CN105691234B - 一种磁浮列车非接触供电耦合装置及磁浮列车 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种磁浮列车非接触供电耦合装置及磁浮列车，公开的磁浮列车非接触供电耦合装置包括发射端和接收端，接收端由多匝矩形线圈螺旋状串联而成，接收端通过与地面平行的接收端支架安装在列车一侧悬浮电磁铁下方；发射端由两根相互平行长直电缆构成，两根长直电缆的初始端与逆变器输出端相连，两根长直电缆的末端相连，发射端通过发射端支架与地面平行的安装在导轨外侧，所述导轨与安装接收端的悬浮电磁铁位于列车同侧，所述发射端位于接收端的正下方。本装置在不对车体进行大规模改动，实现中速磁浮列车的供电。通过设置已有悬浮传感器获取发射端与接收端间隙信息，避免专为配备传感器部件，有效节省成本、降低车体自重与维护管理。

Description

一种磁浮列车非接触供电耦合装置及磁浮列车
技术领域
本发明涉及到中速磁浮列车领域，尤其涉及一种磁浮列车非接触供电耦合装置。本发明还涉及具有上述非接触供电耦合装置的磁浮列车。
背景技术
轨道交通领域传统的接触式供电方式存在着诸如导线裸露、产生电火花、摩擦损耗、供电过程易受到外界环境影响等问题，严重影响的车辆的安全运行。作为高科技的产物，磁浮列车采用非接触式供电方案。目前发展成熟的磁悬浮列车分别是德国的常导电磁式磁悬浮列车和日本的超导电动式悬浮列车，其中高速磁浮车辆的车载能量通常借助于线性发电机产生，通过在悬浮电磁铁上安装发电线圈，长定子上由于齿槽效应产生相对线圈运动的磁场，该磁场在线圈上产生感应电压。沿车载悬浮电磁铁铁芯及轨道定子铁芯存在闭合磁通，列车运行时，定子齿槽效应将产生6倍于列车运行速度的磁通分量，该分量与发电机定子线圈存在相对运动，从而在线圈端感应出电压，且感应电压大小与速度密切相关，该方案可实现大功率的非接触发电，但前提是列车必须高速运行。低速运行时，仍需其他辅助设备供电，这是直线发电机方案的不足之处。现有城市轨道交通常采用接触式供电方式，有效供电时速约100多公里，但中速磁浮列车设计时速超过200公里，该方式无法满足供电需求。供电问题解决不了，中速磁浮就是一个有限定概念的“中速磁浮”。
由于中速车与高速磁浮列车的车体结构不同无法在中速车上采用类似的直线发电方案。中速车的悬浮与牵引系统分开，牵引系统主要结构是永磁体阵列和长定子，无法在永磁体上开槽铺设线圈，而且中速车长定子由树脂灌封，不含硅钢片等材料，无法产生齿槽效应，继而无法感应出相对于线圈运动的磁通。在悬浮系统中也无法实现磁通相对发电线圈运动，因此直线发电方案行不通。由于中速车车体与轨道间间隙较小，且安装有各种零部件。因此如何能够在中速磁浮列车上设置电磁感应式非接触耦合装置，实现对中速磁浮列车的供电成为本领域技术人员亟需解决的问题。
发明内容
基于上述技术难题，本发明提供一种磁浮列车非接触供电耦合装置，能够在中速磁浮列车现有结构上设置电磁感应式非接触耦合装置，实现中速磁浮列车的供电，该装置和方法与现有技术中公开的技术方案不同。
在提供上述无线感应检测装置的基础上，还提供了一种包括上述非接触供电耦合装置的磁浮列车。
本发明提供的磁浮列车非接触供电耦合装置，包括发射端和接收端，其中：
接收端由多匝矩形线圈螺旋状串联而成，接收端通过与地面平行的接收端支架安装在列车一侧悬浮电磁铁下方；
发射端由两根相互平行长直电缆构成，两根长直电缆的初始端与逆变器输出端相连，两根长直电缆的末端相连，发射端通过发射端支架与地面平行的安装在导轨外侧，所述导轨与安装接收端的悬浮电磁铁位于列车同侧，所述发射端位于接收端的正下方。
