CN113968150A - 用于磁悬浮列车的非接触式供电系统及磁悬浮列车 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及供电技术领域，公开了一种用于磁悬浮列车的非接触式供电系统及磁悬浮列车。该系统包括轨道侧长定子线圈、车载超导线圈、升压斩波器、主电网、第一逆变器、控制电网、第二逆变器、三相交流电网和第一储能单元，车载超导线圈在磁悬浮列车运行过程中剪切轨道侧长定子线圈产生感应电压；升压斩波器接收感应电压并将接收的感应电压整流稳压后输出至主电网；主电网为第一用电设备提供直流电，并通过第一逆变器为控制电网提供电能以及通过第二逆变器为三相交流电网提供电能；控制电网为第二用电设备提供直流电；三相交流电网为第三用电设备提供三相交流电及为第四用电设备提供单向交流电；第一储能单元为主电网提供额外的电能。

Description

用于磁悬浮列车的非接触式供电系统及磁悬浮列车
技术领域
本发明涉及供电技术领域，尤其涉及一种用于磁悬浮列车的非接触式供电系统及磁悬浮列车。
背景技术
传统轨道交通系统通过接触网或第三轨给列车提供电能，这种接触式直接传输的供电方式由于大量输供电设备暴露在外界环境中，且受流器(受电弓)与接触网/接触轨直接接触，造成大量的安全问题及设备腐蚀问题，同时存在磨损、噪声等问题，增加了维修成本。并且，接触式供电方式容易受到速度的限制，当速度达到400km/h后，会出现受流器(受电弓)无法与接触网/接触轨接触的情况，从而影响列车供电质量，进而限制列车速度的进一步提高。随着高速磁悬浮及真空管道磁悬浮技术的发展，列车速度达到1000km/h，传统接触式供电系统已不能满足需求。
现有技术中提出了一种方法：将高频交流电叠加在同步直线电机定子中，产生高频行波磁场，高频行波磁场切割列车上的励磁线圈感应产生高频电压，通过滤波器解耦得到电能提供给用电设备。
然而，该方法由于励磁线圈既要承担列车悬浮的功能，又要完成发电功能，励磁线圈的设计和制造非常困难，且效率不高。
现有技术中还提出一种低温超导磁浮列车的无接触供电系统，悬浮线圈放于地面，发电感应线圈放在车体上。列车运行时，在空间谐波的作用下感应线圈中感应电压，为了保持列车感应线圈上的感应电压与列车速度无关，在感应线圈中加入抽头开关，通过控制开关的通断可使感应线圈上的输出电压在低速时变高，但当列车速度处于低速时，利用开关的升压效果不明显。
对于上述的无接触供电系统，当列车速度处于低速时，非接触供电不能满足车辆需求，依旧需要接触式供电进行电能补充。
发明内容
本发明提供了一种用于磁悬浮列车的非接触式供电系统及磁悬浮列车，能够解决现有技术中的技术问题。
本发明提供了一种用于磁悬浮列车的非接触式供电系统，其中，该系统包括轨道侧长定子线圈、车载发电线圈、升压斩波器、主电网、第一逆变器、控制电网、第二逆变器、三相交流电网、和第一储能单元，其中，
所述车载发电线圈用于在所述磁悬浮列车运行过程中剪切所述轨道侧长定子线圈产生感应电压；
所述升压斩波器与所述车载发电线圈连接，用于接收所述感应电压并将接收的感应电压整流稳压后输出至所述主电网；
所述主电网用于为第一用电设备提供直流电，并通过所述第一逆变器为所述控制电网提供电能以及通过所述第二逆变器为所述三相交流电网提供电能；
所述控制电网用于为第二用电设备提供直流电，所述控制电网与所述主电网均为直流电网，所述主电网的电压高于所述控制电网的电压；
所述三相交流电网用于为第三用电设备提供三相交流电以及为第四用电设备提供单向交流电；
所述第一储能单元与所述主电网连接，用于为所述主电网提供额外的电能。
优选地，该系统还包括第一切换单元所述第一切换单元连接在所述第一储能单元与所述主电网之间，用于在所述第一储能单元与所述主电网的连通和断开之间切换。
优选地，该系统还包括第二储能单元，与所述控制电网连接，用于为所述控制电网提供额外的电能。
优选地，该系统还包括第二切换单元所述第二切换单元连接在所述第二储能单元与所述控制电网之间，用于在所述第二储能单元与所述控制电网的连通和断开之间切换。
优选地，所述第一切换单元和所述第二切换单元均为开关。
优选地，所述轨道侧长定子线圈沿着轨道的侧壁均匀布置，且每三个相邻的轨道侧长定子线圈分别由外部供电电源供给A、B、C三相交流电。
优选地，所述车载发电线圈设置在所述磁悬浮列车的悬浮架上。
优选地，所述第一储能单元和所述第二储能单元是蓄电池、超级电容或燃料电池。
本发明还提供了一种磁悬浮列车，其中，该列车包括上述的非接触式供电系统。
