UA69964A - Device for transfer of electromagnetic energy to contactless electric locomotive (variants) - Google Patents

Description

Опис винаходу

Винахід має відношення до транспорту з безконтактною передачею енергії на електровоз посередництвом 2 електромагнітного поля, який застосовується у вугільних шахтах, вибухонебезпечних по газу та пилу.

Відомий пристрій для передачі електричної енергії безконтактному електровозу | Гранспорт с индуктивной передачей знергии для угольньїх шахт. Под ред. Г.Г.Пивняка.- М.: Недра, 1990. - 245с.), що має тягову мережу з двох прямолінійних кабелів - прямого та зворотного, та енергоприймач, в пазах магнітопроводу якого розміщена односекційна обмотка. Недоліком такого пристрою є мала взаємоіндуктивність між тяговою мережею і обмоткою 70 енергоприймача та можливість виникнення значної електрорушійної сили (ЕРС) в сторонніх контурах навколишнього середовища, що може привести до появи в цих контурах іскробезпечних струмів.

Найбільш близьким за технічною суттю пропонованого винаходу є пристрій (А.с. СССР 452526, кл. В бОт 3/04, В бот 7/00. Устройство для передачи злектрической знергии бесконтактному злектровозу. Волотковский

С.А., Пивняк Г.Г., Свистельник О.А. и др., Б.И., Мо45, 1974), в якому тягова мережа виконана із просторово 12 розподілених котушок, навитих на ізоляційне осердя і з'єднаних між собою послідовно-зустрічно. Енергоприймач має дві паралельні секції, в пазах магнітопроводу яких розміщені витки обмоток у площині, перпендикулярній площині котушок тягової мережі. Витки обмоток секцій з'єднані між собою послідовно-зустрічно.

Недоліками такого пристрою є: 1) недостатня взаємоіндуктивність між тяговою мережею та обмоткою енергоприймача, що пояснюється значною довжиною магнітних силових ліній; 2) складність конструкції тягової мережі; 3) значна висота енергоприймача із-за необхідності розміщення витків обмотки секцій в площині, перпендикулярній площині котушок тягової мережі; 4) збільшення витрат провідникового матеріалу на міжкотушкові з'єднання у тяговій мережі; 5) недостатнє для забезпечення безпеки та надійної роботи число секцій енергоприймача.

В основу винаходу поставлено завдання удосконалення пристрою для передачі електромагнітної енергії 22 безконтактному електровозу, в якому шляхом іншого конструктивного виконання тягової мережі і « енергоприймача та їх іншого розташування забезпечується збільшення взаємоіндуктивності між тяговою мережею і енергоприймачем при спрощенні конструкції мережі і за рахунок цього забезпечується більш ефективна передача електромагнітної енергії на електровоз, зменшення витрат та підвищення надійності роботи електровоза. М 30 У першому варіанті поставлене завдання вирішується тим, що у відомому пристрої для передачі енергії Ге) безконтактному електровозу, до складу якого входять просторово розподілені, з'єднані між собою котушки тягової мережі та енергоприймач з окремими секціями, витки обмоток яких з'єднані між собою о послідовно-зустрічно, згідно з винаходом, котушки тягової мережі сформовані із прямого та зворотного кабелів Ге») мережі, кожна у формі прямокутника, причому за довжиною усі котушки виконані однаковими, а осі котушок 3о мережі і витків обмоток секцій енергоприймача орієнтовані перпендикулярно напрямку руху електровоза. Число ее, секцій енергоприймача прийнято парним, не меншим чотирьох, а витки обмоток сусідніх пар секцій взаємно зміщено по напрямку руху електровоза на половину довжини котушки мережі.

У другому варіанті поставлене завдання вирішується тим, що у відомому пристрої для передачі енергії « безконтактному електровозу, до складу якого входять просторово розподілені, з'єднані між собою котушки З 40 тягової мережі та енергоприймач з окремими секціями, витки обмоток яких з'єднані між собою с послідовно-зустрічно, згідно з винаходом, котушки тягової мережі сформовані із прямого і зворотного кабелів з» мережі, кожна у формі прямокутника, причому довжина котушок уздовж мережі виконана різною, а осі котушок мережі і витків обмоток секцій орієнтовані перпендикулярно напрямку руху електровоза. Число секцій енергоприймача прийнято парним, не меншим чотирьох. 45 У третьому варіанті поставлене завдання вирішується тим, що у відомому пристрої для передачі енергії б безконтактному електровозу, до складу якого входять просторово розподілені, з'єднані між собою котушки (се) тягової мережі та енергоприймач з окремими секціями, витки обмоток яких з'єднані між собою послідовно-зустрічне, згідно з винаходом, котушки тягової мережі сформовані із прямого та зворотного кабелів іш мережі, кожна у формі прямокутника, причому за довжиною усі котушки виконані однаковими, а осі котушок б 20 мережі і витки обмоток секцій енергоприймача орієнтовані перпендикулярно напрямку руху електровоза. Число секцій енергоприймача прийнято парним, не меншим чотирьох, а обмотку енергоприймача з'єднано

Т» посередництвом випрямляча з ємнісним накопичувачем енергії.

