CN111907382A - 用于向长定子直线电机长定子供电的供电系统及换步方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种用于向长定子直线电机的长定子供电的换步方法，其中当长定子次级沿该移动方向从该第j个绕组段所在位置向第j+1个绕组段所在位置移动时：在该移动方向上的该第j个控制器生成用于将该第j个开关切换至关断状态的第j个开关关断指令，并且在该移动方向上的该第j+1个控制器生成用于将该第j+1个开关切换至开通状态的第j+1个开关开通指令；其中j为满足1≤j≤n‑1的任意整数。通过分布式控制器与定子绕组段对应的开关之间的紧密配合，解除牵引控制系统的控制环节，而牵引控制系统仅起监视功能，减少了牵引控制系统的资源占用。本发明还公开一种用于向长定子直线电机的长定子供电的供电系统。

Description

用于向长定子直线电机长定子供电的供电系统及换步方法

技术领域

本发明涉及磁浮轨道交通领域，特别涉及长定子直线电机供电的换步方法。

背景技术

磁悬浮列车作为一种新型的地面交通运输工具，具有速度快、运行平稳、噪声低、环境影响小等优点。高速磁悬浮列车采用绕组段直线电动机驱动，其定子的三相电枢绕组是分别嵌设在沿线路两侧敷设的绕组段的齿槽内，通过牵引变电所分别向线路两侧敷设的定子绕组供电。

为减少线路损耗，在两个牵引变电所间的一个牵引供电分区内，将定子绕组划分为若干个供电区域，使一个牵引区域等效为一组较短的定子段(绕组段、定子绕组段)，因此牵引模块驱动的将是一个较小的电动机。

当列车从一段定子段过渡到另一绕组段时的过程即是换步过程。磁浮列车传统换步过程示意图如图1所示，其中示出磁浮列车轨道单侧绕组段的换步过程，另一侧换步过程同理。在列车即将离开列车移动方向上第i个绕组段PSTS_i时，地面牵引控制系统将牵引变电所P10的牵引模块输出电流逐渐降低至零，切断第i个开关PK_i。在列车到达列车移动方向上第i+1个绕组段PSTS_i+1时，闭合第i个开关PK_i+1接通绕组段PSTS_i+1，同时牵引控制系统下发命令给牵引变电所P10的牵引模块，使新接通的绕组段上牵引电流逐渐恢复至换步前牵引电流，i为任意正整数。

换言之，在现有技术的换步过程中，牵引模块需先将该定子段电流逐渐降低至零，并断开该定子段的定子开关，经一定时间间隔后闭合下一段定子段上的定子开关，再将该下一段定子段上的牵引电流至换步前水平，因而定子段换接过程中损失了牵引功率，不同定子段供电方式换步时(如蛙跳法、两步法、三步法、时间偏移法等)造成的功率损失不同。换步时间越长，造成列车的动能损失也越大。

综上可知，根据磁浮交通运营需求，现有磁浮列车换步的缺点如下：

1.换步过程耗时较长，列车动能损失较大；

2.换步控制过程复杂，控制精度要求高，因而实现困难；

3.换步控制系统占用大量牵引控制系统资源。

发明内容

针对目前磁浮列车换步过程控制复杂、换步时间长等缺点，发明了一种磁浮交通牵引系统使用的自动换步的方案。

本发明第一方面公开一种用于向长定子直线电机的长定子供电的供电系统，该长定子直线电机包括该长定子和在该长定子延伸方向上移动的次级，其中该长定子包括在该次级的移动方向上依次设置的n个绕组段，该供电系统包括在该移动方向上依次设置的n个开关和n个控制器，其中n为正整数，在该移动方向上的第i个绕组段经由在该移动方向上的第i个开关电连接至供电装置；在该移动方向上的该第i个控制器接收与该第i个绕组段有关的次级状态信息、根据与该第i个绕组段有关的次级状态信息选择性地生成用于将该第i个开关切换至开通状态的第i个开关开通指令或将该第i个开关切换至关断状态的第i个开关关断指令；并且在该开通状态，该第i个绕组段接收来自该供电装置的电能；在该关断状态，该第i个绕组段不接收来自该供电装置的电能；其中，i为满足1≤i≤n的任意整数。

