CN112757902B - 一种智能受电弓 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种智能受电弓，属于轨道车辆设备技术领域，包括受电弓滑板、螺旋励磁线圈、横向支撑杆、受电弓弓头以及托架；所述托架位于所述受电弓滑板正下方的托架位置，并紧贴于所述受电弓滑板，所述横向支撑杆位于所述受电弓滑板的下方，所述螺旋励磁线圈通过螺旋缠绕在所述横向支撑杆的左右两侧，且两组所述螺旋励磁线圈的绕向相反，所述螺旋励磁线圈的两端与所述受电弓弓头连接。针对当弓网电弧产生后，通过其更加智能化的结构设计，产生磁场对弓网电弧发生作用，一方面，能够使电弧弧根在滑板上发生移动，分散烧蚀区域；另一方面，能够减缓电弧的“箍缩”效应，降低电弧的能量密度，从而达到减轻弓网电弧对滑板的烧蚀、延长滑板使用寿命的目的。

Description

一种智能受电弓
技术领域
本发明属于轨道车辆设备技术领域，尤其涉及一种智能受电弓。
背景技术
列车通过受电弓滑板与车顶的接触网紧密接触获得电能，但随着现代技术的发展，列车运行速度的不断提升，弓网间振动也加剧了，滑板和接触网难以一直保持紧密的机械接触，电弧的产生在所难免。由于电弧“箍缩”效应的存在，造成了其能量密度集中、温度高的特性，往往容易对受电弓滑板造成较为严重的烧蚀。因此，减轻电弧对滑板的烧蚀迫在眉睫。
目前，虽然可以通过改进滑板材料，例如通过在碳滑板中参入金属材料来提高滑板对电弧高温的耐受性，但是，由于高速列车的发展，弓网间振动也更加频繁，电弧发生频率也随之增加，对高温的耐受性再好的滑板材料也不可能经受长期的电弧烧蚀。所以，仅仅依靠改进滑板对电弧的耐受性是不够的。
发明内容
针对现有技术中的上述不足，本发明提供的一种智能受电弓，以解决上述问题。
为了达到以上目的，本发明采用的技术方案为：
本方案提供一种智能受电弓，包括受电弓滑板、螺旋励磁线圈、横向支撑杆、受电弓弓头、托架以及上臂杆；
所述托架位于所述受电弓滑板正下方的托架位置，并紧贴于所述受电弓滑板，所述横向支撑杆位于所述受电弓滑板的下方，且与所述受电弓弓头连接，所述螺旋励磁线圈通过螺旋缠绕在所述横向支撑杆的左右两侧，且两组所述螺旋励磁线圈的绕向相反，所述螺旋励磁线圈的两端分别与所述受电弓弓头以及上臂杆连接。
本发明的有益效果是：本发明中在受电弓下方的横向支撑杆的左右两侧各添加一组励磁线圈，用于产生横向磁场；在受电弓滑板正下方添加托架，用于产生纵向磁场。弓网间产生的电弧等离子体在螺旋励磁线圈和托架通电后产生的磁场作用下，受到洛伦兹力而改变原有的运动方式：电弧弧根在滑板表面移动，分散了烧蚀区域；整弧柱和弧根的直径增大，能量密度减小，减轻了对滑板的烧蚀程度。本发明直接利用受电弓从接触网获得的电能产生磁场，无另外的供能装置，这样使得总体结构简单，且不额外耗能，相比于改进滑板材料，从电弧这一根本途径着手改善弓网电弧对滑板的烧蚀问题，能够更加有效地保护受电弓滑板。
进一步地，所述托架包括若干个旋弧结构，且各旋弧结构依次串接。
上述进一步方案的有益效果是：本发明通过在受电弓滑板下方添加托架，使其在通过电流的时候产生纵向磁场。当弓网间电弧产生时，组成电弧的带电等离子体会在横向磁场的作用下受到洛伦兹力的作用而产生移动。所以，在滑板上的电弧弧根会在滑板上“滑动”，分散了弧根的烧蚀区域。
再进一步地，所述受电弓滑板用于从接触网获取电流，同时电流从托架的一侧流入，并在通过旋弧结构时发生磁效应，产生纵向磁场。
上述进一步方案的有益效果是：当电流从托架的一侧流入之后，经过旋弧面时会产生竖直方向的磁场，对弓网电弧而言，该磁场方向为纵向。
再进一步地，所述受电电弓头用于使电流流进所述螺旋励磁线圈，为所述螺旋励磁线圈提供电能，并使所述螺旋励磁线圈产生横向磁场。
上述进一步方案的有益效果是：当电流从受电弓弓头流进螺旋励磁线圈后，在螺旋励磁线圈中产生了磁场，磁场方向平行于受电弓滑板，对弓网电弧而言为横向磁场。而由于两组螺旋励磁线圈的绕向方向相反，所以产生的磁场方向相同，大小会叠加，以分散电弧弧根的烧蚀区域