На фіг.1 показано вид зверху на тягову мережу та енергоприймач для першого варіанту пристрою. На фіг.2 і фіг.3 показані поздовжній та поперечний перерізи пристрою за першим варіантом. На фіг.4 показано вид зверху на тягову мережу та енергоприймач для другого варіанту пристрою, на фіг.5 - поздовжній переріз пристрою за в. другим варіантом. На фіг.б зображено вид зверху на тягову мережу та енергоприймач для третього варіанту пристрою.

Стрілками на фіг.1, фіг.4, фіг.б і відповідними значками на фіг.2, фіг.3, фіг.5 позначено відносний напрямок струму у тяговій мережі. На фіг.1, фіг.4, фіг.б відповідними значками показано напрямок дії 60 магнітного потоку тягової мережі. На фіг.2 і фіг.5 пунктирними округлими лініями позначено магнітні силові лінії потоку від поперечних частин котушок, а стрілками позначено напрямок дії магнітного потоку від поздовжніх частин котушок мережі. На фіг.3 пунктирними округлими лініями показано магнітні силові лінії потоку від поздовжніх частин котушок мережі.

Пристрій для передачі електромагнітної енергії безконтактному електровозу за першим варіантом має у бо своєму складі тягову мережу (фіг.1) із прямокутних котушок 1, що сформовані відповідним чином із прямого 2 та зворотного З кабелів мережі. Довжина Б, усіх котушок однакова. Котушки мережі можуть бути одновитковими і багатовитковими. На фіг.1 показано одновиткові котушки.

Енергоприймач (фіг.1, низ; фіг.2) по довжині складається з двох пар 4 і 5 секцій, кожна з яких має магнітопровід б, зроблений з фериту. В пазах 7 магнітопроводів секцій розміщені витки обмоток 8, причому витки обмоток сусідніх секцій з'єднані між собою послідовно-зустрічне (на фіг.1, фіг.4, фіг.б показано по одному витку обмоток секцій). З'єднані між собою обмотки секцій складають обмотку енергоприймача.

Осі котушок тягової мережі і осі витків обмоток секцій енергоприймача орієнтовані взаємно паралельно і перпендикулярно напрямку руху електровоза. 70 Пари 4 і 5 секцій енергоприймача (фіг.1 і фіг.2) мають суміщені магнітопроводи 6, що взаємно зміщені за напрямом руху електровоза таким чином, щоб забезпечити зміщення витків обмоток пар секцій на половину довжини Б, котушки тягової мережі.

Магнітопроводи 6 пар 4 і 5 секцій енергоприймача (фіг.2 і фіг.3) обладнані полюсними наконечниками 9, що сприяють збільшенню магнітного потоку, охоплюючого витки обмоток секцій.

Поздовжні та поперечні розміри котушок тягової мережі зроблено такими, що співпадають із відстанями між серединою щілин 10 магнітопроводів 6.

Пристрій для передачі електромагнітної енергії за другим варіантом має у своєму складі тягову мережу (фіг.4) із прямокутних котушок 1, довжину Б, яких зроблено змінною. На фіг.4 показано одновиткові котушки, довжина Б, яких уздовж мережі різна, співвідношення довжин сусідніх котушок складає 1,5.

Енергоприймач (фіг.4 і фіг.5) по довжині складається з чотирьох секцій, що мають суміщений магнітопровід б. В пазах 7 магнітопроводу б розміщені витки 8 обмоток секцій. Зміщення сусідніх пар секцій відсутнє.

Поздовжні сторони котушок 1 мережі орієнтовані по серединах відповідних щілин 10 магнітопроводу 6. Осі котушок тягової мережі і осі витків обмоток секцій енергоприймача орієнтовані перпендикулярно напрямку руху електровоза.

Пристрій для передачі електромагнітної енергії за третім варіантом має у своєму складі тягову мережу (фіг.б6) з прямокутних котушок 1, довжини яких Б, виконані однаковими. Енергоприймач (фіг.б) складається по « довжині з чотирьох секцій, що мають суміщений магнітопровід 6. Витки 8 обмоток секцій розміщені у пазах 7 магнітопроводу 6. Зміщення сусідніх пар секцій магнітопроводу відсутнє. Поздовжні та поперечні розміри котушок тягової мережі зроблено такими, що співпадають із відстанями між серединою щілин 10 магнітопроводу «г зо 6.