优选地，该次级状态信息包括次级远离信息；当该第i个控制器接收到该次级远离信息时，该第i个控制器根据该次级远离信息生成该第i个开关关断指令，以将该第i个开关切换至该关断状态。

优选地，在该第i个绕组段在该移动方向上的前侧位置处设有与该第i个控制器通讯的第i个前侧位置传感器，并且当该第i个前侧位置传感器在检测到该次级经过后，该第i个前侧位置传感器向该第i个控制器发送该次级远离信息。

优选地，上述方案中，该次级状态信息还包括次级靠近信息。当该第i个控制器接收到该次级靠近信息时，该第i个控制器根据该次级靠近信息生成该第i个开关开通指令，以将该第i个开关切换至该开通状态。

优选地，在该第i个绕组段在该移动方向上的后侧位置处设有与该第i个控制器通讯的第i个后侧位置传感器，并且当该第i个后侧位置传感器在检测到该次级经过后，该第i个后侧位置传感器向该第i个控制器发送该次级靠近信息。

优选地，该长定子直线电机为磁浮列车的驱动电机，该驱动电机包括长定子和次级，该长定子铺设于该磁浮列车的轨道上，该次级设置于该磁浮列车上。

本发明的供电系统通过分布式控制器与定子绕组段对应的开关之间的紧密配合，解除牵引控制系统的控制环节，而牵引控制系统仅起监视功能，减少了牵引控制系统的资源占用。

本发明第二方面公开一种用于向长定子直线电机的长定子供电的换步方法，该长定子直线电机包括该长定子和在该长定子延伸方向上移动的次级，其中该长定子包括在该次级的移动方向上依次设置的n个绕组段，该供电系统包括在该移动方向上依次设置的n个开关和n个控制器，其中n为正整数，在该移动方向上的第j个绕组段经由在该移动方向上的第j个开关电连接至供电装置；其中当该次级沿该移动方向从该第j个绕组段所在位置向第j+1个绕组段所在位置移动时：在该移动方向上的该第j个控制器接收与该第j个绕组段有关的次级远离信息、根据与该第j个绕组段有关的次级远离信息生成用于将该第j个开关切换至关断状态的第j个开关关断指令，并且在该移动方向上的该第j+1个控制器接收与该第j+1个绕组段有关的次级靠近信息、根据与该第j+1个绕组段有关的次级靠近信息生成用于将该第j+1个开关切换至开通状态的第j+1个开关开通指令；其中j为满足1≤j≤n-1的任意整数。

优选地，在该第j个绕组段在该移动方向上的前侧位置处设有与该第j个控制器通讯的第j个前侧位置传感器，并且该第j个前侧位置传感器在检测到该次级经过后，向该第j个控制器发送该次级远离信息；在该第j+1个绕组段在该移动方向上的后侧位置处设有与该第j+1个控制器通讯的第j+1个后侧位置传感器，并且该第j+1个后侧位置传感器在检测到该次级经过后，向该第j+1个控制器发送该次级靠近信息。

优选地，该长定子直线电机为磁浮列车的驱动电机，该驱动电机包括长定子和次级，该长定子铺设于该磁浮列车的轨道上，该次级设置于该磁浮列车上。

本发明的换步方法解决传统长定子直线电机换步过程复杂、换步时间长、控制要求高等问题，使次级低功率损耗通过换步区间，降低了在换步过程中造成的动能损失，同时能够降低换步控制难度，实现自动换步。

附图说明

本发明的以上发明内容以及下面的具体实施方式在结合附图阅读时会得到更好的理解。需要说明的是，附图仅作为所请求保护的发明的示例。在附图中，相同的附图标记代表相同或类似的元素。

图1示出现有技术中采用的向长定子直线电机的长定子供电的供电系统。

图2示出本发明中采用的向长定子直线电机的长定子供电的供电系统。

具体实施方式

以下在具体实施方式中详细叙述本发明的详细特征以及优点，其内容足以使任何本领域技术人员了解本发明的技术内容并据以实施，且根据本说明书所揭露的说明书、权利要求及附图，本领域技术人员可轻易地理解本发明相关的目的及优点。