优选地，所述发射端的两根平行长直电缆间距20cm,接收端的矩形线圈短边与列车前进方向相垂直，短边长度为发射端的两根平行长直电缆间距的1-2倍。
优选地，所述发射端的两根平行长直电缆的中心线和接收端的矩形线圈短边的中心线重合。
优选地，所述发射端与接收端之间间隙值与悬浮电磁铁与F轨之间间隙值之和等于预设值。
优选地，所述悬浮电磁铁上设置有安装孔，接收端支架在安装孔处通过固定装置与悬浮电磁铁相连接。
优选地，所述接收端支架可以调节高度。
优选地，所述接收端的矩形线圈铺设在由铁氧体条和环氧树脂条组成的矩形磁保护支架表面；在靠近矩形磁保护支架的内铺设与列车前进方向垂直的铁氧体条，其中靠近支架边框处的铁氧体条不间断铺设，其余部分铁氧贴条均匀等间距铺设；在矩形磁保护支架的中间位置部位，沿列车前进方向铺设两道铁氧体条，与列车前进方向一致的铁氧体条和与列车前进方向垂直的铁氧体条相连接，将与与列车前进方向垂直的铁氧体条间隔开，相邻铁氧体条间用环氧树脂条隔开。
优选地，设置在悬浮转向架上的悬浮传感器还可以用于测量接收端与发射端之间的间隙。
本发明提供的磁浮列车非接触供电耦合装置，可消除传统的接触式供电所造成的电火花、碳积、减少以及器件磨损。在不对车体进行大规模改动的前提下，采用电磁感应式非接触耦合装置实现中速磁浮列车的非接触式大功率供电，并且操作方便、节省空间、便于维修等。通过设置在列车悬浮架上的已有设备悬浮传感器来获取发射端与接收端间隙信息，避免专为耦合装置配备传感器部件，有效节省成本、降低车体自重与维护管理。
本发明进一步解决其技术问题采用的技术方案是，在提供所述磁浮列车非接触供电耦合装置的基础上，本发明还提供一种包括非接触供电耦合装置的磁浮列车。
优选地，所述非接触供电耦合装置有多个，可设置在磁浮列车同侧或两侧，多个非接触供电耦合装置采用串联或并联方式连接。
所述磁浮列车显然具有前述磁浮列车非接触供电耦合装置的全部有益效果，在此不再赘述。
附图说明
图1为本发明提供的一种磁浮列车非接触供电耦合装置安装示意图；
图2为图1的左视图；
图3为本发明提供的一种磁浮列车非接触供电耦合装置结构示意图；
图4为本发明所述的一种悬浮传感器安装位置示意图。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图对本发明作进一步的详细说明。
参见图1和图2，图1为本发明提供的一种磁浮列车非接触供电耦合装置安装示意图，图2为图1的左视图。
磁浮列车非接触供电耦合装置，包括发射端6和接收端3，其中：接收端3通过与地面平行的接收端支架2安装在列车一侧悬浮电磁铁4下方，接收端3由多匝矩形线圈螺旋状串联而成，线圈的两端与下级电力设备相连接，通过下级电力设备将高频电流变为低频电流提供给列车车载设备使用。接收端3的矩形线圈短边与列车前进方向相垂直，短边长度为发射端的两根平行长直电缆间距的1-2倍。矩形线圈材质可以为铜条或者铝条。
发射端6由两根相互平行长直电缆构成，两根长直电缆的初始端与逆变器输出端相连，两根长直电缆的末端相连，发射端6通过发射端支架7与地面平行的安装在导轨8外侧，所述导轨8与安装接收端3的悬浮电磁铁4位于列车同侧，所述发射端6位于接收端3的正下方。所述发射端6的长直电缆可以分段铺设，每段长直电缆的的初始端与逆变器输出端相连，两根长直电缆的末端相连。长直电缆的材质可以为铜线或者铝线，两根平行长直电缆间距20cm。
