодки, самозажимные клеммники и прочие соединительные элементы (не показано), с помощью которых осуществляется электрическое соединение многочисленных индуктивных медных катушек (8), мостовых диодных выпрямителей переменного тока (23) и инвертора (24) между собой по заданным схемам, также имеют достаточно прочную и надежную конструкцию, в отличие от прототипа, у которого перечисленные выше элементы, вследствие достаточно малых протекающих по ним токам (не более 10¹…10² мА), имеют миниатюрное исполнение.The cables and wires used with a cross section of at least 1.5 mm ² are sufficiently strong, respectively, connectors, plugs, terminal blocks, self-clamping terminal blocks and other connecting elements (not shown), through which the electrical connection of numerous inductive copper coils (8), bridge AC diode rectifiers (23) and inverters (24) with each other according to given schemes also have a fairly strong and reliable design, in contrast to the prototype, in which the above elements, due to tatochno small currents flowing through them (not more than 10 ¹ ... 10 ² mA), have a miniature design.

Провода и кабели (21), с целью исключения их колебаний от сильных потоков воздуха, создаваемых проходящим поездом (не показано), закрепляют к шпалам (4) с помощью традиционных крепежных элементов (не показано).Wires and cables (21), in order to exclude their fluctuations from strong air currents created by a passing train (not shown), are fixed to the sleepers (4) using traditional fasteners (not shown).

В зависимости от используемой последовательно - параллельной схемы соединений магнитоупругих преобразователей (6) могут применяться как обычные однофазные диодные мосты (27) (фиг. 5а), электрически соединенные параллельно между собой, выполненные в виде небольших сборок и заключенных каждый в отдельный герметичный пластмассовый корпус, каждый из которых прикреплен (не показано) к каждой шпале (4), так и многофазные мостовые выпрямители (28) (фиг. 5б), заключенные каждый в единый герметичный корпус (не показан), электрически соединенные параллельно между собой, и также прикрепленный (не показано) к шпалам (например, через каждые 5 или 8 шпал). Причем число фаз многофазных мостовых выпрямителей (28) установлено из конструктивных и экономических соображений.Depending on the series-parallel connection diagram of the magnetoelastic transducers (6), they can be used as ordinary single-phase diode bridges (27) (Fig. 5a), electrically connected in parallel with each other, made in the form of small assemblies and each enclosed in a separate sealed plastic case, each of which is attached (not shown) to each sleeper (4), as well as multiphase bridge rectifiers (28) (Fig. 5b), each enclosed in a single sealed enclosure (not shown), electrically connected in parallel but among themselves, and also attached (not shown) to the sleepers (e.g., every 5 or 8 sleepers). Moreover, the number of phases of multiphase bridge rectifiers (28) is established from structural and economic considerations.

Сами единые обмотки (26) последовательно согласно соединенных между собой индуктивных медных катушек (8) магнитоупругих преобразователей (6), размещенных по одному в каждых двух пазах (5) каждой одной шпалы (4) (фиг. 4), в целях увеличения суммарной индуктируемой ЭДС включены последовательно согласно. Это обусловлено тем обстоятельством, что при движении железнодорожного транспортного средства (не показано) по рельсам (1) на магнитоупругие преобразователи (6), размещенные по одному в каждом пазу (5) каждой одной шпалы (4), производится практически одинаковое (равное) механическое воздействие (давление) этими рельсами и при этом одновременное. Вследствие вышеизложенного очевидно, что в единых обмотках (26) магнитоупругих преобразователей (6), размещенных в каждом соответствующем пазу (5) каждой одной шпалы при этом индуцируется одинаковая по величине, форме и знаку кривая ЭДС в каждый момент времени. Таким образом, данное последовательное согласное соединение каждых двух единых обмоток (26) магнитоупругих преобразователей (6), размещенных по одному в соответствующих двух пазах (5) каждой одной шпалы (4), физически эквивалентно последовательному согласному соединению, например, двух вторичных обмоток однофазного трехобмоточного трансформатора, при котором суммарная ЭДС этих двух вторичных обмоток равна сумме ЭДС каждой из этих двух вторичных обмоток.Single windings (26) themselves in series according to interconnected inductive copper coils (8) of magnetoelastic transducers (6) placed one in every two grooves (5) of each one sleepers (4) (Fig. 4), in order to increase the total inductance EMFs are connected in series according to. This is due to the fact that when a railway vehicle (not shown) moves along rails (1) to magnetoelastic transducers (6) placed one in each groove (5) of each one sleepers (4), almost the same (equal) mechanical impact (pressure) of these rails and at the same time simultaneous. As a result of the foregoing, it is obvious that in the single windings (26) of the magnetoelastic transducers (6) placed in each corresponding groove (5) of each one sleepers, the same in magnitude, shape and sign EMF curve is induced at each moment of time. Thus, this serial consonant connection of every two single windings (26) of magnetoelastic transducers (6), placed one in the corresponding two grooves (5) of each one sleepers (4), is physically equivalent to a serial consonant connection, for example, two secondary windings of a single-phase three-winding transformer, in which the total EMF of these two secondary windings is equal to the sum of the EMF of each of these two secondary windings.