图2示出本发明的用于向长定子直线电机的长定子供电的供电系统，长定子直线电机包括长定子和在长定子延伸方向上移动的次级。作为示例，此处长定子直线电机为磁浮列车的驱动电机，驱动电机包括长定子30和次级20，驱动电机的长定子30铺设于磁浮列车的轨道上，次级20设置于磁浮列车上。长定子30包括在次级20的移动方向v(即磁浮列车的移动方向v)上依次设置的n个绕组段，其中n为正整数且n的数量可根据长定子30的长度和各个绕组段长度自由设置。

相应地，本发明的供电系统包括在作为移动方向v上依次设置的n个开关和n个控制器，换言之，本发明的供电系统为每个绕组段分别设置对应的1个开关和1个控制器，且绕组段、开关和控制器三者一一对应。

例如，在移动方向v上依次设置第一个绕组段STS1、第二个绕组段(未示出)……第六个绕组段STS6、第七个绕组段STS7，……直至最后一个绕组段，则第一个绕组段STS1经由在移动方向v上的第一个开关K1电连接至牵引变电所10，第六个绕组段STS6经由在移动方向v上的第六个开关K6电连接至牵引变电所10，第七个绕组段STS7经由在移动方向v上的第七个开关K7电连接至牵引变电所10，其余绕组段的情况以此类推，此处牵引变电所10是作为供电装置的示例。

在移动方向v上依次设置的n个控制器分别接收与该控制器对应的绕组段有关的次级状态信息，此处，与某一绕组段有关的次级状态信息即是指当次级20经过该绕组段所在位置时次级20的状态信息。

次级状态信息可包括次级远离信息和次级靠近信息，对每一个控制器，当接收到与其对应的绕组段有关的次级远离信息时生成开关关断指令，并且在接收到与其对应的绕组段有关的次级靠近信息时生成开关开通指令。开关关断指令和开关开通指令用于控制与该控制器对应的开关的通断。

再次参考图2，在移动方向v上的第六个控制器C6接收与第六个绕组段STS6有关的次级状态信息、根据与第六个绕组段STS6有关的次级状态信息选择性地生成用于将第六个开关K6切换至开通状态的第六个开关K6开通指令或将第六个开关K6切换至关断状态的第六个开关K6关断指令。

具体地，当第六个控制器C6接收到次级远离信息时，第六个控制器C6根据次级远离信息生成第六个开关关断指令，以将第六个开关K6切换至关断状态。当第六个控制器C6接收到次级靠近信息时，第六个控制器C6根据次级靠近信息生成第六个开关K6开通指令，以将第六个开关K6切换至开通状态。

当第六个开关K6在开通状态时，第六个绕组段STS6接收来自牵引变电所10的电能；当第六个开关K6在关断状态时，第六个绕组段STS6不接收来自牵引变电所10的电能。其余各个控制器控制开关的方式与第六个控制器相同，在此不再赘述。

现有技术中，为使得多个开关快速开通、关断，通常采用真空接触器或真空断路器作为各个绕组段对应的开关。

本发明中，各个控制器可以是PLC或者微机装置或者其他能够起到控制作用的装置或插件。

此外，本发明的供电系统中，在每一个绕组段在移动方向v上的前侧位置处设有对应的一个前侧位置传感器，并且在移动方向v上的后侧位置处设有一个后侧位置传感器，与每个绕组段对应的控制器能够和与绕组段对应的前侧位置传感器及后侧位置传感器通讯，即，本发明还可以包括在作为移动方向v上依次设置的n个前侧位置传感器和n个后侧位置控制器，并且绕组段、前侧位置传感器、后侧位置传感器一一对应，相应地，前侧位置传感器、后侧位置传感器和控制器也一一对应。

参见图2，以第六个绕组段STS6和第七个绕组段STS7为例，在第六个绕组段STS6在移动方向v上的前侧位置处设有与第六个控制器C6通讯的第六个前侧位置传感器TF6，在第六个绕组段STS6在移动方向v上的后侧位置处设有与第六个控制器C6通讯的第六个后侧位置传感器TB6。在第七个绕组段STS7在移动方向v上的前侧位置处设有与第七个控制器C7通讯的第七个前侧位置传感器TF7，在第七个绕组段STS7在移动方向v上的后侧位置处设有与第七个控制器C7通讯的第七个后侧位置传感器TB7。