通过上述技术方案，可以基于车载发电线圈剪切轨道侧长定子线圈产生的感应电压为主电网、控制电网和三相交流电网提供电能，相较于现有磁浮列车提高了主电网电压等级，这样可以有效克服了现有技术中磁浮列车电网电压等级低、电流大、容易烧伤设备的缺点。并且，本发明中采用第一储能单元为所述主电网提供额外的电能，由此可以提供用电的可靠性并解决现有非接触式供电系统低速时无法为列车供电而需要额外提供外部供电输入的弊端。此外，上述方案提供的电网采用全列贯通的设计，输入电源采用并联接入，一节车厢的输入电源出现故障，其他车厢可以为故障车辆扩展供电，提高了整列磁浮列车电网的可靠性。
附图说明
所包括的附图用来提供对本发明实施例的进一步的理解，其构成了说明书的一部分，用于例示本发明的实施例，并与文字描述一起来阐释本发明的原理。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示出了根据本发明实施例的一种用于磁悬浮列车的非接触式供电系统的原理图。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。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，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本发明及其应用或使用的任何限制。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作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。
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本发明的范围。同时，应当明白，为了便于描述，附图中所示出的各个部分的尺寸并不是按照实际的比例关系绘制的。对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为授权说明书的一部分。在这里示出和讨论的所有示例中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。
图1示出了根据本发明实施例的一种用于磁悬浮列车的非接触式供电系统的原理图。
如图1所示，本发明实施例提供了一种用于磁悬浮列车的非接触式供电系统，其中，该系统包括轨道侧长定子线圈1、车载发电线圈2、升压斩波器3、主电网4、第一逆变器6、控制电网7、第二逆变器9、三相交流电网10、和第一储能单元13，其中，
所述车载发电线圈2用于在所述磁悬浮列车运行过程中剪切所述轨道侧长定子线圈1产生感应电压；
所述升压斩波器3与所述车载发电线圈2连接，用于接收所述感应电压并将接收的感应电压整流稳压后输出至所述主电网4；
所述主电网4用于为第一用电设备5提供直流电，并通过所述第一逆变器6为所述控制电网7提供电能以及通过所述第二逆变器9为所述三相交流电网10提供电能；
所述控制电网7用于为第二用电设备8提供直流电，所述控制电网7与所述主电网4均为直流电网，所述主电网4的电压高于所述控制电网7的电压；
所述三相交流电网10用于为第三用电设备11提供三相交流电以及为第四用电设备12提供单向交流电；
所述第一储能单元13与所述主电网4连接，用于为所述主电网4提供额外的电能。
举例来讲，主电网4可以为DC540V主电网，控制电网7可以为DC110V控制电网，三相交流电网10可以为三相AC380V电网。相应地，第一用电设备5可以为DC540V用电设备，第二用电设备8可以为DC110V用电设备，第三用电设备11可以为AC380V用电设备，第四用电设备12可以为AC220V用电设备，第一逆变器6可以为DC540V/DC110V逆变器，第二逆变器9可以为DC540V/AC380V逆变器。
通过上述技术方案，可以基于车载发电线圈剪切轨道侧长定子线圈产生的感应电压为主电网、控制电网和三相交流电网提供电能，相较于现有磁浮列车提高了主电网电压等级，这样可以有效克服了现有技术中磁浮列车电网电压等级低、电流大、容易烧伤设备的缺点。并且，本发明中采用第一储能单元为所述主电网提供额外的电能，由此可以提供用电的可靠性并解决现有非接触式供电系统低速时无法为列车供电而需要额外提供外部供电输入的弊端。此外，上述方案提供的电网采用全列贯通的设计，输入电源采用并联接入，一节车厢的输入电源出现故障，其他车厢可以为故障车辆扩展供电，提高了整列磁浮列车电网的可靠性。