При этом в одном частном методе соединения (фиг. 4а) свободные выводы двух последовательно согласно соединенных единых обмоток (26) магнитоупругих преобразователей (6), размещенных по одному в соответствующих двух пазах (5) каждой одной шпалы (4), электрически соединены каждый со входами каждого такого однофазного мостового диодного выпрямителя (27), выполненного в виде сборки и заключенного в отдельный пластмассовый корпус, каждый из которых прикреплен к каждой шпале, образуя вместе с ним источник постоянного напряжения. Выводы каждого такого же источника постоянного напряжения, а именно выводы однофазного мостового диодного выпрямителя (27), соединены между собой параллельно: "плюс" с "плюсом", "минус" с "минусом", и со входом инвертора (24), который преобразует подаваемое на его вход выпрямленное многочисленными диодными выпрямителями (27) (фиг. 5а) напряжение в переменное однофазное (220 В) или трехфазное (380 В) напряжение частотой 50 Гц.Moreover, in one particular connection method (Fig. 4a), the free leads of two sequentially connected single windings (26) of magnetoelastic transducers (6), placed one at a time in the corresponding two grooves (5) of each one sleepers (4), are electrically connected to each the inputs of each such single-phase bridge diode rectifier (27), made in the form of an assembly and enclosed in a separate plastic case, each of which is attached to each sleeper, forming with it a constant voltage source. The conclusions of each of the same DC voltage source, namely the conclusions of a single-phase bridge diode rectifier (27), are interconnected in parallel: "plus" with "plus", "minus" with "minus", and with the input of the inverter (24), which converts supplied to its input rectified by numerous diode rectifiers (27) (Fig. 5 a ) voltage to alternating single-phase (220 V) or three-phase (380 V) voltage with a frequency of 50 Hz.

В другом частном методе соединения (фиг. 5б) один из свободных выводов последовательно соединенных двух единых обмоток (26) магнитоупругих преобразователей (6), размещенных по одному в соответствующих двух пазах (5) каждой одной шпалы (4), электрически соединен с аналогичным выводом последовательно согласно соединенных двух единых обмоток (26) магнитоупругих преобразователей (6) каждой из нескольких, например 5 или 8, соседних шпал (4). А второй (противоположный) свободный вывод каждых двух последовательно согласно соединенных единых обмоток (26) магнитоупругих преобразователей (6) каждой одной шпалы (4) электрически соединен со входом многофазного мостового диодного выпрямителя (28), число фаз которого равно числу шпал с установленными на них магнитоупругими преобразователями (6), выводы последовательно согласно соединенных между собой в единые обмотки (26) индуктивных медных катушек (8) которых соединены со входом данного выпрямителя (28), выводы которого, в свою очередь, электрически соединены со входом инвертора (24).In another particular connection method (Fig. 5b), one of the free terminals of two single windings (26) of magnetoelastic transducers (6) connected in series, placed one at a time in the corresponding two grooves (5) of each one sleepers (4), is electrically connected to a similar terminal sequentially according to the connected two single windings (26) of magnetoelastic transducers (6) of each of several, for example 5 or 8, neighboring sleepers (4). And the second (opposite) free output of each two in series according to the connected single windings (26) of the magnetoelastic transducers (6) of each one sleepers (4) is electrically connected to the input of a multiphase bridge diode rectifier (28), the number of phases of which is equal to the number of sleepers installed on them magnetoelastic transducers (6), the leads in series according to the inductive copper coils (8) connected to each other in a single winding (26) are connected to the input of this rectifier (28), the leads of which, in turn, an insulating coupled to the input of the inverter (24).