优选地，每一前侧位置传感器在检测到次级经过与其对应的绕组段时，向与其对应的控制器发送次级远离信息，并且当每一后侧位置传感器在检测到次级经过与其对应的绕组段时，向与其对应的控制器发送次级靠近信息。

例如，当第六个前侧位置传感器TF6在检测到次级经过后，第六个前侧位置传感器TF6向第六个控制器C6发送次级远离信息，并且当第六个后侧位置传感器TB6在检测到次级经过后，第六个后侧位置传感器TB6向第六个控制器C6发送次级靠近信息。

在本发明的一个变型实施例中，每一绕组段可不设有与该绕组段对应的、设置在绕组段所在轨道旁固定位置处的前侧位置传感器和后侧位置传感器，而是可采用其它定位方式获取次级远离信息和次级靠近信息，例如齿槽计数定位、由移动的次级读取沿着绕组段设置的编码定位、甚至卫星系统定位等，也能够同时采用以上各种定位方式中的两种以上定位方式。

在本发明的另一变型实施例中，选择性地设置n个前侧位置传感器，并采用齿槽计数定位、由移动的次级读取沿着绕组段设置的编码定位、卫星系统定位等方式确定次级的位置而发出次级靠近信息，或者设置n个后侧位置传感器，并采用齿槽计数定位、由移动的次级读取沿着绕组段设置的编码定位、卫星系统定位等方式确定次级的位置而发出次级远离信息。换言之，仅将位置传感器设置在每一绕组段的前侧位置处或后侧位置处，而非设置在对应的绕组段在移动方向v上的前侧位置与后侧位置两者处。

此外，在上述各实施例中，用于发送次级远离信息和次级靠近信息的各种定位组件既可以和与该绕组段对应的控制器直接通信，也可以与磁浮列车的地面牵引控制系统通信，以使得与各个绕组段对应的控制器从地面牵引控制系统获取与该绕组段对应的次级远离信息和/或次级靠近信息。

本发明第二方面公开一种用于向长定子直线电机的长定子供电的换步方法，下面以作为磁浮列车驱动电机的长定子直线电机为例，详细描述本发明第二方面的换步方法，其中该长定子直线电机采用本发明第一方面的供电系统为长定子供电。

其中当设置于磁浮列车上的次级20沿移动方向v移动时，例如从图2中从第六个绕组段STS6所在位置朝向第七个绕组段STS7所在位置移动时，需要关断第六个开关K6并接通第七个开关K7，以使得第六个绕组段STS6不能够从牵引变电所10获取电能，而使得第七个绕组段STS7能够从牵引变电所10获取电能。该过程即为长定子绕组段换步过程，用于实现该换步过程的换步方法，主要分为以下四个步骤：

第一步骤：在磁浮列车上的次级20即将离开第六个绕组段STS6时，触发与第六个控制器C6通讯的第六个前侧位置传感器TF6；第六个前侧位置传感器TF6监测到磁浮列车上的次级20到达该位置，并且将次级20到达其所在位置的信号作为次级远离信息传送给第六个控制器C6，从而第六个控制器C6接收与第六个绕组段STS6有关的次级远离信息。其中第六个前侧位置传感器TF6设置在第六个绕组段在移动方向v上的前侧位置处的磁浮列车轨道旁。

第二步骤：第六个控制器C6接收到第六个前侧位置传感器TF6发送的次级远离信息后，根据与第六个绕组段STS6有关的次级远离信息生成用于将第六个开关K6切换至关断状态的第六个开关关断指令。具体地，第六个控制器C6可以通过与地面牵引控制系统和/或与地面安装的速度传感器、加速度传感器通信而获得次级20的速度信息、加速度信息等信息，并通过对次级远离信息、速度信息、加速度信息等信息综合分析，计算出第六个开关K6的最佳动作时间，经延时后发出分闸命令，断开第六个开关K6；

