CN106828183A - 直线发电装置、车载供电系统以及磁悬浮列车 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种磁悬浮列车用的直线发电装置、车载供电系统以及磁悬浮列车，其包括沿列车运行轨道铺设的直线电机初级组件，其用于产生初级行波磁场；设置在所述磁悬浮列车上的车载次级发电组件，其通过与所述初级行波磁场之间的相互作用来产生感应电压，并利用所述感应电压为所述磁悬浮列车上的车载电气设备供电。本发明通过无接触式直线发电装置实现车辆与地面的完全无接触；无需另外铺设推进用直线感应电机，可有效减少车载设备的重量，提高整车的有效载荷；为车载设备供电的同时还可为磁悬浮车提供向前的推进力；且采用直线发电装置与蓄电池组合的车载供电方式保证配电的正常进行。

Description

直线发电装置、车载供电系统以及磁悬浮列车

技术领域

本发明涉及交通工具领域，具体涉及一种磁悬浮列车用的直线发电装置、车载供电系统以及具有该车载供电系统的磁悬浮列车。

背景技术

磁悬浮列车是一种没有车轮的陆上无接触式有轨交通工具，它采用电磁悬浮和电力牵引。这种列车根据电磁悬浮原理不同，可分为常导吸力型悬浮和超导斥力型悬浮两大类。

现有磁悬浮车系统中多采用直线感应电机驱动方案。直线感应电机具有结构简单，成本低，控制系统简单可靠等优点，但鉴于当前磁悬浮车的应用特点，其悬浮能力和承载能力较小，因此还需要尽量减少车载设备的重量，提高整车的有效载荷。但目前尚没有很好的技术方案来解决减少车载设备的重量，提高整车的有效载荷的技术问题。

因此，有必要提供一种针对当前磁悬浮列车车载能量供给方式特点的新型供电方法和装置，以此来有效减少车载设备的重量，提高整车的有效载荷。

发明内容

本发明针对上述现有技术中存在的缺陷，提供了一种磁悬浮列车用的直线发电装置、车载供电系统以及具有该车载供电系统的磁悬浮列车。

本发明提供的技术方案如下：

一方面，提供一种磁悬浮列车用的直线发电装置，其包括：

沿列车运行轨道铺设的直线电机初级组件，其用于产生初级行波磁场；

设置在所述磁悬浮列车上的至少一组车载次级发电组件，其通过与所述初级行波磁场之间的相互作用来产生感应电压，并利用所述感应电压为所述磁悬浮列车上的车载电气设备供电。

优选的，所述直线电机初级组件包括沿列车运行轨道铺设的具有若干齿状部的初级铁芯以及初级绕组，所述齿状部均匀间隔设置在所述初级铁芯上，且相邻齿状部之间均设有一所述初级绕组。

优选的，所述车载次级发电组件包括与所述初级铁芯对应设置的次级背铁；所述次级背铁下端面连接有至少一组次级三相发电绕组；每一所述次级三相发电绕组均包括沿列车行进方向依次、均匀间隔设置的B相、C相和A相，且所述B相、C相和A相与所述齿状部相对设置。

优选的，还包括地面三相变频器，其用于连接各所述初级绕组，并向其输入相应互差120°的三相交流电，所述三相交流电用于产生所述初级行波磁场。

优选的，所述地面三相变频器的输出频率与车载次级发电组件的运行频率之间保持恒转差频率fs，通过所述恒转差频率fs在所述车载次级发电组件中产生感应电压。

优选的，还包括逆变器，其用于将所述感应电压进行整流逆变后为所述磁悬浮列车上的车载电气设备供电。

另一方面，还提供一种利用上述直线发电装置来进行供电的车载供电系统，其包括设置在所述磁悬浮列车上的整流稳压设备、配电柜、逆变器、直流用电设备以及交流用电设备；

所述整流稳压设备一端连接所述直线发电装置，另一端连接所述配电柜，用于接收所述直线发电装置产生的感应电压，并对其进行整流和稳压，并将经整流和稳压后的感应电压输送至所述配电柜；

所述配电柜分别连接所述直流用电设备以及逆变器，用于直接将经整流和稳压后的感应电压输送至所述直流用电设备使用；或将经整流和稳压后的电压输送至所述逆变器，经所述逆变器转换后输送至与所述逆变器连接的交流用电设备，并供所述交流用电设备使用。

优选的，还包括可充电的蓄电池组，其连接所述配电柜，用于向所述配电柜提供辅助电力。

另一方面，还提供一种磁悬浮列车，其包括上述车载供电系统。

本发明的技术方案具有如下技术效果：

1、磁悬浮车采用无接触式直线发电装置，从而实现车辆与地面的完全无接触；

2、直线发电装置与推进用直线感应电机共用沿轨道铺设的初级，无需另外铺设，有效减少车载设备的重量，提高整车的有效载荷；

3、直线发电装置可为车载设备供电，同时还可为磁悬浮车提供向前的推进力；

4、采用直线发电装置与蓄电池组合的车载供电方式，保证配电的正常进行。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，以下将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图进行论述，显然，在结合附图进行描述的技术方案仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图所示实施例得到其它的实施例及其附图。

