CN105743226A - 一种用于电力机车的非接触供电系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于电力机车的非接触供电系统，包括高频电流发生装置，用于提供高频交流电；分别与高频电流发生装置以及可移动发射装置相连的高频交流导轨，用于接收高频交流电并传输至可移动发射装置；还用于作为可移动发射装置的移动轨道；能够与对应的车载接收装置保持同速行驶的可移动发射装置，用于接收高频交流电后，进行电磁转换，产生磁场；车载接收装置，用于在磁场内进行磁电转换，生成第一交流电，并将第一交流电转换为电力机车需要的电能。本发明采用的可移动发射装置能够与车载接收装置同速行驶，故不需要大量铺设，成本低，同时控制简单，且可移动发射装置几乎不会与车载接收装置出现错位的情况，传输效率高。

Description

一种用于电力机车的非接触供电系统

技术领域

本发明涉及电力机车供电技术领域，特别是涉及一种用于电力机车的非接触供电系统。

背景技术

电力机车在铁路上运行过程中，通过受电弓与接触网连接获得电能，在电力机车运行过程中，受电弓容易产生磨损、老化等问题，间接引起电火花或者电弧等打火现象，在雨雪等天气下，接触火花的产生会给电力机车的运行带来巨大安全隐患，危及到工作人员的安全。

现有的电力机车非接触供电系统多采用磁感应耦合无线电能传输技术，由固定发射装置、车载接收装置、高频交流电发生装置构成。

该系统需要将固定发射装置铺设在铁轨沿线，数量巨大，成本非常高；且电力机车经过不同位置时，需启动相应位置的固定发射装置，即铁轨沿线的固定发射装置需要根据电力机车的当前位置控制开闭状态，控制复杂；并且由于发射装置固定设置，当固定发射装置与车载接收装置错开时，会导致传输效率降低。

因此，如何提供一种成本低、控制简单且传输效率高的用于电力机车的非接触供电系统是本领域技术人员目前需要解决的问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种用于电力机车的非接触供电系统，采用的可移动发射装置能够与车载接收装置同速行驶，使用的可移动发射装置的数量少，成本低；且可移动发射装置在移动过程中始终处于开启状态即可，控制简单；同时可移动发射装置几乎不会与车载接收装置出现错位的情况，传输效率高。

为解决上述技术问题，本发明提供了一种用于电力机车的非接触供电系统，包括：

高频电流发生装置，用于提供高频交流电；

分别与所述高频电流发生装置以及可移动发射装置相连的高频交流导轨，用于接收所述高频交流电并传输至所述可移动发射装置；还用于作为所述可移动发射装置的移动轨道；

能够与对应的车载接收装置保持同速行驶的所述可移动发射装置，用于接收所述高频交流电后，进行电磁转换，产生磁场；

所述车载接收装置，用于在所述磁场内进行磁电转换，生成第一交流电，并将所述第一交流电转换为所述电力机车需要的电能。

优选地，所述车载接收装置与所述可移动发射装置一一对应。

优选地，所述车载接收装置具体包括：

接收设备，用于在所述磁场内进行磁电转换，生成所述第一交流电；

与所述接收设备相连的第一谐振电路，用于对所述第一交流电进行增强；

第一整流稳压电路，用于将增强后的所述第一交流电转换为第一直流电；

第一采样电路，用于采集所述第一直流电的第一电流数据并发送至第一控制设备以及第一无线通信设备；

所述第一控制设备，用于根据所述第一电流数据生成第一控制信号并发送至所述第一整流稳压电路，控制所述第一整流稳压电路将所述第一直流电的电压稳定至第一预设电压值；

速度传感器，用于采集所述车载接收装置的速度数据并发送至所述第一无线通信设备；

所述第一无线通信设备，用于将所述第一电流数据发送至所述高频电流发生装置，并将所述速度数据发送至所述可移动发射装置。

优选地，所述接收设备为线圈和磁芯。

优选地，所述高频电流发生装置包括：

与交流电源相连的第二整流稳压电路，用于将所述交流电源提供的第二交流电转变为第二直流电并输送至逆变电路；

所述逆变电路，用于将所述第二直流电转变为所述高频交流电并发送至所述可移动发射装置；

第二采样电路，用于采集所述第二直流电的第二电流数据以及所述高频交流电的交流电流数据，并将所述第二电流数据以及所述交流电流数据分别发送至第二控制设备；

第二无线通信设备，用于接收所述第一电流数据并发送至所述第二控制设备；

所述第二控制设备，用于根据所述第二电流数据、所述交流电流数据以及所述第一电流数据发送第二控制信号至所述第二整流稳压电路进行稳压控制，以及发送第三控制信号至所述逆变电路，控制所述逆变电路输出的所述高频交流电满足预设要求。