并且，本发明是利用车载发电线圈在运动中剪切轨道侧直线电机线圈实现发电，由于车辆侧采用发电线圈，车辆运行过程中发电线圈保持永磁状态且线圈中没有电阻，不需要消耗电能，使得磁浮车辆具有高效的发电效能。
根据本发明一种实施例，该系统还包括第一切换单元14所述第一切换单元14连接在所述第一储能单元13与所述主电网4之间，用于在所述第一储能单元13与所述主电网4的连通和断开之间切换。
根据本发明一种实施例，该系统还包括第二储能单元15，与所述控制电网7连接，用于为所述控制电网15提供额外的电能。
由此，可以进一步提高控制电网的供电可靠性。
根据本发明一种实施例，该系统还包括第二切换单元16所述第二切换单元16连接在所述第二储能单元15与所述控制电网7之间，用于在所述第二储能单元15与所述控制电网7的连通和断开之间切换。
根据本发明一种实施例，所述第一切换单元14和所述第二切换单元16均为开关。
根据本发明一种实施例，所述轨道侧长定子线圈1沿着轨道的侧壁均匀布置，且每三个相邻的轨道侧长定子线圈1分别由外部供电电源供给A、B、C三相交流电(如图1所示)。
举例来讲，轨道可以为“U”型轨道。
根据本发明一种实施例，所述车载发电线圈2设置在所述磁悬浮列车的悬浮架上。
根据本发明一种实施例，所述第一储能单元13和所述第二储能单元15可以是蓄电池、超级电容或燃料电池。
举例来讲，第一储能单元13可以为DC540V蓄电池，第二储能单元15可以为DC110V蓄电池。相应地，所述第一切换单元14可以为DC540V蓄电池开关，所述第二切换单元16可以为DC110V蓄电池开关。
本发明还提供了一种磁悬浮列车(磁浮列车)，其中，该列车包括上述实施例中所述的非接触式供电系统。
下面结合实例对本发明上述的非接触式供电系统进行描述。
在本发明中，所述的升压斩波器3与车载发电线圈2相连，接收来自车载发电线圈2的感应电压，并输出稳定的DC540V电压。
所述的DC540V主电网是磁浮车辆的主电网，接收来自升压斩波器3的电源，可以为分散在磁浮车辆上的DC540V用电设备提供DC540V直流电，并为DC110V控制电网和三相AC380V电网提供电能。
其中，所述的DC110V控制电网通过DC540V/DC110V逆变器从DC540V主电网上获取电能，并通过逆变器把DC540V直流电转化为DC110V直流电，为分散在磁浮车辆上的DC110V用电设备提供DC110V电源。所述的三相AC380V电网通过DC540V/AC380V逆变器从DC540V主电网上获取电能，并通过逆变器把DC540V直流电转化为三相AC380V交流电，为分散在磁浮车辆上的AC380V用电设备提供三相AC380V交流电，同时还可以为分散磁浮车辆上的单相AC220V用电设备提供单相AC220V交流电。
所述的DC540V蓄电池可以为DC540V主电网提供额外的能量补充，提高供电的可靠性。举例来讲，当磁浮列车速度较低而使得车载发电线圈2提供的电能不能满足DC540V主电网的负载用电需求时，可以闭合DC540V蓄电池开关，则DC540V蓄电池与DC540V主电网连通，由此DC540V蓄电池可以向DC540V主电网供电。此外，所述的DC540V主电网还可以为蓄电池充电，即对DC540V蓄电池进行充电，确保DC540V蓄电池在车辆运行前保持满容量。
举例来讲，本发明上述实施例中所述的DC540V蓄电池，在车辆故障停止运行时还能为整列车提供30分钟的应急供电，确保生命保障系统的正常工作，以及救援和车辆短距离行驶的用电需求。
所述的DC110V蓄电池可以为DC110V控制电网提供额外的能量补充，提高DC110V控制电网供电的可靠性。举例来讲，当DC540V主电网或DC540V/DC110V逆变器出现故障时，闭合DC110V蓄电池开关，则DC110V蓄电池与DC110V控制电网连通，DC110V蓄电池可以向DC110V控制电网供电，确保DC110V控制电网的各用电设备在DC540V主电网无电量供给的前提下，可以运行30分钟。此外，所述的DC110V控制电网还可以为蓄电池充电，即对DC110V蓄电池进行充电，确保DC110V蓄电池在车辆运行前保持满容量。
本领域技术人员应当理解，上述关于蓄电池应急供电时间的描述仅仅是示例性的，并非用于限定本发明。
