Система для сбора электроэнергии с железнодорожных путей

Изобретение относится к устройствам железнодорожной телемеханики для сбора электроэнергии с железнодорожных путей. Система включает множество электромеханических преобразователей вибраций рельсов, способных к выработке электроэнергии, размещенных в углублениях во множестве шпал под рельсами, устройство регулирования мощности собираемой электроэнергии, электрические проводники, соединяющие упомянутое множество электромеханических преобразователей с устройством регулирования мощности собираемой электроэнергии. Причем каждый электромеханический преобразователь вибрации рельсов в электроэнергию выполнен в виде магнитоупругого преобразователя, по центру горизонтального днища углубления каждой шпалы имеется цилиндрический выступ, на сопряженном с днищем торце магнитоупругого преобразователя выполнено под выступ соответствующее сопрягаемое отверстие. При снятии энергии используются диодные мостовые выпрямители, а устройство регулирования мощности собираемой электроэнергии выполнено в виде инвертора. Достигается повышение эффективности преобразования механической энергии вибрации рельс в электроэнергию за счет снижения уровня генерируемого напряжения. 7 з.п. ф-лы, 7 ил.

 

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.

Известны несколько изобретений, касающихся устройств и способов сбора энергии с пьезоэлектрических элементов, встроенных в дорожные сети.

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.

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.

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.

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.

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).

Недостатком известного решения является невозможность получения максимальной разности потенциалов в пьезоэлектрическом преобразователе, кроме того, возможно разрушение подкладки под рельсом.

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).

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

Изолированные друг от друга плоские пластины пластинчатого магнитопровода в частном случае имеют «Ш»-образную форму.

Изоляционные влагостойкие каркасы с индуктивными медными катушками свободно в частном случае надеты на трех выступающих стержнях «Ш»-образных плоских пластин единого набора пакетов магнитопровода.

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.

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.

Изолированные пластины магнитострикционного материала магнитоупругого преобразователя в частном случае выполнены толщиной 0,1-0, 2 мм.

Магнитострикционный магнитомягкий материал магнитоупругого преобразователя использован в частном случае в виде никеля или пермендюра.

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.

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.

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.

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.

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).

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

Так обеспечивается достижение поставленной технической задачи.

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.

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).

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.

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.

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).

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.

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.

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).

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.

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).

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).

Существенно то, что пластинчатый магнитопровод (6) выполнен с плоской магнитной системой, в которой продольные оси всех стержней и ярм расположены в одной плоскости.

Стержнем I, II и III, как изложено, является та часть пластинчатого магнитопровода (6), на которой расположены индуктивные медные катушки (8) (фиг. 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.

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.

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.

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).

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).

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.

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.

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).

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.

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.

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.

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).

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).

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).

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.

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).

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.

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.

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).

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).

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).

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

1. Система для сбора электроэнергии с железнодорожных путей, имеющих множество шпал, содержащая множество электромеханических преобразователей вибраций рельсов, способных к выработке электроэнергии, размещенных в углублениях во множестве шпал под рельсами, также содержащая устройство регулирования мощности собираемой электроэнергии, электрические проводники, соединяющие упомянутое множество электромеханических преобразователей с упомянутым устройством регулирования мощности собираемой электроэнергии, отличающаяся тем, что 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 путем совместно пластинчатый пакет, состоящий из двух или трех изолированных слоев, а все данные пластинчатые пакеты образуют единый набор пакетов пластинчатого магнитопровода, все пакеты которого, в свою очередь, наложены друг на друга асимметрично 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 медные 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.

2. Система для сбора электроэнергии по п. 1, отличающаяся тем, что каждый пластинчатый пакет магнитопровода образован при симметричном наложении двух или трех его изолированных слоев путем симметричного совмещения по обеим его сторонам друг с другом соответственно верхних или нижних сторон налагаемых друг на друга слоев плоских пластин.

3. Система для сбора электроэнергии по п. 1, отличающаяся тем, что изолированные друг от друга плоские пластины пластинчатого магнитопровода имеют «Ш»-образную форму.

4. Система для сбора электроэнергии по п. 1 или 3, отличающаяся тем, что изоляционные влагостойкие каркасы с индуктивными медным катушками свободно надеты на трех выступающих стержнях «Ш»-образных плоских пластин единого набора пакетов магнитопровода.

5. Система для сбора электроэнергии по п. 1, отличающаяся тем, что 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.

6. Система для сбора электроэнергии по п. 1, отличающаяся тем, что 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.

7. Система для сбора электроэнергии по п. 1, отличающаяся тем, что изолированные пластины магнитострикционного материала магнитоупругого преобразователя выполнены толщиной 0,1-0,2 мм.

8. Система для сбора электроэнергии по п. 1, отличающаяся тем, что магнитострикционный магнитомягкий материал магнитоупругого преобразователя использован в виде никеля или пермендюра.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области железнодорожной телемеханики для генерирования электрического тока. Электрогенерирующее устройство содержит установленный на рельсовом пути при помощи узла крепления электрогенератор, включающий герметичный корпус, в полости которого установлен торообразный магнитопровод, имеющий зазор и обмотку возбуждения, снаружи корпуса на кронштейне при помощи оси установлен толкатель «Т»-образной формы, имеющий три рычага: первый предназначен для контакта с колесами транспорта, второй - подпружинен, а на третьем выполнен магнитный сердечник с возможностью введения в зазор и выхода из него.

Группа изобретений относится к путевым устройствам, взаимодействующим с поездом. Способ получения электрической энергии во время движения железнодорожных объектов заключается в том, что под рельсом или рядом с рельсом располагают круглый постоянный магнит и катушку с электрической обмоткой, расположенную внутри этого магнита.

Группа изобретений относится к путевым устройствам, взаимодействующим с поездом. Способ заключается в том, что на рельсе располагают П-образный магнитопровод, снабженный вставкой из постоянного магнита и электрической обмоткой.

Изобретение относится к области электроэнергетики и предназначено для получения электроэнергии при прохождении железнодорожного поезда по путям. .

Изобретение относится к способам получения электрической энергии при колебании рельсов во время движения железнодорожных составов. .

Изобретение относится к электроэнергетике и может быть использовано для получения разности электрических потенциалов с помощью механического давления колес железнодорожного транспорта.

Изобретение относится к железнодорожной автоматике и предназначено для крепления путевого датчика к рельсу. .

Изобретение относится к энергетике, к механическим устройствам для выработки электроэнергии. .

Изобретение относится к железнодорожной автоматике и предназначено для фиксации проследования подвижных единиц подвижного состава. .

Изобретение относится к устройствам железнодорожной телемеханики для сбора электроэнергии с железнодорожных путей. Система включает множество электромеханических преобразователей вибраций рельсов, способных к выработке электроэнергии, размещенных в углублениях во множестве шпал под рельсами, устройство регулирования мощности собираемой электроэнергии, электрические проводники, соединяющие упомянутое множество электромеханических преобразователей с устройством регулирования мощности собираемой электроэнергии. Причем каждый электромеханический преобразователь вибрации рельсов в электроэнергию выполнен в виде магнитоупругого преобразователя, по центру горизонтального днища углубления каждой шпалы имеется цилиндрический выступ, на сопряженном с днищем торце магнитоупругого преобразователя выполнено под выступ соответствующее сопрягаемое отверстие. При снятии энергии используются диодные мостовые выпрямители, а устройство регулирования мощности собираемой электроэнергии выполнено в виде инвертора. Достигается повышение эффективности преобразования механической энергии вибрации рельс в электроэнергию за счет снижения уровня генерируемого напряжения. 7 з.п. ф-лы, 7 ил.

Наверх