CN112706622B - 一种磁浮列车的电磁铁控制器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及磁浮列车的控制技术，尤其涉及一种集成化、低成本的磁浮列车的电磁铁控制器。本发明提供的上述磁浮列车的电磁铁控制器，包括：共用电路，用于从所述磁浮列车的主电路获取电能并输出直流电压；悬浮斩波输出电路，所述悬浮斩波输出电路的输入端连接所述共用电路的输出端，用于给所述磁浮列车的悬浮电磁铁供电以提供悬浮力；以及导向斩波输出电路，所述导向斩波输出电路的输入端连接所述共用电路的输出端，用于给所述磁浮列车的导向电磁铁供电以提供导向力。本发明能够减小高速磁浮列车中悬浮系统和导向系统的设备体积和重量，并降低其生产成本。

Description

一种磁浮列车的电磁铁控制器

技术领域

本发明涉及磁浮列车的控制技术，尤其涉及一种集成化、低成本的磁浮列车的电磁铁控制器。

背景技术

磁悬浮列车是一种现代高科技轨道交通工具，它通过电磁力实现列车与轨道之间的无接触的悬浮和导向，再利用直线电机产生的电磁力牵引列车运行。磁力悬浮包括但不限于常导电磁铁吸引的方式和超导电磁铁相斥的方式。由于具有噪声低、振动小、对环境污染小的优势，并且可以满足大城市点对点之间的运输需求，高速磁浮列车已经逐渐受到人们的重视，并且在技术带动和国际竞争中具有战略意义。

高速磁浮列车的悬浮系统主要由悬浮电磁铁控制器、悬浮电磁铁、悬浮传感器组成。悬浮电磁铁控制器斩波输出稳定的电流为悬浮电磁铁供电，以提供稳定的悬浮力。高速磁浮列车导向系统主要由导向电磁铁控制器、导向电磁铁、导向传感器组成。导向电磁铁控制器斩波输出稳定的电流为导向电磁铁供电，以提供稳定的导向力。

目前，现有高速磁浮列车的悬浮系统和导向系统独立运行。悬浮电磁铁控制器和导向电磁铁控制器采用完全独立的两套电路，存在占用空间大、生产成本高的缺陷。

为了解决现有技术存在的上述缺陷以响应国家减重降本的号召，本领域亟需一种集成化、低成本的磁浮列车的电磁铁控制器，用于减小高速磁浮列车中悬浮系统和导向系统的设备体积和重量，并降低其生产成本。

发明内容

以下给出一个或多个方面的简要概述以提供对这些方面的基本理解。此概述不是所有构想到的方面的详尽综览，并且既非旨在指认出所有方面的关键性或决定性要素亦非试图界定任何或所有方面的范围。其唯一的目的是要以简化形式给出一个或多个方面的一些概念以为稍后给出的更加详细的描述之前序。

为了解决现有技术存在的上述缺陷，本发明提供了一种集成化、低成本的磁浮列车的电磁铁控制器，用于减小高速磁浮列车中悬浮系统和导向系统的设备体积和重量，并降低其生产成本。

本发明提供的上述磁浮列车的电磁铁控制器，包括：共用电路，用于从所述磁浮列车的主电路获取电能并输出直流电压；悬浮斩波输出电路，所述悬浮斩波输出电路的输入端连接所述共用电路的输出端，用于给所述磁浮列车的悬浮电磁铁供电以提供悬浮力；以及导向斩波输出电路，所述导向斩波输出电路的输入端连接所述共用电路的输出端，用于给所述磁浮列车的导向电磁铁供电以提供导向力。

优选地，在本发明提供的上述磁浮列车的电磁铁控制器中，所述共用电路可以包括：滤波电路，用于滤除所述主电路的输出电压中的纹波以提供稳定的充电电流；以及中间直流电路，包括用于储能的中间电容，用于向所述共用电路的输出端提供稳定的直流电压。

优选地，在本发明提供的上述磁浮列车的电磁铁控制器中，所述共用电路还可以包括预充电电路，所述预充电电路串联于所述滤波电路和所述中间直流电路之间，用于降低所述充电电流对所述中间电容的冲击。