再进一步地，所述受电电弓滑板上的电弧弧根通过所述横向磁场产生移动，分散电弧弧根的烧蚀区域。
上述进一步方案的有益效果是：当弓网间产生电弧时，电弧等离子体会在电弧电流产生的自磁场作用下绕电流作向心运动。而加入纵向磁场之后，会给作向心运动的等离子体施加离心力，减小了等离子体的能量密度，也减轻了电弧对滑板的烧蚀作用。
再进一步地，所述受电电弓滑板通过所述纵向磁场使电弧降低对所述受电电弓滑板的烧蚀。
上述进一步方案的有益效果是：本发明通过磁场实现对电弧的控制，通过横向磁场让受电弓滑板上的电弧弧根移动，让烧蚀区域分散；通过纵向磁场让电弧整体能量密度减小，减轻电弧烧蚀程度。
附图说明
图1为本发明的结构示意图。
其中，1-受电弓滑板，2-螺旋励磁线圈，3-横向支撑杆，4-受电弓弓头，5-托架，6-旋弧结构，7-托架位置，8-上臂杆。
具体实施方式
下面对本发明的具体实施方式进行描述，以便于本技术领域的技术人员理解本发明，但应该清楚，本发明不限于具体实施方式的范围，对本技术领域的普通技术人员来讲，只要各种变化在所附的权利要求限定和确定的本发明的精神和范围内，这些变化是显而易见的，一切利用本发明构思的发明创造均在保护之列。
实施例
在弓网结构中，列车通过受电弓滑板和接触网紧密的机械接触来获得电能。但是，当列车运行时，由于多种原因，受电弓滑板不可避免的会发生振动，而且，随着高速列车的发展，这种振动发生的频率会越来越高。所以，滑板与接触网之间不可能一直保持紧密良好的机械接触，二者之间会因为振动而发生短暂的“分离”。在二者处于非接触状态时，由于弓网电流电压很大，而产生电弧所需的条件又很低，所以很容易会击穿空气在滑板和接触网之间产生电弧。本发明在通过在受电弓下方的横向支撑杆3上添加两组螺旋励磁线圈2，用以产生横向磁场；另外，在受电弓滑板1下方添加托架5，使其在通过电流的时候产生纵向磁场。当弓网电弧产生时，在横向磁场的作用下发生移动，分散对滑板的烧蚀区域；同时，又在纵向磁场的作用下，电弧能量变得分散而不集中，从而减轻电弧对受电电弓滑板1的烧蚀作用，延长受电弓滑板的使用寿命。
如图1所示，本发明提供了一种智能受电弓，包括受电弓滑板1、螺旋励磁线圈2、横向支撑杆3、受电弓弓头4、托架5以及上臂杆8；托架5位于所述受电弓滑板1正下方的托架位置7，并紧贴于所述受电弓滑板1，所述横向支撑杆3位于所述受电弓滑板1的下方，且与所述受电弓弓头4连接，所述螺旋励磁线圈2通过螺旋缠绕在所述横向支撑杆3的左右两侧，且两组所述螺旋励磁线圈2的绕向相反，所述螺旋励磁线圈2的两端分别与所述受电弓弓头4以及上臂杆8连接。
本实施例中，在受电弓滑板1下方设有托架5，在受电弓滑板1下方的横向支撑杆3上左右两侧绕有两组螺旋励磁线圈2。受电弓滑板1从接触网获得电能之后，电流也同时流进托架5，让托架5产生纵向磁场。而后电流从受电弓弓头4流进励螺旋励磁线圈2，为螺旋励磁线圈2供能，让螺旋励磁线圈2产生横向磁场。
本实施例中，螺旋励磁线圈2成螺旋状缠绕在受电弓滑板1下方的横向支撑杆3上，左右两侧各一组，螺旋励磁线圈2两端分别连接受电弓弓头4和上臂杆8，两组螺旋励磁线圈2的绕向相反。受电弓滑板1获得电流之后，电流经弓头流入螺旋励磁线圈2，然后流入上臂杆8，螺旋励磁线圈2在通过电流后会产生磁场。
本实施例中，托架5通过电流以后，上面依次串接的各个旋弧结构6将会产生纵向磁场。而螺旋励磁线圈2在电流通过之后，产生对弓网电弧的横向磁场。两组螺旋励磁线圈2产生的同向磁场强度叠加，磁场增强，对电弧的等离子体作用也随之增强。当弓网之间发生振动时，接触不再紧密，而电弧的产生对电压电流要求很低对开关电弧而言，一般电压不低于10～20V，电流不低于80～100mA时，就会在开关瞬间产生电弧，便会在滑板与接触网之间产生电弧。而后，构成电弧的等离子体会在螺旋励磁线圈2产生的磁场作用下受到洛伦兹力的作用，弧根将在滑板上移动；同时，在托架5产生的纵向磁场作用下，电弧等离子体会受到离心的洛伦兹力，能量密度减小。由于接触网的电流为交变电流，因此电弧电流也是交变的。螺旋励磁线圈2于托架5中通过的电流同样为交流电，并且其电流的正负极性变化情况和弓网间的电弧电流的正负极性变化情况保持一致。