图1是实施例一中直线发电装置的结构与原理示意图；

图2是实施例二中所述车载次级发电组件中各相输出电压的曲线图；

图3是实施例三中车载供电系统的结构示意图。

具体实施方式

以下将结合附图对本发明各实施例的技术方案进行清楚完整的描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在不需要创造性劳动的前提下所得到的所有其它实施例，都在本发明所保护的范围内。

针对现有技术中存在的，尚没有很好的技术方案来解决减少车载设备的重量，提高整车的有效载荷的技术问题，本发明提供了一种磁悬浮列车用的直线发电装置、车载供电系统以及具有该车载供电系统的磁悬浮列车，其可以有效减少车载设备的重量，提高整车的有效载荷。

实施例一：

图1示出了磁悬浮列车用的直线发电装置的结构与原理示意图，其包括：沿列车运行轨道铺设的直线电机初级组件1，其用于产生初级行波磁场；

设置在所述磁悬浮列车上的至少一组车载次级发电组件2，其通过与所述初级行波磁场之间的相互作用来产生感应电压，并利用所述感应电压为所述磁悬浮列车上的车载电气设备供电，所述电气设备包括列车照明、空调、空气压缩机、各系统控制电路、电动车门以及车载信号与通信设备、蓄电池等，同时，为满足各种电气设备的用电需要，还可设置逆变器(未示出)，其用于将所述感应电压进行整流逆变后为所述磁悬浮列车上的车载电气设备供电。

优选的，所述直线电机初级组件1包括沿列车运行轨道铺设的具有若干齿状部3的初级铁芯4以及初级绕组5，所述齿状部3均匀间隔设置在所述初级铁芯4上，且相邻齿状部之间均设有一初级绕组5。进一步的，所述直线电机初级组件1可连接地面电源设备分段供电，且所述电源设备位于列车运行轨道旁，所述电源设备优选为地面三相变频器(未示出)，其用于连接各所述初级绕组，并向其输入相应互差120°的三相交流电(各项电流有效值为1080A)，所述三相交流电用于产生所述初级行波磁场，本实施例中，所述地面三相变频器的输出频率主要由列车运行的速度所决定，例如，其输出频率可优选为35-45Hz，特别优选的，所述地面三相变频器的输出频率为40HZ。

其次，所述车载次级发电组件2包括与所述初级铁芯4对应设置的次级背铁6；本实施例中，所述次级背铁6采用导电板(铜或铝等)与铁磁材料(低碳钢等)组成的复合结构，因此使得车载次级重量轻，增大了车辆有效载荷大；进一步的，所述次级背铁6下端面连接有至少一组次级三相发电绕组7；每一所述次级三相发电绕组均包括沿列车行进方向(即图1中箭头所示的次级运动速度V的运动方向)依次、均匀间隔设置的B相、C相和A相，且所述B相、C相和A相与所述齿状部相对设置。

对于直线异步电机，所述初级行波磁场在所述车载次级发电组件2中感生涡流，次级涡流与所述初级行波磁场间电磁相互作用产生向前的推进力，同时为了消除电机法向磁吸力对悬浮系统的影响。进一步的，电机同步速度Vs的频率与次级运动速度V的频率之间需要保持恒转差频率fs。

本实施例中，所述电机同步速度Vs的频率根据所述地面三相变频器的输出频率(40HZ)所得，可优选为40HZ；次级运动速度优选为V＝11.7m/s，折合运行频率为25HZ，此时转差频率为15HZ。因直线感应电机驱动控制方式可采用恒转差频率控制，因此，可使所述地面三相变频器的输出频率与车载次级发电组件2的运行频率之间保持恒转差频率fs(如15Hz)来在所述车载次级发电组件2中产生感应电压，再通过整流逆变为车载电气设备供电。需要说明的是，本实施例中的恒转差频率fs由电机的结构所决定，不同电机结构可对应不同的恒转差频率fs，其并不限制于15Hz。

列车运行时，所述车载电气设备均由非接触式直线发电装置从地面向车辆传递能量。且该直线发电机与推进用直线异步电机共用沿轨道铺设的初级，无需再另外铺设，因此该无接触发电方式具有结构简单且成本低等优点。

通过计算仿真得到，所述车载次级发电组件2中各相输出电压如图2所示，其电压输出波形近似为正弦，谐波分量小，峰值电压大约为200V，再经过整流逆变为车载电气设备供电。同时，表1示出了所述直线发电装置的各参数数据：

表1直线发电装置的各参数数据

上述无接触式直线发电装置除了可以为车载设备供电外，所述车载次级发电组件2中的工作电流与初级磁场电磁相互作用，产生向前的推进力。因此所述直线发电装置既可为车载设备供电，还可为磁悬浮车提供向前的推进力。

实施例二：

还提供一种利用上述直线发电装置来进行供电的车载供电系统，如图3所示，其包括设置在所述磁悬浮列车上的整流稳压设备、配电柜、逆变器、直流用电设备以及交流用电设备；优选的，还包括DC-DC开关电源；