优选地，所述可移动发射装置包括：

受电设备，用于接收所述高频交流导轨传输的所述高频交流电后，发送第一高频交流电至第二谐振电路，发送第二高频交流电至推进设备；

第三无线通信设备，用于接收所述第一无线通信设备发送的所述速度数据，并发送至所述推进设备；

所述推进设备，用于接收所述第二高频交流电后，根据所述速度数据推动所述可移动发射装置与对应的所述车载接收装置保持同速行驶；

所述第二谐振电路，用于对接收到的所述第一高频交流电进行增强；

发射设备，用于根据增强后的所述第一高频交流电进行电磁转换，产生磁场。

优选地，所述受电设备为受电弓。

优选地，所述发射设备为线圈和磁芯。

优选地，还包括：

设置于所述可移动发射装置与所述车载接收装置之间的防水绝缘层。

优选地，所述防水绝缘层为非铁磁防水材料构成的隔离层。

本发明提供了一种用于电力机车的非接触供电系统，该系统中的发射装置可以进行跟随车载接收装置进行移动，故不需要在铁轨沿线进行大量铺设，而是仅需要设置等于甚至少于电力机车的车厢数的可移动发射装置即可，数量少，成本低；另外，由于可移动发射装置能够与车载接收装置同速行驶，故可移动发射装置在移动过程中始终处于开启状态即可，控制简单，同时可移动发射装置几乎不会与车载接收装置出现错位的情况，传输效率高。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对现有技术和实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明提供的一种用于电力机车的非接触供电系统的结构示意图；

图2为本发明提供的另一种用于电力机车的非接触供电系统的结构示意图；

图3为本发明提供的另一种用于电力机车的非接触供电系统中的第一谐振电路以及第二谐振电路的结构示意图；

图4为本发明提供的另一种用于电力机车的非接触供电系统中的一种第一整流稳压电路的电路示意图；

图5为本发明提供的另一种用于电力机车的非接触供电系统中的一种逆变电路的电路示意图；

图6为本发明提供的另一种用于电力机车的非接触供电系统的实物示意图(主视图)；

图7为本发明提供的另一种用于电力机车的非接触供电系统的实物示意图(侧视图)。

具体实施方式

本发明的核心是提供一种用于电力机车的非接触供电系统，采用的可移动发射装置能够与车载接收装置同速行驶，使用的可移动发射装置的数量少，成本低；且可移动发射装置在移动过程中始终处于开启状态即可，控制简单；同时可移动发射装置几乎不会与车载接收装置出现错位的情况，传输效率高。

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例一

本发明提供了一种用于电力机车的非接触供电系统，参见图1所示，图1为本发明提供的一种用于电力机车的非接触供电系统的结构示意图；该系统包括：

高频电流发生装置11，用于提供高频交流电；

分别与高频电流发生装置11以及可移动发射装置13相连的高频交流导轨12，用于接收高频交流电并传输至可移动发射装置13；还用于作为可移动发射装置13的移动轨道；

能够与对应的车载接收装置14保持同速行驶的可移动发射装置13，用于接收高频交流电后，进行电磁转换，产生磁场；

车载接收装置14，用于在磁场内进行磁电转换，生成第一交流电，并将第一交流电转换为电力机车需要的电能。

本发明提供了一种用于电力机车的非接触供电系统，该系统中的发射装置可以进行跟随车载接收装置进行移动，故不需要在铁轨沿线进行大量铺设，而是仅需要设置等于甚至少于电力机车的车厢数的可移动发射装置即可，数量少，成本低；另外，由于可移动发射装置能够与车载接收装置同速行驶，故可移动发射装置在移动过程中始终处于开启状态即可，控制简单，同时可移动发射装置几乎不会与车载接收装置出现错位的情况，传输效率高。

实施例二

基于实施例一的基础上，本发明还提供了另一种用于电力机车的非接触供电系统。

作为优选地，车载接收装置14与可移动发射装置13一一对应。

可以理解的是，此时可移动发射装置13的数量等于电力机车的车厢数(每节车厢上设置一个车载接收装置14)，采用一一对应的方式，可以避免可移动发射装置13与车载接收装置14不对应而导致的传输效率低的问题。另外，也可采用一个可移动发射装置13对应多个车载接收装置14的方式，该方式能够进一步的减少可移动发射装置13的数量，降低成本；此外，该种情况下一个可移动发射装置13对应的车载接收装置14的数量以及此时可移动发射装置13的设置位置本发明并不做特别限定，工作人员可根据实际试验情况自行确定。