优选地，在本发明提供的上述磁浮列车的电磁铁控制器中，所述悬浮斩波输出电路可以包括：悬浮斩波电路，用于将所述共用电路的输出电压调制为所述悬浮电磁铁所需的供电电压；以及悬浮平波电路，包括平波电抗器，用于保护所述悬浮斩波电路。

优选地，在本发明提供的上述磁浮列车的电磁铁控制器中，还可以包括悬浮控制电路，所述悬浮控制电路用于控制所述悬浮斩波电路斩波。

优选地，在本发明提供的上述磁浮列车的电磁铁控制器中，所述共用电路还可以包括直流-直流变换电路，所述直流-直流变换电路的输入端连接所述滤波电路的输出端，用于为所述悬浮控制电路供电。

可选地，在本发明提供的上述磁浮列车的电磁铁控制器中，所述导向斩波输出电路可以包括：导向斩波电路，用于将所述共用电路的输出电压调制为所述导向电磁铁所需的供电电压；以及导向平波电路，包括平波电抗器，用于保护所述导向斩波电路。

优选地，在本发明提供的上述磁浮列车的电磁铁控制器中，还可以包括导向控制电路，所述导向控制电路用于控制所述导向斩波电路斩波。

优选地，在本发明提供的上述磁浮列车的电磁铁控制器中，所述共用电路还可以包括直流-直流变换电路，所述直流-直流变换电路的输入端连接所述滤波电路的输出端，用于为所述导向控制电路供电。

可选地，在本发明提供的上述磁浮列车的电磁铁控制器中，所述电磁铁控制器可以集成于一个柜体，其中，所述直流-直流变换电路可以就近设置于所述电磁铁控制器的悬浮控制电路和/或导向控制电路。

附图说明

在结合以下附图阅读本公开的实施例的详细描述之后，能够更好地理解本发明的上述特征和优点。在附图中，各组件不一定是按比例绘制，并且具有类似的相关特性或特征的组件可能具有相同或相近的附图标记。

图1示出了根据本发明的一方面提供的磁浮列车的电磁铁控制器的电路示意图。

图2示出了根据本发明的一个实施例提供的共用电路的电路示意图。

图3示出了根据本发明的一个实施例提供的悬浮斩波输出电路的电路示意图。

图4示出了根据本发明的一个实施例提供的导向斩波输出电路的电路示意图。

图5示出了根据本发明的一个实施例提供的磁浮列车的电磁铁控制器的电路示意图。

图6示出了根据本发明的一个实施例提供的磁浮列车的电磁铁控制器的结构示意图。

附图标记：

10 主电路；

11 共用电路；

111 滤波电路；

112 预充电电路；

113 中间直流电路；

114 直流-直流变换电路；

12 悬浮斩波输出电路；

121 悬浮斩波电路；

122 悬浮平波电路；

13 导向斩波输出电路；

131 导向斩波电路；

132 导向平波电路；

14 悬浮电磁铁；

15 导向电磁铁；

51 悬浮控制电路；

52 导向控制电路；

61 柜体。

具体实施方式

以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭示的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效。虽然本发明的描述将结合优选实施例一起介绍，但这并不代表此发明的特征仅限于该实施方式。恰恰相反，结合实施方式作发明介绍的目的是为了覆盖基于本发明的权利要求而有可能延伸出的其它选择或改造。为了提供对本发明的深度了解，以下描述中将包含许多具体的细节。本发明也可以不使用这些细节实施。此外，为了避免混乱或模糊本发明的重点，有些具体细节将在描述中被省略。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

另外，在以下的说明中所使用的“上”、“下”、“左”、“右”、“顶”、“底”、“水平”、“垂直”应被理解为该段以及相关附图中所绘示的方位。此相对性的用语仅是为了方便说明之用，其并不代表其所叙述的装置需以特定方位来制造或运作，因此不应理解为对本发明的限制。