Витки обмоток секцій енергоприймача з'єднані між собою послідовно-зустрічне і утворюють обмотку ісе) енергоприймача, що з'єднана через випрямляч з ємнісним накопичувачем енергії. Енергія з останнього живить Ге! двигуни електровоза.

Пристрій для передачі електромагнітної енергії (перший варіант) працює таким чином. ме)

При увімкненні тягової мережі до джерела змінного струму високої частоти в кожній з її котушок виникає «о змінний магнітний потік, причому у сусідніх котушках просторова орієнтація потоку у кожний момент часу взаємно протилежна. Магнітний потік кожної котушки мережі охоплює через полюсні наконечники 9 та решту магнітопроводу 6 витки 8 обмоток секцій енергоприймача і викликає в них електрорушійну силу (ЕРС). Напрямок дії ЕРС сусідніх секцій протилежний, що зумовлено орієнтацією магнітного потоку котушок мережі, тому для « одержання арифметичної суми ЕРС секції, їх обмотки з'єднують послідовно-зустрічно. з с При взаємному положенні котушок тягової мережі і секцій енергоприймача, зображеному на фіг.1, фіг.2 і фіг.3, витки обмоток 8 пари 4 секцій пронизує максимальний магнітний потік і в них виникає відповідна ЕРС. ;» При цьому витки обмоток пари 5 секцій знаходяться в зоні дії протилежних за напрямком магнітних потоків, тому

ЕРС, що в них виникає, близька до нуля.

При руху електровоза магнітний потік, що пронизує витки обмоток пари 4 секцій, зменшується. Одночасно

Ге» збільшується магнітний потік, що пронизує витки обмоток пари 5 секцій. Завдяки послідовно-зустрічному з'єднанню витків обмоток усіх секцій ЕРС на виході енергоприймача залишається незмінною по амплітуді при ік будь-якому положенні енергоприймача відносно тягової мережі. У другому варіанті пристрою при взаємному

Ге) положенні котушок тягової мережі і секцій енергоприймача, зображеному на фіг.4 і фіг.5, витки обмоток перших 5р двох секцій пронизує максимально можливий магнітний потік і тому в них виникає відповідна ЕРС. В той же час

Ме. витки обмоток останніх двох секцій пронизують два однакових магнітних потоки, протилежні за напрямком. Тому ї» у витках цих секцій сумарна ЕРС близька до нуля.

При руху електровоза магнітний потік, що пронизує витки обмоток перших двох секцій (фіг.4 і фіг.5) зменшується. В той же час збільшується магнітний потік, що пронизує витки обмоток останніх двох секцій енергоприймача. При цьому сумарна ЕРС на виході енергоприймача дещо змінюється за рівнем, але ніколи не досягає нуля (при показаному на фіг.1 співвідношенні довжин сторін котушок мінімальне значення ЕРС складає

Р» 0,6 від максимального).

У третьому варіанті пропонованого пристрою у початковий момент часу, коли осі котушок 1 тягової мережі і осі витків 8 обмоток секцій енергоприймача (фіг.б) співпадають, обмотки секцій пронизує максимально можливий бор магнітний потік. На виході обмотки енергоприймача, що складається з обмоток окремих секцій, виникає відповідна ЕРС, що зумовлює накопичення електричної енергії в ємнісному накопичувачі, встановленому на електровозі. При накопиченні енергії, достатньої для роботи двигунів, електровоз починає рухатись. При зміщенні електровоза відносно початкового положення на половину ширини котушок мережі, витки обмоток кожної секції енергоприймача пронизують два однакових за рівнем і протилежних за напрямком магнітних 65 потоки. ЕРС на виході обмотки енергоприймача у цьому випадку близька до нуля, але електровоз буде рухатися завдяки енергії, накопиченої в конденсаторах накопичувача.

При подальшому руху електровоза змінюється положення витків обмотки секцій енергоприймача відносно котушок тягової мережі і на виході обмотки енергоприймача знову виникає ЕРС, що живить накопичувач. Таким чином, забезпечується безперервний рух електровоза.

Завдяки орієнтації вісей котушок тягової мережі і витків обмоток секцій енергоприймача перпендикулярно напрямку руху електровоза зменшується довжина магнітних силових ліній потока взаємоіндукції тягової мережі, що приводить до збільшення взаємної індуктивності останньої з обмотками секцій енергоприймача і зменшення висоти енергоприймача порівняно з прототипом.