参见图2所示，图2为本发明提供的另一种用于电力机车的非接触供电系统的结构示意图；

其中，这里的车载接收装置14具体包括：

接收设备141，用于在磁场内进行磁电转换，生成第一交流电；

另外，这里的接收设备141为线圈和磁芯，可根据高频交流电的频率、磁导率等参数来选择磁芯的材料及结构，并选定线圈的导线类型及其缠绕方式。当然，本发明并不限定线圈的匝数、线圈以及磁芯的材质和结构。另外，接收设备141也可以仅为线圈，本发明对此不作限定。

与接收设备141相连的第一谐振电路142，用于对第一交流电进行增强；

可以理解的是，这里的第一谐振电路142能够使接收设备141两端产生的高频电压接近正弦波，从而产生最大的磁场能量。

第一整流稳压电路143，用于将增强后的第一交流电转换为第一直流电；

可以理解的是，第一整流稳压电路143的作用是为电力机车提供稳定的直流电能，并且完成无功补偿、谐波消除等功能，故可以采用全桥可控整流滤波电路来实现，参见图4所示，图4为本发明提供的另一种用于电力机车的非接触供电系统中的一种第一整流稳压电路的电路示意图，此时，第一整流稳压电路143中开关管的驱动信号由第一控制设备145提供，即为第一控制设备145发送的第一控制信号。当然，本发明并不限定第一整流稳压电路143的电路类型，只要能够实现上述功能的电路均可作为第一整流稳压电路143。

进一步可知，车载接收装置14内的第一整流稳压电路143生成直流电能后，一方面供电力机车的车厢中的蓄电池储能，另一方面经过一个逆变电路生成电力机车所需要的交流电，供电动机及其他用电设备使用。

第一采样电路144，用于采集第一直流电的第一电流数据并发送至第一控制设备145以及第一无线通信设备147；

第一控制设备145，用于根据第一电流数据生成第一控制信号并发送至第一整流稳压电路143，控制第一整流稳压电路143将第一直流电的电压稳定至第一预设电压值；

其中，这里的第一预设电压值可由具体需要自行设定。

另外，本发明中的第一控制信号能够作为第一整流稳压电路143中各个开关管的驱动信号，但是本发明并不限定第一控制信号的信号类型以及生成方式，只要能够驱动第一整流稳压电路143中的开关管的第一控制信号，均可应用于本发明的系统内。

速度传感器146，用于采集车载接收装置14的速度数据并发送至第一无线通信设备147；

第一无线通信设备147，用于将第一电流数据发送至高频电流发生装置11，并将速度数据发送至可移动发射装置13。

其中，这里的高频电流发生装置11包括：

与交流电源相连的第二整流稳压电路111，用于将交流电源提供的第二交流电转变为第二直流电并输送至逆变电路112；

可以理解的是，这里的第二整流稳压电路111的作用是为逆变电路112提供稳定的直流电能，并且完成无功补偿、谐波消除等功能，故可以与第一整流稳压电路143采用相同的结构，此时，第二整流稳压电路111中开关管的驱动信号由第二控制设备114提供，即为第二控制设备114发送的第二控制信号。当然，也可与第一整流稳压电路143采用不同的结构，只要能够实现上述目的的电路均可作为第二整流稳压电路111。

逆变电路112，用于将第二直流电转变为高频交流电并发送至可移动发射装置13；

可以理解的是，这里的逆变电路112可以采用全桥逆变电路，参见图5所示，图5为本发明提供的另一种用于电力机车的非接触供电系统中的一种逆变电路112的电路示意图；此时，全桥逆变电路中开关管的驱动信号由第二控制设备114提供，即为第二控制设备114生成的第三控制信号，该驱动信号能够控制全桥逆变电路生成指定的高频交流电，并传输给可移动发射装置13。

另外，这里的高频交流电为高频方波交流电。当然，本发明对此不作特别限定。

第二采样电路113，用于采集第二直流电的第二电流数据以及高频交流电的交流电流数据，并将第二电流数据以及交流电流数据分别发送至第二控制设备114；

第二无线通信设备115，用于接收第一电流数据并发送至第二控制设备114；

第二控制设备114，用于根据第二电流数据、交流电流数据以及第一电流数据发送第二控制信号至第二整流稳压电路111进行稳压控制，以及发送第三控制信号至逆变电路112，控制逆变电路112输出的高频交流电满足预设要求。