第三步骤：磁浮列车的次级20在到达第七个绕组段STS7后，触发与第七个控制器C7通讯的第七个后侧位置传感器TB7，第七个后侧位置传感器TB7监测到次级20到达该位置，并且将次级20到达其所在位置的信号作为次级靠近信息传送给第七个控制器C7，从而第七个控制器C7接收与第七个绕组段STS7有关的次级靠近信息，其中第七个后侧位置传感器TB7设置在第七个绕组段在移动方向v上的后侧位置处的磁浮列车轨道旁。

第四步骤：与第六个控制器C6接收到第六个前侧位置传感器TF6发送的次级远离信息后类似，第七个控制器C7在接收到第七个后侧位置传感器TB7发送的次级靠近信息后，根据与第七个绕组段STS7有关的次级靠近信息生成用于将第七个开关K7切换至开通状态的第七个开关开通指令。此处，第七个控制器C7可以通过与地面牵引控制系统和/或与地面安装的速度传感器、加速度传感器通信而获得磁浮列车的速度信息、加速度信息等信息，通过对次级靠近信息、速度信息、加速度信息等信息综合分析，计算出第七个开关K7的最佳动作时间，经延时后发出合闸命令，接通第七个开关K7。

此处，虽然是以磁浮列车从第六个绕组段STS6所在位置朝向第七个绕组段STS7所在位置移动时的换步过程说明本发明第二方面的换步方法，然而任意一个绕组段切换至其在磁浮列车行进方向上的下一个绕组段的换步过程均适用以上换步方法，例如从第一个绕组段STS1切换至第二个绕组段STS2，从第j个绕组段切换至第j+1个绕组段等，只要j能够满足为1≤j≤n-1的整数即可。

优选地，尽管上述本发明第二方面的换步方法中，磁浮列车位置由地面位置传感器监测，但也可以使得各个控制器接收由牵引控制系统提供的磁浮列车位置信号。

此外，尽管上述本发明第二方面的换步方法中采用第一步骤、第二步骤、第三步骤、第四步骤描述该换步方法，但并未限定上述步骤需无时间上重叠地、按顺序地逐一执行。

例如，在本发明的又一变型实施例中，可以省略第三步骤，以使得第六个开关K6断开的同时即闭合第七个开关K7。

在本发明更进一步的实施例中，取决于磁浮列车的速度、加速度情况，能够使得第二步骤中第六个开关K6的最佳动作时间具有较大延时，而第四步骤中第七个开关K7的最佳作动时间具有较小的延时或无延时，则能够实现第七个开关K7开通后再关断第六个开关K6的情形。

现有技术的换步方法中，多个定子开关需要快速开通、关断，通常采用真空接触器或真空断路器作为各个绕组段对应的开关。

本发明的换步方法也能够用作传统轨道交通、电站、工厂等采用的长定子直线电机的供电系统的换步方法，名称还可能叫“定子换步”、“绕组段换步”、“地面自动换步”、“自动换步”等。

这里基于的术语和表述方式只是用于描述，本发明并不应局限于这些术语和表述。使用这些术语和表述并不意味着排除任何示意和描述(或其中部分)的等效特征，应认识到可能存在的各种修改也应包含在权利要求范围内。其他修改、变化和替换也可能存在。相应的，权利要求应视为覆盖所有这些等效物。

某些术语在本申请文件中自始至终用来指示特定系统部件。如本领域的技术人员将认识到的那样，通常可以用不同的名称来指示相同的部件，因而本申请文件不意图区别那些只是在名称上不同而不是在功能方面不同的部件。在本申请文件中，以开放的形式使用术语“包括”、“包含”和“具有”，并且因此应将其解释为意指“包括但不限于…”。

同样，需要指出的是，虽然本发明已参照当前的具体实施例来描述，但是本技术领域中的普通技术人员应当认识到，以上的实施例仅是用来说明本发明，在没有脱离本发明精神的情况下还可做出各种等效的变化或替换，因此，只要在本发明的实质精神范围内对上述实施例的变化、变型都将落在本申请的权利要求书的范围内。

Claims (9)