Таким образом, схема соединений многочисленных единых обмоток (26) магнитоупругих преобразователей (6) в данном случае эквивалентна многолучевой "звезде" (не показано), в каждом луче которой содержится два последовательно согласно включенных источника ЭДС в виде двух единых обмоток (26) магнитоупругих преобразователей (6) каждой шпалы (4), причем число этих лучей равно числу шпал с размещенными на каждой из них магнитоупругими преобразователями (6), выводы каждых последовательно согласно соединенных единых обмоток (26) которых соединены со входом данного выпрямителя (20).Thus, the connection diagram of multiple single windings (26) of magnetoelastic transducers (6) in this case is equivalent to a multi-beam "star" (not shown), each beam of which contains two emf sources in series in the form of two single windings (26) of magnetoelastic transducers (6) of each sleepers (4), and the number of these beams is equal to the number of sleepers with magnetoelastic transducers placed on each of them (6), the conclusions of each in series according to the connected single windings (26) of which are connected to the input m of the rectifier (20).

Как изложено, выводы каждого источника постоянного напряжения, образованного многофазным мостовым диодным выпрямителем (28) (фиг. 4б) с аналогично подключенными на его входе многочисленными едиными обмотками (26) магнитоупругих преобразователей (6) каждой одной шпалы (4), соединены параллельно, а именно выводы вышеупомянутых выпрямителей (28), соединены между собой параллельно: "плюс" с "плюсом", "минус" с "минусом", и далее со входом инвертора (24).As stated, the conclusions of each source of constant voltage formed by a multiphase bridge diode rectifier (28) (Fig. 4b) with many similar single windings (26) of magnetoelastic transducers (6) of each single sleepers (4) connected at its input are connected in parallel, and it is the conclusions of the aforementioned rectifiers (28) that are interconnected in parallel: “plus” with “plus”, “minus” with “minus”, and then with the input of the inverter (24).

Выбор частного решения соединения единых обмоток (26) магнитоупругих преобразователей (6) обусловлен сравнением затрат на используемые элементы, а именно стоимости множества используемых диодных выпрямителей (27 или 28) и соединительных проводов и кабелей (21). В конечном итоге выбирают тот вариант соединения, реализация которого требует минимальных финансовых затрат.The choice of a particular solution for connecting single windings (26) of magnetoelastic transducers (6) is due to a comparison of the costs of the elements used, namely, the cost of the many diode rectifiers used (27 or 28) and connecting wires and cables (21). In the end, choose the connection option, the implementation of which requires minimal financial costs.

В одном частном случае (фиг. 5а) содержится большее число, равное числу шпал (4) с установленными на них магнитоупругими преобразователями (6), небольших диодных однофазных мостовых диодных выпрямителей (27) в корпусах, а длина соединительных проводов и кабелей (21) - сравнительно невелика. В другом случае соединения (фиг. 4б) наоборот - число многофазных, а, следовательно, больших по размеру и более дорогих в цене, диодных мостовых выпрямителей (28) в корпусах содержится меньше, но требуется большая длина соединительных проводов и кабелей (21). Так как корпуса этих выпрямителей будут уже прикреплены не к каждой шпале (4), а например, через каждые 5 или 8 шпал, соответственно для соединения этого выпрямителя (28) с индуктивными медными катушками (8) каждой из шпал (4) требуется большая длина соединительных проводов и кабелей (21).In one particular case (Fig. 5 a ) there is a larger number equal to the number of sleepers (4) with magnetoelastic converters (6) mounted on them, small diode single-phase bridge diode rectifiers (27) in the cases, and the length of the connecting wires and cables (21 ) - is relatively small. In the other case, the connections (Fig. 4b), on the contrary, are the number of multiphase, and, therefore, larger in size and more expensive in price, diode bridge rectifiers (28) in the housings are less, but the length of the connecting wires and cables (21) is required. Since the cases of these rectifiers will not already be attached to each sleeper (4), but, for example, every 5 or 8 sleepers, respectively, to connect this rectifier (28) with inductive copper coils (8) of each of the sleepers (4), a large length is required connecting wires and cables (21).