当发射端6长直电缆中通交变电流时，会在发射端6四周形成交变磁场。当接收端3的线圈靠近发射端6长直电缆时，接收端近似位于一个均匀分布的、突变的磁场之中，当磁浮列车沿轨道运行时，接收端3沿发射端6移动，接收端线圈产生感应电动势，通过接收端线圈端子对外输出交变电流，实现对中速磁浮列车的供电。
接收端3通过与地面平行的接收端支架2安装在列车一侧悬浮电磁铁4下方，发射端6通过发射端支架7与地面平行的安装在导轨8外侧，即所述发射端6与接收端3相互平行安装，考虑到不对磁浮列车车体进行大规模改动，根据功率需求大小，发射端与接收端可以在间距1-20mm间调节，优选地，发射端与接收端之间间隙为10mm。
在进一步的方案中，所述发射端6与接收端3之间间隙值与悬浮电磁铁4与F轨5之间间隙值之和等于预设值。所述预设值为常数，该常数可在调试完毕后确定。
在更一步的方案中，所述发射端6与接收端3之间间隙大小与悬浮电磁铁4与F轨5间的间隙相等。
本发明提供的磁浮列车非接触供电耦合装置，可消除传统的接触式供电所造成的电火花、碳积、减少以及器件磨损。发射端安装在导轨外侧，接收端安装在车辆的悬浮电磁铁模块下方，在不对车体进行大规模改动的前提下，将电磁感应式非接触耦合装置的接收端安装在悬浮电磁铁下方，发射端安装在导轨外侧，能够实现中速磁浮列车的非接触式大功率供电，并且操作方便、节省空间、便于维修等。以下对接收端和发射端安装方式进行进一步的详细说明。
悬浮电磁铁4的下表面边缘开孔，形成安装孔，接收端支架2在安装孔处通过固定装置与悬浮电磁铁4相连接，接收端3安装在接收端支架2上。
优选地，固定装置为螺栓。
在进一步的方案中，所述接收端支架2可以调节高度，接收端支架2高度具有一定调节余量，方便根据工况调整接收端3与发射端6的间距。
发射端6安装在接收端3正下方，发射端6两根长直导线平行安装在发射端支架7上，所述发射端6的两根平行长直电缆的中心线和接收端3的矩形线圈短边的中心线重合。
参见图3，图3为本发明提供的一种磁浮列车非接触供电耦合装置结构示意图。
接收端3的矩形线圈铺设在由铁氧体条31和环氧树脂条32组成的矩形磁保护支架表面；在靠近矩形磁保护支架的内铺设与列车前进方向垂直的铁氧体条31，其中靠近支架边框处的铁氧体条31不间断铺设，其余部分铁氧贴条31均匀等间距铺设；在矩形磁保护支架的中间位置部位，沿列车前进方向铺设两道铁氧体条31，与列车前进方向一致的铁氧体条31和与列车前进方向垂直的铁氧体条31相连接，将与与列车前进方向垂直的铁氧体条31间隔开，相邻铁氧体条间用环氧树脂条32隔开。该栅栏式设计有利于降低车体自重。
参见图4，图4为本发明所述的一种悬浮传感器安装位置示意图。
设置在悬浮转向架1上的悬浮传感器10还可以用于测量接收端3与发射端6之间的间隙。F轨与5导轨8之间的距离为预设值，接收端3设置在悬浮电磁铁4之下，发射端6设置在导轨8之上，通过设置在悬浮转向架1的悬浮传感器10用于测量悬浮电磁铁4和F轨之间的距离，可以得到接收端3 与发射端6 之间的间隙。通过已有设备悬浮传感器10来获取发射端6与接收端3 间隙信息，由于中速磁浮列车的结构较为紧凑，避免专为耦合装置配备传感器部件，充分利用已有悬浮传感器对发射端和接收端之间间隙进行测量，有效节省成本、降低车体自重与维护管理。
为了实现测量装置的冗余，一个接收端3与发射端6之间的间隙数据可以通过对不少于两个悬浮间隙传感器10所得数据分析得到，从而确保提供测量数据的准确性。