本实施例中，电弧现象发生之后，电弧电流本身也会产生磁场，磁场为环形。电弧中顺着电流运动的等离子体在该环形磁场的作用下，将会作向心运动，使得电弧能量密度增大，该现象又叫电弧的“箍缩”效应。而加入方向和电弧电流相反的纵向磁场之后，作向心运动的等离子体在该磁场的作用下，受到离心的洛伦兹力，从而缓解了电弧的“箍缩效应”，降低了电弧的能量密度。
本实施例中，两组螺旋励磁线圈2产生的横向交变磁场，使得电弧等离子体受到洛伦兹力的作用发生移动。一般地，弓网电弧都为长度最多毫米级的短弧。对于这种电弧，其电弧电压几乎完全由阴极和阳极决定，其能量也主要集中在阴极和阳极区，而非弧柱区。因此，当对电弧施加横向磁场之后，受到洛伦兹力作用最明显的区域为电弧的阴极和阳极区的密度较高的等离子体。宏观上看，即是横向磁场驱动了电弧弧根的移动。
本实施例中，流过托架5的交变电流正负极性变化情况和弓网电弧电流正负极性变化情况时刻保持一致，所以，托架5的旋弧结构6面产生的纵向磁场方向也在时刻变化，并保持与电弧电流的方向相反，所以，电弧等离子体受到的洛伦兹力始终为离心力，抵抗电弧的“箍缩”效应，直到滑板与接触网重新回到紧密接触状态，电弧消失。
本实施例中，流过螺旋励磁线圈2中的交变电流正负极性变化情况和弓网电弧的正负极性变化情况时刻保持一致，所以，螺旋励磁线圈2产生的横向磁场对电弧等离子体的洛伦兹力的方向也始终相同，故受到该磁场驱动的电弧移动方向始终朝向同一方向，直到受电弓滑板1与接触网重新回到紧密接触状态，电弧消失。如果在电弧因滑板和接触网重新保持紧密接触而消失之前，电弧阴极或阳极区若出现移动到“空气中”的情况，则会使得电弧失去供能而提前消失，同样也能达到减轻对滑板烧蚀的目的。
本发明通过以上设计，针对当弓网电弧产生后，通过其更加智能化的结构设计，产生磁场对弓网电弧发生作用，一方面，能够使电弧弧根在滑板上发生移动，分散烧蚀区域；另一方面，能够减缓电弧的“箍缩”效应，降低电弧的能量密度，从而达到减轻弓网电弧对滑板的烧蚀、延长滑板使用寿命的目的。

Claims (4)

1.一种智能受电弓，其特征在于，包括受电弓滑板(1)、螺旋励磁线圈(2)、横向支撑杆(3)、受电弓弓头(4)、托架(5)以及上臂杆(8)；
所述托架(5)位于所述受电弓滑板(1)正下方的托架位置(7)，并紧贴于所述受电弓滑板(1)，所述横向支撑杆(3)位于所述受电弓滑板(1)的下方，且与所述受电弓弓头(4)连接，所述螺旋励磁线圈(2)通过螺旋缠绕在所述横向支撑杆(3)的左右两侧，且两组所述螺旋励磁线圈(2)的绕向相反，所述螺旋励磁线圈(2)的两端分别与所述受电弓弓头(4)以及上臂杆(8)连接；
所述受电弓滑板(1)用于从接触网获取电流，同时电流从托架(5)的一侧流入，并在通过旋弧结构(6)时发生磁效应，产生纵向磁场；
所述受电弓弓头(4)用于使电流流进所述螺旋励磁线圈(2)，为所述螺旋励磁线圈(2)提供电能，并使所述螺旋励磁线圈(2)产生横向磁场。
2.根据权利要求1所述的智能受电弓，其特征在于，所述托架(5)包括若干个旋弧结构(6)，且各旋弧结构(6)依次串接。
3.根据权利要求2所述的智能受电弓，其特征在于，所述受电弓滑板(1)上的电弧弧根通过所述横向磁场产生移动，分散电弧弧根的烧蚀区域。
4.根据权利要求3所述的智能受电弓，其特征在于，所述受电弓滑板(1)通过所述纵向磁场使电弧降低对受电弓滑板(1)的烧蚀。
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