Чем больше используется параллельно соединенных диодных одно- или многофазных мостовых выпрямителей с подключенными на их входе многочисленными едиными обмотками (26), тем достигается большая отдаваемая мощность и большая эффективность использования заявляемого изобретения, т.к. общеизвестно, что при параллельном соединении электронных компонентов, в том числе индуктивных катушек и выпрямителей переменного тока, их эквивалентное (общее) внутреннее сопротивление снижается пропорционально числу параллельно соединяемых данных компонентов. Благодаря этому снижаются омические (тепловые) потери и дополнительно увеличивается КПД использования заявляемого изобретения.The more is used in parallel connected diode single- or multiphase bridge rectifiers with numerous single windings connected at their input (26), the greater the delivered power and greater efficiency of using the claimed invention, because it is well known that with parallel connection of electronic components, including inductive coils and AC rectifiers, their equivalent (total) internal resistance decreases in proportion to the number of these components connected in parallel. Due to this, ohmic (thermal) losses are reduced and the efficiency of using the claimed invention is further increased.

Инвертор (24) помещают в брызгозащитный корпус (не показано) и закрепляют этот корпус на бетонном или металлическом столбе линии электропередач, в электрощитовой или ином месте (не показано), из которого осуществляют подачу электроэнергии стандартной частоты 50 Гц и стандартного напряжения 220 В или 380 В в сеть переменного тока или непосредственно к электропотребителям.The inverter (24) is placed in a splash guard (not shown) and this housing is fixed on a concrete or metal pole of a power line, in an electrical panel or other place (not shown), from which electric power is supplied at a standard frequency of 50 Hz and a standard voltage of 220 V or 380 In the AC network or directly to consumers.

Заявляемую систему сбора электроэнергии с железнодорожных путей используют следующим образом. При проезде железнодорожного транспортного средства (не показано) с некоторой скоростью "υ" по рельсам (1), опирающимся на размещенные в шпалах (4) магнитоупругие преобразователи (6), последние под действием периодической силы давления, передающейся на них через данные рельсы (1) от колес этого транспортного средства (не показано), периодически деформируются. Эта периодическая деформация каждого магнитоупругого преобразователя (6), выполненного из магнитострикционного материала (никеля или пермендюра), преобразуются в переменную намагниченность, наводящую в соответствии с известным законом электромагнитной индукции, в свою очередь, в каждой из его единой обмотке (26) переменную электродвижущую силу (ЭДС). ЭДС каждых двух единых обмоток (26), последовательно согласно соединенных между собой магнитоупругих преобразователей (6) каждой одной шпалы (4), суммируются между собой и эта каждая удвоенная ЭДС в первом описанном частном случае подается по проводам и кабелям (21) на вход каждого однофазного мостового диодного выпрямителя (27) и далее снимается через инвертор (24).The inventive system of collecting electricity from railways is used as follows. When a railway vehicle (not shown) travels at a certain speed "υ" along rails (1), relying on magnetoelastic transducers (6) placed in sleepers (4), the latter under the action of a periodic pressure force transmitted to them through these rails (1 ) from the wheels of this vehicle (not shown) are periodically deformed. This periodic deformation of each magnetoelastic transducer (6) made of magnetostrictive material (nickel or permendure) is converted into a variable magnetization, inducing in accordance with the known law of electromagnetic induction, in turn, in each of its single winding (26) an alternating electromotive force (EMF). The EMF of each two single windings (26), sequentially according to the magnetoelastic transducers (6) connected to each other sleepers (4), are summed together and each doubled EMF in the first particular case described is fed through wires and cables (21) to the input of each a single-phase bridge diode rectifier (27) is then removed through an inverter (24).

Во втором частном случае на вход каждого многофазного мостового диодного выпрямителя (28) подается по проводам и кабелям (21) вырабатываемая многочисленными едиными обмотками (26) магнитоупругих преобразователей (6), встроенных в каждую шпалу (4) и соединенные с каждым его входом, а также соединенными в многолучевую "звезду" (не показана), электродвижущая сила (ЭДС).In the second particular case, the input of each multiphase bridge diode rectifier (28) is supplied through wires and cables (21) produced by numerous single windings (26) of magnetoelastic transducers (6), built into each sleeper (4) and connected to each of its inputs, and also connected in a multipath "star" (not shown), electromotive force (EMF).