Створення котушок тягової мережі прямокутними, відповідним чином сформованих з прямого та зворотного 70 кабелів мережі, спрощує конструкцію котушок і процес їх виготовлення, а також виключає витрати провідникового матеріалу на міжкотушкові з'єднання. Крім того, пропонована конструкція тягової мережі у випадку багатовиткових котушок дає змогу з'єднувати витки котушок послідовно або паралельно.

Вибір числа секцій енергоприймача парним зменшує пульсацію рівня ЕРС в обмотці енергоприймача.

Завдяки тому, що енергоприймач має у своєму складі не менше чотирьох секцій, збільшується його /5 взаємоїндуктивність з тяговою мережею за рахунок дії більшої кількості поперечних сторін котушок мережі.

Також при цьому зменшується ЕРС, яка виникає у сторонніх контурах, що підвищує рівень безпеки безконтактного електровоза. Крім того, зростає надійність роботи електровоза, тому що при пошкодженні будь-якої секції працездатність електровоза забезпечить решта секцій енергоприймача. нт -8 : пл пен 7 ншшщш | Ще тетоюю С я т е б

А А от з офе ві я « ві

Фіг. 1 » т , 10

ПО АГА ОО. . пк як й - і що вв. | стеве ва; ве: Їеехі ра со ст и 2 ср т З

ПКТ повен ве ння еко сви

С ШЕ ОВУ, 4 Ге)

Фіг. 72 (є) по Б-Б -х 109 анг еи з Те тт 8

Мо ес

Фіг. З -о 1 ч то 7 | ші с у ч Напрям руху "» електровоза 8 т-От ГИ в в з те Де ейе а

Ії

Ф 5

Фіг 4 се) й 7 се) по В-В 10

Ге») 20 кос І! «а і іі ІІ я зелене при си я ЗАТ. Кв

Т» ОВ ОНИ о

Фіг. З роя тот сви 2 І з т

Р шо ;

Напрям руху електровоза г ее : 60 Ї о

Фіг. б

Claims (2)

Формула винаходу б5

1. Пристрій для передачі електромагнітної енергії безконтактному електровозу, до складу якого входять просторово розподілені, з'єднані між собою котушки тягової мережі та енергоприймач з окремих секцій, витки обмоток яких з'єднані між собою послідовно-зустрічно, який відрізняється тим, що котушки тягової мережі сформовані із прямого та зворотного кабелів мережі, кожна у формі прямокутника, причому по довжині котушки Виконані однаковими, а осі котушок і обмоток секцій енергоприймача орієнтовані перпендикулярно напрямку руху електровоза; число секцій енергоприймача прийнято парним, не меншим чотирьох, а витки обмоток сусідніх пар секцій виконано взаємно зміщеними за напрямком руху електровоза на половину довжини котушки мережі.

2. Пристрій для передачі електромагнітної енергії безконтактному електровозу, до складу якого входять просторово розподілені, з'єднані між собою котушки тягової мережі та енергоприймач з окремих секцій, витки 70 обмоток яких з'єднані між собою послідовно-зустрічно, який відрізняється тим, що котушки тягової мережі сформовані із прямого та зворотного кабелів мережі, кожна у формі прямокутника, причому довжина котушок уздовж мережі виконана різною; вісі котушок мережі і витки обмоток секцій енергоприймача орієнтовані перпендикулярно напрямку руху електровоза, а число секцій енергоприймача прийнято парним, не меншим чотирьох.

З. Пристрій для передачі електромагнітної енергії безконтактному електровозу, до складу якого входять просторово розподілені, з'єднані між собою котушки тягової мережі та енергоприймач з окремих секцій, витки обмоток яких з'єднані між собою послідовно-зустрічно, який відрізняється тим, що котушки тягової мережі сформовані із прямого та зворотного кабелів мережі, кожна у формі прямокутника, причому за довжиною котушки зроблені однаковими; осі котушок мережі і витки обмоток секцій енергоприймача орієнтовані 2о перпендикулярно напрямку руху електровоза; число секцій енергоприймача прийнято не меншим чотирьох, а обмотку енергоприймача виконано з'єднаною за допомогою випрямляча з ємнісним накопичувачем енергії. Офіційний бюлетень "Промислоава власність". Книга 1 "Винаходи, корисні моделі, топографії інтегральних мікросхем", 2004, М 9, 15.09.2004. Державний департамент інтелектуальної власності Міністерства освіти і ов науки України. « « (Се) (о) (о) (Се)

- . и? (о) се) се) (о) с» 60 б5