能理解的是，虽然在此可使用用语“第一”、“第二”、“第三”等来叙述各种组件、区域、层和/或部分，这些组件、区域、层和/或部分不应被这些用语限定，且这些用语仅是用来区别不同的组件、区域、层和/或部分。因此，以下讨论的第一组件、区域、层和/或部分可在不偏离本发明一些实施例的情况下被称为第二组件、区域、层和/或部分。

如上所述，现有高速磁浮列车的悬浮系统和导向系统独立运行。悬浮电磁铁控制器和导向电磁铁控制器采用完全独立的两套电路，存在占用空间大、生产成本高的缺陷。

为了解决现有技术存在的上述缺陷，本发明提供了一种集成化、低成本的磁浮列车的电磁铁控制器，用于减小高速磁浮列车中悬浮系统和导向系统的设备体积和重量，并降低其生产成本。

请参考图1，图1示出了根据本发明的一方面提供的磁浮列车的电磁铁控制器的电路示意图。

如图1所示，本发明提供的上述磁浮列车的电磁铁控制器，可以包括共用电路11、悬浮斩波输出电路12，以及导向斩波输出电路13。共用电路11用于从磁浮列车的主电路10获取电能并输出直流电压。悬浮斩波输出电路12的输入端连接共用电路11的输出端，用于给磁浮列车的悬浮电磁铁14供电以提供悬浮力。导向斩波输出电路13的输入端连接共用电路11的输出端，用于给磁浮列车的导向电磁铁15供电以提供导向力。

在一个实施例中，磁浮列车的主电路10可以输出440V的直流高电压，用于向本发明提出的上述电磁铁控制器提供电能。可以理解的是，上述主电路10可以是磁浮列车的主供电回路，还可以用于为磁浮列车提供动能以及磁浮列车运行所需的其他能量。

由于在现有的高速磁浮列车中，悬浮系统的悬浮电磁铁控制器和导向系统的导向电磁铁控制器都由磁浮列车的主电路10供电，而且其前端的部分供电电路具有相同的电路构造和相同的安装环境，本发明提供的上述磁浮列车的电磁铁控制器可以将该部分供电电路作为共用电路11。该部分供电电路中包括电容器等占用空间较大、重量较大，且成本较高的电路元件。因此，通过将悬浮斩波输出电路12和导向斩波输出电路13分别耦合到该共用电路11，可以省去一套共用电路11的电路结构，从而减小高速磁浮列车中悬浮系统和导向系统的设备体积和重量，并降低其生产成本。

请参考图2，图2示出了根据本发明的一个实施例提供的共用电路的电路示意图。

如图2所示，在本发明的一个实施例中，共用电路11可以包括滤波电路111和中间直流电路113。滤波电路111可以用于滤除主电路10提供的输出电压中的纹波，从而向中间直流电路113提供稳定的充电电流。中间直流电路113可以包括一个或多个用于储能的中间电容(未绘示)。该一个或多个中间电容(未绘示)可以用于储存由主电路10提供的电能，从而在悬浮电磁铁14和/或导向电磁铁15启动时，确保有充足的电能来向共用电路11的输出端提供稳定的直流电压。

在一些实施例中，滤波电路111可以由多个电抗元件组成，例如在负载电阻两端并联电容器，或与负载串联电感器，以及由电容、电感组成的各种其他复式滤波电路。滤波电路111的具体架构为本领域的现有技术，在此不再赘述。

在一个优选的实施例中，滤波电路111和中间直流电路113之间还可以设有预充电电路112。该预充电电路112可以由充电接触器与充电电阻串联之后与短接接触器并联构成。主电路10提供的充电电流可以经由充电接触器向中间电容充电，从而防止主电路10接通瞬间在中间电容两端产生的电流突变。如图2所示，预充电电路112可以串联于滤波电路111和中间直流电路113之间，用于降低充电电流对中间电容的冲击，从而起到保护各电路元件免遭过流损坏的作用。