В обоих случаях эта ЭДС выпрямляется каждым из параллельно соединенных аналогичным одно- или многофазным диодным выпрямителем (28) и подается на вход инвертора (24). Последний преобразует постоянное входное напряжение (ЭДС) в стандартное переменное однофазное 220 В или трехфазное 380 В и с частотой 50 Гц и подает его по проводам в сеть переменного тока (т.е. рекуперируя) или любым иным электропотребителям (не показано).In both cases, this EMF is rectified by each parallel-connected by a similar single- or multiphase diode rectifier (28) and fed to the input of the inverter (24). The latter converts a constant input voltage (EMF) into a standard alternating single-phase 220 V or three-phase 380 V and with a frequency of 50 Hz and feeds it by wire to an alternating current network (i.e., recovering) or to any other electric consumers (not shown).

Таким образом, генерируемая многочисленными магнитоупругими преобразователями (6) электроэнергия, во время прохождения поезда (железнодорожного состава) по рельсам (1), установленным на данных преобразователях, подвергается стандартному двойному преобразованию, которое, как известно, используется в ряде частотных преобразователей, блоках бесперебойного питания и стабилизаторах напряжения: сначала преобразуется в постоянную с помощью одно - или многофазных мостовых диодных выпрямителей электроэнергию, а затем в переменную с помощью инвертора.Thus, the electricity generated by numerous magnetoelastic converters (6), during the passage of a train (train) along the rails (1) installed on these converters, undergoes a standard double conversion, which, as you know, is used in a number of frequency converters, uninterruptible power supply units and voltage stabilizers: first converted into constant electricity using single- or multi-phase bridge diode rectifiers, and then into alternating energy using Wertor.

Необходимость использования такого двойного преобразования вызвана тем обстоятельством, что непосредственно использовать вырабатываемую многочисленными магнитоупругими преобразователями (6) электроэнергию, во время прохождения поезда (железнодорожного состава) по рельсам (1), установленным на данных преобразователях (6), невозможно, т.к. ее параметры - напряжение, частота и сама форма кривой зависят от скорости данного поезда (железнодорожного состава) и его веса, т.е. являются переменными величинами.The necessity of using such a double conversion is caused by the fact that it is impossible to directly use the electricity generated by numerous magnetoelastic transducers (6) during the passage of a train (railway train) along the rails (1) installed on these transducers (6), because its parameters - voltage, frequency and the shape of the curve itself depend on the speed of a given train (train) and its weight, i.e. are variables.

Кроме того, при движении железнодорожного состава (поезда) по рельсам (1) со шпалами (4), в которые встроены магнитоупругие преобразователи (6), число параллельно работающих выпрямителей (27) (вырабатывающих электроэнергию в данный момент времени) изменяется, а значит и отдаваемая ими суммарная сила тока, и соответственно мощность в нагрузке (мощность на выходе инвертора (24)) также изменяется. Очевидно, что число параллельно работающих выпрямителей (27) или (28) (вырабатывающих электроэнергию в данный момент времени) является одинаковым при условии, если магнитоупругие преобразователи (6) встроены во все шпалы (4) железнодорожного пути, или его длина со шпалами (4), в которые встроены магнитоупругие преобразователи (6), превышает длину поезда (железнодорожного состава). Следовательно, кроме функции преобразования постоянного тока в переменный, инвертор (24) также выполняет функцию регулирования отдаваемой им мощности.In addition, when a train (train) moves along rails (1) with sleepers (4), in which magnetoelastic transducers are integrated (6), the number of rectifiers (27) operating in parallel (generating electricity at a given moment in time) changes, and therefore the total current supplied by them, and accordingly the power in the load (power at the inverter output (24)) also changes. Obviously, the number of parallel-working rectifiers (27) or (28) (generating electricity at a given time) is the same, provided that magnetoelastic transducers (6) are built into all sleepers (4) of the railway track, or its length with sleepers (4 ), in which magnetoelastic transducers are integrated (6), exceeds the length of the train (train). Therefore, in addition to the function of converting direct current to alternating current, the inverter (24) also performs the function of regulating the power supplied to it.

Заявляемая система сбора электроэнергии с железнодорожных путей используется как дополнительный источник электроэнергии, которая может быть рекуперирована (возвращена) в сеть или использована в иных целях. Более высокая эффективность (КПД) преобразования механической энергии вибрации в электроэнергию обусловлена существенно большей (не менее чем на порядок) удельной мощностью магнитоупругих преобразователей, по сравнению с пьезоэлектрическими преобразователями, применяемыми в известном решении прототипа, а также значительно меньшим (на несколько порядков) их внутренним сопротивлением.The inventive system of collecting electricity from railways is used as an additional source of electricity, which can be recovered (returned) to the network or used for other purposes. The higher efficiency (Efficiency) of the conversion of mechanical vibrational energy into electric energy is due to a significantly greater (not less than an order of magnitude) specific power of magnetoelastic transducers, compared with the piezoelectric transducers used in the known prototype solution, as well as significantly lower (several orders of magnitude) of their internal resistance.