所述整流稳压设备一端连接所述直线发电装置，另一端连接所述配电柜，用于接收所述直线发电装置产生的感应电压，并对其进行整流和稳压，并将经整流和稳压后的感应电压输送至所述配电柜；

所述配电柜分别连接所述直流用电设备以及逆变器，用于直接将经整流和稳压后的感应电压输送至所述直流用电设备使用；或将经整流和稳压后的电压输送至所述逆变器，经所述逆变器转换后输送至与所述逆变器连接的交流用电设备，并供所述交流用电设备使用。

优选的，还包括作为辅助电源系统的可充电的蓄电池组，其连接所述配电柜，用于向所述配电柜提供辅助电力，且同时提供相应的配电及保护等。

列车运行时，所述车载次级发电组件2的次级三相发电绕组7与轨道上的初级行波磁场相互作用产生感应电压，再经过整流和逆变，为车载电气设备供电。且每节磁悬浮车可根据车载电气设备的用电需求安装单组或多组车载次级发电组件2为磁悬浮车提供所需能量。

上述通过直线发电装置与蓄电池组合的车载供电方式，其输出能力能够满足列车各种负载工况下的用电要求，且系统具有足够的过载能力，可在短时间内应能承受住负载启动电流的冲击。

实施例三：

还提供一种磁悬浮列车，其包括上述实施例二中的车载供电系统，所述车载供电系统与实施例二完全相同，在此不再赘述。

本发明提供的各种实施例可根据需要以任意方式相互组合，通过这种组合得到的技术方案，也在本发明的范围内。

综上所述，本发明的技术方案中，磁悬浮车采用无接触式直线发电装置，从而实现车辆与地面的完全无接触；直线发电装置与推进用直线感应电机共用沿轨道铺设的初级，无需另外铺设，由此有效减少车载设备的重量，提高整车的有效载荷；直线发电装置可为车载设备供电，同时还可为磁悬浮车提供向前的推进力；采用直线发电装置与蓄电池组合的车载供电方式，保证配电的正常进行。

显然，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，本领域技术人员可以对本发明进行各种改动和变型。如果对本发明的这些改动和变型是在本发明的权利要求及其等同方案的范围之内，则本发明也将包含这些改动和变型。

Claims (9)

1.一种磁悬浮列车用的直线发电装置，其特征在于，包括：

沿列车运行轨道铺设的直线电机初级组件，其用于产生初级行波磁场；

设置在所述磁悬浮列车上的至少一组车载次级发电组件，其通过与所述初级行波磁场之间的相互作用来产生感应电压，并利用所述感应电压为所述磁悬浮列车上的车载电气设备供电。

2.如权利要求1所述的直线发电装置，其特征在于，所述直线电机初级组件包括沿列车运行轨道铺设的具有若干齿状部的初级铁芯以及初级绕组，所述齿状部均匀间隔设置在所述初级铁芯上，且相邻齿状部之间均设有一所述初级绕组。

3.如权利要求2所述的直线发电装置，其特征在于，所述车载次级发电组件包括与所述初级铁芯对应设置的次级背铁；所述次级背铁下端面连接有至少一组次级三相发电绕组；每一所述次级三相发电绕组均包括沿列车行进方向依次、均匀间隔设置的B相、C相和A相，且所述B相、C相和A相与所述齿状部相对设置。

4.如权利要求1所述的直线发电装置，其特征在于，还包括地面三相变频器，其用于连接各所述初级绕组，并向其输入相应互差120°的三相交流电，所述三相交流电用于产生所述初级行波磁场。

5.如权利要求4所述的直线发电装置，其特征在于，所述地面三相变频器的输出频率与车载次级发电组件的运行频率之间保持恒转差频率fs，通过所述恒转差频率fs在所述车载次级发电组件中产生感应电压。

6.如权利要求1所述的直线发电装置，其特征在于，还包括逆变器，其用于将所述感应电压进行整流逆变后为所述磁悬浮列车上的车载电气设备供电。

7.一种利用权利要求1-6任一项中所述的直线发电装置来进行供电的车载供电系统，其特征在于，包括设置在所述磁悬浮列车上的整流稳压设备、配电柜、逆变器、直流用电设备以及交流用电设备；

所述整流稳压设备一端连接所述直线发电装置，另一端连接所述配电柜，用于接收所述直线发电装置产生的感应电压，并对其进行整流和稳压，并将经整流和稳压后的感应电压输送至所述配电柜；

所述配电柜分别连接所述直流用电设备以及逆变器，用于直接将经整流和稳压后的感应电压输送至所述直流用电设备使用；或将经整流和稳压后的电压输送至所述逆变器，经所述逆变器转换后输送至与所述逆变器连接的交流用电设备，并供所述交流用电设备使用。

8.如权利要求7所述的车载供电系统，其特征在于，还包括可充电的蓄电池组，其连接所述配电柜，用于向所述配电柜提供辅助电力。

9.一种磁悬浮列车，其特征在于，包括如权利要求7中的车载供电系统。