另外，第二控制设备114输出的控制信号能够作为第二整流稳压电路111以及逆变电路112中各个开关管的驱动信号，但是本发明并不限定第二控制设备114输出的控制信号的信号类型以及生成方式，只要能够驱动第二整流稳压电路111以及逆变电路112中的开关管的控制信号，均可应用于本发明的系统内。

其中，这里的预设要求是根据实际需要来定的，本发明对此不作限定。

进一步可知，这里的可移动发射装置13包括：

受电设备131，用于接收高频交流导轨12传输的高频交流电后，发送第一高频交流电至第二谐振电路132，发送第二高频交流电至推进设备134；

其中，这里的受电设备131为受电弓。

当然，也可采用其他受电方式的受电设备131，只要能够从高频交流导轨12上获取高频交流电的受电设备131均在本发明的保护范围之内。

第三无线通信设备135，用于接收第一无线通信设备147发送的速度数据，并发送至推进设备134；

推进设备134，用于接收第二高频交流电后，根据速度数据推动可移动发射装置13与对应的车载接收装置14保持同速行驶；

可以理解的是，推进设备134以车载接收装置14传输的速度数据作为推力参考，目的是使可移动发射装置13能够与车载接收装置14保持同速同向行驶，从而保证可移动发射装置13与车载接收装置14之间中心无偏移，传输效率高。

其中，这里的推进设备134可以为电机，当然，也可以为其他能够实现推动可移动发射装置13在高频交流导轨12上移动的设备，本发明对此不作特别限定。

可以理解的是，高频交流导轨12连接高频电流发生装置11与可移动发射装置13，一方面将高频交流电传输给可移动发射装置13，另一方面为可移动发射装置13提供承重轨道，保证其与车载接收装置14同向行驶，由于可移动发射装置13本身重量较轻，故对高频交流导轨12本身的承重要求不高。本发明高频交流导轨12的类型不做限定。

第二谐振电路132，用于对接收到的第一高频交流电进行增强；

可以理解的是，这里的第二谐振电路132能够使发射设备133两端的高频电压接近正弦波，产生最大的磁场能量。

发射设备133，用于根据增强后的第一高频交流电进行电磁转换，产生磁场。

其中，这里的发射设备133为线圈和磁芯，可根据高频交流电的频率、磁导率等参数来选择磁芯的材料及结构，并选定线圈的导线类型及其缠绕方式。当然，本发明并不限定线圈的匝数、线圈以及磁芯的材质和结构。另外，发射设备133也可以仅为线圈，本发明对此不作限定。

需要注意的是，本发明中的发射设备133以及接收设备141也可以由一个可分离变压器组成，即发射设备133为该可分离变压器的发射端，接收设备141为该可分离变压器的接收端，发射设备133与接收设备141通过两者在磁芯间的气隙形成的电磁场进行电磁变换及能量传递。

参见图3所示，图3为本发明提供的另一种用于电力机车的非接触供电系统中的第一谐振电路以及第二谐振电路的结构示意图；其中，C1为第一谐振电路142里的串联电容，L1为接收设备141，C2为为第二谐振电路132里的串联电容，L2为发射设备133。

可以理解的是，这里的第一谐振电路142以及第二谐振电路132均为电容与电感的串联电路，这里的电感指的是接收设备141或发射设备133(由于接收设备141与发射设备133均为线圈或线圈和磁芯，在电路中能够等效为电感)。当然，本发明并不限定第一谐振电路142以及第二谐振电路132的类型，第一谐振电路142以及第二谐振电路132也可采用并联电容的谐振电路或其他类型的谐振电路，只要能够使发射设备133以及接收设备141间的磁场能量最大化的谐振电路均在本发明的保护范围之内。

其中，本发明中的第一无线通信设备147、第二无线通信设备115以及第三无线通信设备135之间通过红外或者蓝牙等无线通信方式进行通讯，当然，本发明并不限定以上三个无线通信设备的具体类型以及通过何种方式进行数据传输。

作为优选地，该系统还包括：

设置于可移动发射装置13与车载接收装置14之间的防水绝缘层。

参见图6和图7所示，图6为本发明提供的另一种用于电力机车的非接触供电系统的实物示意图(主视图)；图7为本发明提供的另一种用于电力机车的非接触供电系统的实物示意图(侧视图)。

其中，防水绝缘层为非铁磁防水材料构成的隔离层。

可以理解的是，防水绝缘层位于可移动发射装置13与车载接收装置14之间，一方面用于防止雨雪侵入，避免影响高频交流导轨12与可移动发射装置13之间的电能传输，防止出现漏电等事故发生；另一方面用于防止金属或者电流等侵入，而影响可移动发射装置13与车载接收装置14之间的电磁能量转换，故防水绝缘层的设置提高了电力机车的运行安全性。