Кроме того, более высокая эффективность заявляемого изобретения также обусловлена способностью магнитоупругих преобразователей, в отличие от пьезоэлектрических, воспринимать огромные усилия, до нескольких тысяч кН, и эффективно преобразовывать механическую энергию сжимающих усилий в электроэнергию.In addition, the higher efficiency of the claimed invention is also due to the ability of magnetoelastic transducers, in contrast to piezoelectric transducers, to absorb tremendous forces, up to several thousand kN, and effectively convert the mechanical energy of compressive forces into electricity.

За счет того, что в качестве электромеханических преобразователей используются не пьезоэлементы, а магнитоупругие преобразователи, обеспечивается более простая и надежная его конструкция по сравнению с прототипом, т.к. данный преобразователь представляет собой простую конструкцию, аналогичную обычному автотрансформатору, в которой практически нечему "ломаться", обеспечивается возможность применения обычных проводов и кабелей (в отличие от высоковольтных, имеющих более высокую стоимость), т.к. электродвижущая сила (ЭДС), генерируемая магнитоупругим преобразователем, обычно не превышает 10² В. Следовательно, повышается безопасность обслуживания заявляемого изобретения и снижаются требования к изоляции используемого электрооборудования, в том числе кабелей, проводов, разъемов.Due to the fact that not piezoelectric elements are used as electromechanical converters, but magnetoelastic transducers, its simpler and more reliable design is provided compared to the prototype, because this converter is a simple design similar to a conventional autotransformer, in which there is practically nothing to "break", it is possible to use ordinary wires and cables (in contrast to high-voltage, having a higher cost), because the electromotive force (EMF) generated by the magnetoelastic transducer usually does not exceed 10 ² V. Therefore, the servicing safety of the claimed invention is increased and the requirements for insulation of the used electrical equipment, including cables, wires, connectors, are reduced.

Один из главных недостатков прототипа - известная хрупкость пьезоэлементов в заявляемом изобретении устранен, т.к. они физически исключены, и вместо них используются магнитоупругие преобразователи, которые свободны от этого недостатка. Используемые кабели и провода имеют сечение не менее 1,5 мм² и, следовательно, являются достаточно прочными, и соответственно разъемы, штекера, клеммные колодки, самозажимные клеммники и прочие соединительные элементы (не показано), с помощью которых осуществляется электрическое соединение многочисленных индуктивных медных катушек (8), мостовых диодных мостовых выпрямителей (27) и инвертора (24) между собой по заданной схеме, также имеют достаточно прочную и надежную конструкцию, в отличие от известного решения прототипа, у которого перечисленные выше элементы, вследствие достаточно малых протекающих по ним токам, имеют миниатюрное исполнение. Т.е., расположенная на таком достаточно длинном крупном объекте, как железная дорога, подверженном всем стихиям природы - ветру, дождю, граду, обледенению и пр., протяженная электрическая сеть, выполненная из известных миниатюрных и слаботочных элементов, характеризуется низкой надежностью.One of the main disadvantages of the prototype is the known fragility of the piezoelectric elements in the claimed invention is eliminated, because they are physically excluded, and instead magnetoelastic transducers are used, which are free from this drawback. The cables and wires used have a cross-section of at least 1.5 mm ² and, therefore, are sufficiently strong, and, accordingly, connectors, plugs, terminal blocks, self-clamping terminal blocks and other connecting elements (not shown), through which the electrical connection of numerous inductive copper coils (8), bridge diode bridge rectifiers (27) and inverter (24) between themselves according to a given scheme, also have a fairly strong and reliable design, in contrast to the known prototype solution, which listed nnye above elements, as a result of sufficiently small currents flowing through them, are a miniature design. That is, located on such a rather long large object as a railway, subject to all elements of nature - wind, rain, hail, icing, etc., an extended electrical network made of well-known miniature and low-current elements is characterized by low reliability.