本发明还提供了一种磁浮列车，该磁浮列车设有上述磁浮列车非接触供电耦合装置，由于上述的磁浮列车非接触供电耦合装置具有上述技术效果，具有该磁浮列车非接触供电耦合装置的磁浮列车也应具有相应的技术效果，在此不再做详细介绍。
优选地，所述非接触供电耦合装置有多个，可设置在磁浮列车同侧或两侧，多个非接触供电耦合装置采用串联或并联方式连接。
以下以单个非接触供电耦合系统可提供的功率大小为20kw左右为例进行进一步的说明。
当单个非接触供电耦合系统可提供的功率大小为20kw左右，中速磁浮列车运行所需功率200kw左右时，需要10个非接触供电耦合装置，所述10个非接触供电耦合装置可设置在磁浮列车的同侧或两侧，配套10个变流器，构建2组电网系统。
出于机车两侧质量平衡考虑，一般将10个非接触供电耦合装置磁浮列车左右侧各五个对称安装。
再更进一步的方案中，为了实现列车供电能量供应的冗余，可成对的在磁浮列车的两侧设置多个非接触供电耦合装置。以上对本发明所提供的一种磁浮列车非接触供电耦合装置及磁浮列车进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。

Claims (10)

1.一种磁浮列车非接触供电耦合装置，其特征在于，包括发射端和接收端，其中：
接收端由多匝矩形线圈螺旋状串联而成，接收端通过与地面平行的接收端支架安装在列车一侧悬浮电磁铁下方；
发射端由两根相互平行长直电缆构成，两根长直电缆的初始端与逆变器输出端相连，两根长直电缆的末端相连，发射端通过发射端支架与地面平行的安装在导轨外侧，所述导轨与安装接收端的悬浮电磁铁位于列车同侧，所述发射端位于接收端的正下方。
2.根据权利要求1所述的磁浮列车非接触供电耦合装置，其特征在于，所述发射端的两根平行长直电缆间距20cm,接收端的矩形线圈短边与列车前进方向相垂直，短边长度为发射端的两根平行长直电缆间距的1-2倍。
3.根据权利要求2所述的磁浮列车非接触供电耦合装置，其特征在于，所述发射端的两根平行长直电缆的中心线和接收端的矩形线圈短边的中心线重合。
4.根据权利要求3所述的磁浮列车非接触供电耦合装置，其特征在于，所述发射端与接收端之间间隙值与悬浮电磁铁与F轨之间间隙值之和等于预设值。
5.根据权利要求4所述的磁浮列车非接触供电耦合装置，其特征在于，所述悬浮电磁铁上设置有安装孔，接收端支架在安装孔处通过固定装置与悬浮电磁铁相连接。
6.根据权利要求5所述的磁浮列车非接触供电耦合装置，其特征在于，所述接收端支架可以调节高度。
7.根据权利要求6所述的磁浮列车非接触供电耦合装置，其特征在于，所述接收端的矩形线圈铺设在由铁氧体条和环氧树脂条组成的矩形磁保护支架表面；在靠近矩形磁保护支架的内铺设与列车前进方向垂直的铁氧体条，其中靠近支架边框处的铁氧体条不间断铺设，其余部分铁氧贴条均匀等间距铺设；在矩形磁保护支架的中间位置部位，沿列车前进方向铺设两道铁氧体条，与列车前进方向一致的铁氧体条和与列车前进方向垂直的铁氧体条相连接，将与与列车前进方向垂直的铁氧体条间隔开，相邻铁氧体条间用环氧树脂条隔开。
8.根据权利要求7所述的磁浮列车非接触供电耦合装置，其特征在于，设置在悬浮转向架上的悬浮传感器还可以用于测量接收端与发射端之间的间隙。
9.一种磁浮列车，其特征在于，包括如权利要求1-8任一项所述的磁浮列车非接触供电耦合装置。
10.根据权利要求9所述的磁浮列车，所述非接触供电耦合装置有多个，可设置在磁浮列车同侧或两侧，多个非接触供电耦合装置采用串联或并联方式连接。
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