1.一种用于向长定子直线电机的长定子供电的供电系统，所述长定子直线电机包括所述长定子和在所述长定子延伸方向上移动的次级，其中：

所述长定子包括在所述次级的移动方向上依次设置的n个绕组段，

所述供电系统包括在所述移动方向上依次设置的n个开关和n个控制器，

其中n为正整数，

在所述移动方向上的第i个绕组段经由在所述移动方向上的第i个开关电连接至供电装置；

在所述移动方向上的所述第i个控制器接收与所述第i个绕组段有关的次级状态信息，根据与所述第i个绕组段有关的次级状态信息选择性地生成用于将所述第i个开关切换至开通状态的第i个开关开通指令或将所述第i个开关切换至关断状态的第i个开关关断指令；并且

在所述开通状态，所述第i个绕组段接收来自所述供电装置的电能；

在所述关断状态，所述第i个绕组段不接收来自所述供电装置的电能；

其中，i为满足1≤i≤n的任意整数。

2.根据权利要求1所述的供电系统，其特征在于，

所述次级状态信息包括次级远离信息；

当所述第i个控制器接收到所述次级远离信息时，所述第i个控制器根据所述次级远离信息生成所述第i个开关关断指令，以将所述第i个开关切换至所述关断状态。

3.根据权利要求2所述的供电系统，其特征在于，

在所述第i个绕组段在所述移动方向上的前侧位置处设有与所述第i个控制器通讯的第i个前侧位置传感器，并且

当所述第i个前侧位置传感器在检测到所述次级经过后，所述第i个前侧位置传感器向所述第i个控制器发送所述次级远离信息。

4.根据权利要求1～3任一所述的供电系统，其特征在于，

所述次级状态信息包括次级靠近信息；

当所述第i个控制器接收到所述次级靠近信息时，所述第i个控制器根据所述次级靠近信息生成所述第i个开关开通指令，以将所述第i个开关切换至所述开通状态。

5.根据权利要求4所述的供电系统，其特征在于，

在所述第i个绕组段在所述移动方向上的后侧位置处设有与所述第i个控制器通讯的第i个后侧位置传感器，并且

当所述第i个后侧位置传感器在检测到所述次级经过后，所述第i个后侧位置传感器向所述第i个控制器发送所述次级靠近信息。

6.根据权利要求1所述的供电系统，其特征在于，所述长定子直线电机为磁浮列车的驱动电机，所述驱动电机包括长定子和次级，所述长定子铺设于所述磁浮列车的轨道上，所述次级设置于所述磁浮列车上。

7.一种用于向长定子直线电机的长定子供电的换步方法，所述长定子直线电机包括所述长定子和在所述长定子延伸方向上移动的次级，其中

所述长定子包括在所述次级的移动方向上依次设置的n个绕组段，

所述供电系统包括在所述移动方向上依次设置的n个开关和n个控制器，其中n为正整数，

在所述移动方向上的第j个绕组段经由在所述移动方向上的第j个开关电连接至供电装置；

其中当所述次级沿所述移动方向从所述第j个绕组段所在位置向第j+1个绕组段所在位置行进时：

在所述移动方向上的所述第j个控制器接收与所述第j个绕组段有关的次级远离信息、根据与所述第j个绕组段有关的次级远离信息生成用于将所述第j个开关切换至关断状态的第j个开关关断指令，并且

在所述移动方向上的所述第j+1个控制器接收与所述第j+1个绕组段有关的次级靠近信息、根据与所述第j+1个绕组段有关的次级靠近信息生成用于将所述第j+1个开关切换至开通状态的第j+1个开关开通指令；

其中j为满足1≤j≤n-1的任意整数。

8.根据权利要求7所述的换步方法，其特征在于，

在所述第j个绕组段在所述移动方向上的前侧位置处设有与所述第j个控制器通讯的第j个前侧位置传感器，并且所述第j个前侧位置传感器在检测到所述次级经过后，向所述第j个控制器发送所述次级远离信息；

在所述第j+1个绕组段在所述移动方向上的后侧位置处设有与所述第j+1个控制器通讯的第j+1个后侧位置传感器，并且所述第j+1个后侧位置传感器在检测到所述次级经过后，向所述第j+1个控制器发送所述次级靠近信息。

9.根据权利要求7所述的换步方法，其特征在于，所述长定子直线电机为磁浮列车的驱动电机，所述驱动电机包括长定子和次级，所述长定子铺设于所述磁浮列车的轨道上，所述次级设置于所述磁浮列车上。

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