Claims

1. A system for collecting electric power from railroad tracks having multiple sleepers, comprising a plurality of electromechanical vibration transducers of rails capable of generating electricity, located in recesses in a plurality of sleepers under the rails, also comprising a device for controlling the power of the collected electricity, electrical conductors connecting said plurality of electromechanical converters with the said device for regulating the power of the collected electricity, characterized in that each The electromechanical transducer of vibration of rails into electricity is made in the form of a magnetoelastic transducer in the form of a plate magnetic circuit with flat plates isolated from each other in packages and freely mounted on the protruding rods in the collection of these package plates with insulating moisture-proof frames, including inductive copper wound on the sleeve of each of them coils; while the magnetoelastic transducer is located in each given recess of each sleepers; each flat plate of a plate magnetic core has an alternating adjacent longitudinal and upper end, closing a rectangular elongated insulated plate with a similar length, thickness and magnetic properties of the material, thus forming its insulated layer onto which a similar second or third same layer is rigidly applied , forming in this way a plate-like package consisting of two or three isolated layers, and all these plate-like packages form a single set of packages a plate magnetic circuit, all packages of which, in turn, are asymmetrically superimposed on each other and fastened in this set by fasteners through through-hole insulated inside the opposite ends of the formed magnetic circuit, and the formed plate-like set of magnetic circuit packages is made of magnetostrictive soft magnetic material and contains on insulating moisture-resistant frameworks of the rods of its plates, said inductive copper coils; in the center of the horizontal bottom of the recess of each sleepers there is a cylindrical protrusion, a corresponding mating hole is made under the protrusion of the magnetoelastic transducer under the protrusion, and its core is made of thin sheets in the form of data of isolated flat stamped plates made of the said magnetostrictive magnetically soft material; windings of inductive copper coils of the plate frame, which are adjacent to its two opposite lateral end faces, are superimposed on them “flush” into their groove; inductive copper coils of a plate magnetic circuit located on insulating moisture-resistant frames of the rods of its plates are electrically interconnected in series according to, forming a single winding in it so that the electromotive force induced by the deformation of the plate magnetic circuit in the windings is summed, thereby providing a large total electromotive force; moreover, the inductive copper coils of all magnetoelastic transducers are made with a series-parallel type of their connection when using diode bridge rectifiers and an inverter, the aforementioned device for controlling the power of the collected electric power is made in the form of an inverter, and the connecting electric wires and cables connecting the elements of the claimed system to each other are made by section not less than 1.5 mm ² .

2. The system for collecting electric power according to claim 1, characterized in that each plate package of the magnetic circuit is formed by symmetrically applying two or three of its isolated layers by symmetrically aligning on both sides of it with each other, respectively, the upper or lower sides of the superimposed layers of flat plates.

3. The system for collecting electricity according to claim 1, characterized in that the flat plates of the plate magnetic circuit insulated from each other have a "W" -shaped shape.

4. The system for collecting electricity according to claim 1 or 3, characterized in that the insulating moisture-proof frames with inductive copper coils are freely mounted on three protruding rods of "W" -shaped flat plates of a single set of magnetic circuit packages.

5. The system for collecting electricity according to claim 1, characterized in that the free leads of two sequentially connected single windings of magnetoelastic transducers, placed one at a time in the respective recesses of each single sleepers, are electrically connected to the inputs of each single-phase bridge diode rectifier, forming together with them a constant voltage source, and the terminals of each such constant voltage source are interconnected in parallel and with the input of the inverter, converting the power supplied to its input the voltage rectified by each given diode rectifier into an alternating single-phase or three-phase voltage with a frequency of 50 Hz.

6. The system for collecting electricity according to claim 1, characterized in that one of the free terminals of two series-connected single windings of magnetoelastic transducers, placed one at a time in the respective recesses of each single sleepers, is electrically connected to a similar terminal of two series-connected single windings of magnetoelastic converters each from several, five or eight adjacent sleepers, and the second remaining output of each two series-connected single windings of magnetoelastic transducers each one of the sleepers is electrically connected to the input of a multiphase bridge diode rectifier, while the number of phases is equal to the number of sleepers with magnetoelastic converters installed on them, the conclusions of the single windings of which are connected to the input of this rectifier and then the inverter.

7. The system for collecting electricity according to claim 1, characterized in that the insulated plates of the magnetostrictive material of the magnetoelastic transducer are made with a thickness of 0.1-0.2 mm.

8. The system for collecting electricity according to claim 1, characterized in that the magnetostrictive magnetically soft material of the magnetoelastic transducer is used in the form of nickel or permendure.