请参考图3，图3示出了根据本发明的一个实施例提供的悬浮斩波输出电路的电路示意图。

如图3所示，在本发明的一个实施例中，悬浮斩波输出电路12可以包括悬浮斩波电路121和悬浮平波电路122。悬浮斩波电路121可以受控于一个悬浮控制电路(未绘示)，从而用于将共用电路11提供的输出电压调制为悬浮电磁铁14所需的供电电压。悬浮平波电路122可以包括平波电抗器。该平波电抗器是一种用于整流后直流回路中的电抗电路，可以用于抑制悬浮斩波电路121的输出电压中的纹波。由于磁浮列车的电磁铁控制器的负载是电磁铁14-15，电磁铁14-15本身是阻感型负载，通过增加平波电抗电路可以有效地抑制悬浮斩波电路121的输出电压中的纹波，从而起到保护悬浮斩波电路121的作用。

在一些实施例中，上述悬浮斩波输出电路12可以为常通电路，用于持续地向悬浮电磁铁14供电以产生稳定的悬浮力。

在一个优选的实施例中，上述悬浮控制电路(未绘示)可以设于电磁铁控制器，采用脉冲宽度调制(Pulse width modulation，PWM)技术来控制悬浮斩波电路121对共用电路11提供的输出电压进行斩波处理。经过该斩波处理，共用电路11提供的输出电压可以被调制为悬浮电磁铁14所需的供电电压，以供悬浮电磁铁14正常工作以提供稳定的悬浮力。采用脉冲宽度调制技术来进行斩波处理是本领域的现有技术，在此不再赘述。

在一个更优的实施例中，上述悬浮控制电路可以通信连接高速磁浮列车的悬浮系统的悬浮传感器，配置用于根据悬浮传感器采集到的传感器信号动态地控制悬浮斩波电路121输出相应的供电电压。通过采用上述动态控制的方案，悬浮电磁铁14可以适应于不同的载重和加速度来向磁浮列车动态地提供适宜的悬浮力，从而提升高速磁浮列车的稳定性。

请参考图4，图4示出了根据本发明的一个实施例提供的导向斩波输出电路的电路示意图。

如图4所示，在本发明的一个实施例中，导向斩波输出电路13可以包括导向斩波电路131和导向平波电路132。导向斩波电路131可以受控于一个导向控制电路(未绘示)，从而用于将共用电路11提供的输出电压调制为导向电磁铁15所需的供电电压。导向平波电路132可以包括平波电抗器。该平波电抗器是一种用于整流后直流回路中的电抗电路，可以用于抑制导向斩波电路131的输出电压中的纹波。由于磁浮列车的电磁铁控制器的负载是电磁铁14-15，电磁铁14-15本身是阻感型负载，通过增加平波电抗电路可以有效地抑制导向斩波电路131的输出电压中的纹波，从而起到保护导向斩波电路131的作用。

在一些实施例中，上述导向斩波输出电路13可以仅响应于磁浮列车的转向需求而向导向电磁铁15供电，用于提供相应于该转向需求的导向力。该转向需求可以是磁浮列车的驾驶员手动输入的，也可以是磁浮列车的自动生成的。

在一个优选的实施例中，上述导向控制电路(未绘示)也可以设于电磁铁控制器中，采用脉冲宽度调制(Pulse width modulation，PWM)技术来控制导向斩波电路131对共用电路11提供的输出电压进行斩波处理。经过该斩波处理，共用电路11提供的输出电压可以被调制为导向电磁铁15所需的供电电压，以供导向电磁铁15正常工作以提供稳定的导向力。采用脉冲宽度调制技术来进行斩波处理是本领域的现有技术，在此不再赘述。

在一个更优的实施例中，上述导向控制电路可以通信连接高速磁浮列车的导向系统的导向传感器，配置用于根据导向传感器采集到的传感器信号动态地控制导向斩波电路131输出相应的供电电压。通过采用上述动态控制的方案，导向电磁铁15可以适应于磁浮列车偏移目标行驶轨迹的距离来向磁浮列车动态地提供适宜的导向力，从而提升高速磁浮列车转向时的准确度和稳定性。

请参考图5，图5示出了根据本发明的一个实施例提供的磁浮列车的电磁铁控制器的电路示意图。

如图5所示，在本发明的一个实施例中，共用电路11还可以包括直流-直流变换电路114。该直流-直流变换电路114的输入端可以连接滤波电路111的输出端。该直流-直流变换电路114可以用于将主电路10提供的输出电压调制为悬浮控制电路51和导向控制电路52所需的供电电压，从而为悬浮控制电路51和导向控制电路52供电。