另外，该部分由非铁磁防水材料构成的话，不妨碍磁场传输。当然，这里的非铁磁防水材料的具体类型本发明不作限定，只要具有上述要求中所需要的防水、绝缘以及对磁场无影响等特点的材料，均可应用于本发明。

与实施例一相比，本实施例中的可移动发射装置与车载接收装置一一对应，进一步保证了可移动发射装置与车载接收装置之间的中心无偏移，传输效率高；且本实施例中的可移动发射装置与车载接收装置内均包括谐振电路，使发射设备与接收设备之间的磁场能量最大化，提高了电能传输的效率；同时，本实施例还增加了防水绝缘层，使高频交流导轨与可移动发射装置均与外界隔离，避免出现漏电或者人畜意外触电等事故，提高了电力机车的运行安全性。

需要说明的是，在本说明书中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其他实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.一种用于电力机车的非接触供电系统，其特征在于，包括：

高频电流发生装置，用于提供高频交流电；

分别与所述高频电流发生装置以及可移动发射装置相连的高频交流导轨，用于接收所述高频交流电并传输至所述可移动发射装置；还用于作为所述可移动发射装置的移动轨道；

能够与对应的车载接收装置保持同速行驶的所述可移动发射装置，用于接收所述高频交流电后，进行电磁转换，产生磁场；

所述车载接收装置，用于在所述磁场内进行磁电转换，生成第一交流电，并将所述第一交流电转换为所述电力机车需要的电能。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述车载接收装置与所述可移动发射装置一一对应。

3.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述车载接收装置具体包括：

接收设备，用于在所述磁场内进行磁电转换，生成所述第一交流电；

与所述接收设备相连的第一谐振电路，用于对所述第一交流电进行增强；

第一整流稳压电路，用于将增强后的所述第一交流电转换为第一直流电；

第一采样电路，用于采集所述第一直流电的第一电流数据并发送至第一控制设备以及第一无线通信设备；

所述第一控制设备，用于根据所述第一电流数据生成第一控制信号并发送至所述第一整流稳压电路，控制所述第一整流稳压电路将所述第一直流电的电压稳定至第一预设电压值；

速度传感器，用于采集所述车载接收装置的速度数据并发送至所述第一无线通信设备；

所述第一无线通信设备，用于将所述第一电流数据发送至所述高频电流发生装置，并将所述速度数据发送至所述可移动发射装置。

4.根据权利要求3所述的系统，其特征在于，所述接收设备为线圈和磁芯。

5.根据权利要求3所述的系统，其特征在于，所述高频电流发生装置包括：

与交流电源相连的第二整流稳压电路，用于将所述交流电源提供的第二交流电转变为第二直流电并输送至逆变电路；

所述逆变电路，用于将所述第二直流电转变为所述高频交流电并发送至所述可移动发射装置；

第二采样电路，用于采集所述第二直流电的第二电流数据以及所述高频交流电的交流电流数据，并将所述第二电流数据以及所述交流电流数据分别发送至第二控制设备；

第二无线通信设备，用于接收所述第一电流数据并发送至所述第二控制设备；

所述第二控制设备，用于根据所述第二电流数据、所述交流电流数据以及所述第一电流数据发送第二控制信号至所述第二整流稳压电路进行稳压控制，以及发送第三控制信号至所述逆变电路，控制所述逆变电路输出的所述高频交流电满足预设要求。

6.根据权利要求3所述的系统，其特征在于，所述可移动发射装置包括：

受电设备，用于接收所述高频交流导轨传输的所述高频交流电后，发送第一高频交流电至第二谐振电路，发送第二高频交流电至推进设备；

第三无线通信设备，用于接收所述第一无线通信设备发送的所述速度数据，并发送至所述推进设备；

所述推进设备，用于接收所述第二高频交流电后，根据所述速度数据推动所述可移动发射装置与对应的所述车载接收装置保持同速行驶；

所述第二谐振电路，用于对接收到的所述第一高频交流电进行增强；

发射设备，用于根据增强后的所述第一高频交流电进行电磁转换，产生磁场。

7.根据权利要求6所述的系统，其特征在于，所述受电设备为受电弓。

8.根据权利要求6所述的系统，其特征在于，所述发射设备为线圈和磁芯。

9.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，还包括：

设置于所述可移动发射装置与所述车载接收装置之间的防水绝缘层。

10.根据权利要求9所述的系统，其特征在于，所述防水绝缘层为非铁磁防水材料构成的隔离层。