请参考图6，图6示出了根据本发明的一个实施例提供的磁浮列车的电磁铁控制器的结构示意图。

如图6所示，在本发明的一个实施例中，电磁铁控制器的各电路模块可以全部集成于一个柜体61。由于电磁铁控制器采用了共用电路11的拓扑结构，该柜体61可以具有体积小、重量轻、生产成本低的优势。在一个优选的实施例中，柜体61中的直流-直流变换电路114可以就近设置于悬浮控制电路51和导向控制电路52之侧，用于降低悬浮控制电路51和导向控制电路52受到的电磁干扰。在一个更优的实施例中，直流-直流变换电路114可以紧贴于悬浮控制电路51和导向控制电路52之侧，用于进一步降低悬浮控制电路51和导向控制电路52受到的电磁干扰。

提供对本公开的先前描述是为使得本领域任何技术人员皆能够制作或使用本公开。对本公开的各种修改对本领域技术人员来说都将是显而易见的，且本文中所定义的普适原理可被应用到其他变体而不会脱离本公开的精神或范围。由此，本公开并非旨在被限定于本文中所描述的示例和设计，而是应被授予与本文中所公开的原理和新颖性特征相一致的最广范围。

Claims (9)

1.一种磁浮列车的电磁铁控制器，其特征在于，包括：

共用电路，用于从所述磁浮列车的主电路获取电能并输出直流电压，所述共用电路包括：滤波电路，用于滤除所述主电路的输出电压中的纹波以提供稳定的充电电流；以及中间直流电路，包括用于储能的中间电容，用于向所述共用电路的输出端提供稳定的直流电压；

悬浮斩波输出电路，所述悬浮斩波输出电路的输入端连接所述共用电路的输出端，用于给所述磁浮列车的悬浮电磁铁供电以提供悬浮力；以及

导向斩波输出电路，所述导向斩波输出电路的输入端连接所述共用电路的输出端，用于给所述磁浮列车的导向电磁铁供电以提供导向力。

2.如权利要求1所述的电磁铁控制器，其特征在于，所述共用电路还包括预充电电路，所述预充电电路串联于所述滤波电路和所述中间直流电路之间，用于降低所述充电电流对所述中间电容的冲击。

3.如权利要求2所述的电磁铁控制器，其特征在于，所述悬浮斩波输出电路包括：

悬浮斩波电路，用于将所述共用电路的输出电压调制为所述悬浮电磁铁所需的供电电压；以及

悬浮平波电路，包括平波电抗器，用于保护所述悬浮斩波电路。

4.如权利要求3所述的电磁铁控制器，其特征在于，还包括悬浮控制电路，所述悬浮控制电路用于控制所述悬浮斩波电路斩波。

5.如权利要求4所述的电磁铁控制器，其特征在于，所述共用电路还包括直流-直流变换电路，所述直流-直流变换电路的输入端连接所述滤波电路的输出端，用于为所述悬浮控制电路供电。

6.如权利要求2所述的电磁铁控制器，其特征在于，所述导向斩波输出电路包括：

导向斩波电路，用于将所述共用电路的输出电压调制为所述导向电磁铁所需的供电电压；以及

导向平波电路，包括平波电抗器，用于保护所述导向斩波电路。

7.如权利要求6所述的电磁铁控制器，其特征在于，还包括导向控制电路，所述导向控制电路用于控制所述导向斩波电路斩波。

8.如权利要求7所述的电磁铁控制器，其特征在于，所述共用电路还包括直流-直流变换电路，所述直流-直流变换电路的输入端连接所述滤波电路的输出端，用于为所述导向控制电路供电。

9.如权利要求5或8所述的电磁铁控制器，其特征在于，所述电磁铁控制器集成于一个柜体，其中，所述直流-直流变换电路就近设置于所述电磁铁控制器的悬浮控制电路和/或导向控制电路。

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