从上述实施例可以看出，本发明上述的非接触式供电系统解决了当前接触式外部供电易磨损，高速时有噪声、燃弧，以及车载直流/交流电网系统过分依赖外部供电等问题。并且，还可以解决每节车的电网故障后其他车辆的电网不能通过扩展对故障车进行供电的问题，以及解决了DC24V电网额定电压过低，当车载负载功率变大时，会导致电流变大而容易烧伤相关设备等问题。也就是，采用本发明上述的非接触式供电系统，能够解决外部接触式供电系统的固有缺点，以及现有车载电网每节车电网独立不能相互扩展的缺点，从而可以保证磁悬浮车辆可以超高速运行。
此外，由于本发明所述的非接触式供电系统配备了DC540V蓄电池，即便当磁浮列车速度较低使得车载发电线圈提供的电能不能满足DC540V主电网的负载用电需求时或车辆故障静止时或车载发电线圈故障时，仍可以为整列车提供30分钟的应急供电，确保生命保障系统的正常工作，以及救援和车辆短距离行驶的用电需求，提高了供电的可靠性。
在本发明的描述中，需要理解的是，方位词如“前、后、上、下、左、右”、“横向、竖向、垂直、水平”和“顶、底”等所指示的方位或位置关系通常是基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，在未作相反说明的情况下，这些方位词并不指示和暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位或者以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明保护范围的限制；方位词“内、外”是指相对于各部件本身的轮廓的内外。
为了便于描述，在这里可以使用空间相对术语，如“在……之上”、“在……上方”、“在……上表面”、“上面的”等，用来描述如在图中所示的一个器件或特征与其他器件或特征的空间位置关系。应当理解的是，空间相对术语旨在包含除了器件在图中所描述的方位之外的在使用或操作中的不同方位。例如，如果附图中的器件被倒置，则描述为“在其他器件或构造上方”或“在其他器件或构造之上”的器件之后将被定位为“在其他器件或构造下方”或“在其他器件或构造之下”。因而，示例性术语“在……上方”可以包括“在……上方”和“在……下方”两种方位。该器件也可以其他不同方式定位(旋转90度或处于其他方位)，并且对这里所使用的空间相对描述作出相应解释。
此外，需要说明的是，使用“第一”、“第二”等词语来限定零部件，仅仅是为了便于对相应零部件进行区别，如没有另行声明，上述词语并没有特殊含义，因此不能理解为对本发明保护范围的限制。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种用于磁悬浮列车的非接触式供电系统，其特征在于，该系统包括轨道侧长定子线圈(1)、车载发电线圈(2)、升压斩波器(3)、主电网(4)、第一逆变器(6)、控制电网(7)、第二逆变器(9)、三相交流电网(10)、和第一储能单元(13)，其中，
所述车载发电线圈(2)用于在所述磁悬浮列车运行过程中剪切所述轨道侧长定子线圈(1)产生感应电压；
所述升压斩波器(3)与所述车载发电线圈(2)连接，用于接收所述感应电压并将接收的感应电压整流稳压后输出至所述主电网(4)；
所述主电网(4)用于为第一用电设备(5)提供直流电，并通过所述第一逆变器(6)为所述控制电网(7)提供电能以及通过所述第二逆变器(9)为所述三相交流电网(10)提供电能；
所述控制电网(7)用于为第二用电设备(8)提供直流电，所述控制电网(7)与所述主电网(4)均为直流电网，所述主电网(4)的电压高于所述控制电网(7)的电压；
所述三相交流电网(10)用于为第三用电设备(11)提供三相交流电以及为第四用电设备(12)提供单向交流电；
所述第一储能单元(13)与所述主电网(4)连接，用于为所述主电网(4)提供额外的电能。
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，该系统还包括第一切换单元(14)所述第一切换单元(14)连接在所述第一储能单元(13)与所述主电网(4)之间，用于在所述第一储能单元(13)与所述主电网(4)的连通和断开之间切换。
3.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，该系统还包括第二储能单元(15)，与所述控制电网(7)连接，用于为所述控制电网(15)提供额外的电能。
4.根据权利要求3所述的系统，其特征在于，该系统还包括第二切换单元(16)所述第二切换单元(16)连接在所述第二储能单元(15)与所述控制电网(7)之间，用于在所述第二储能单元(15)与所述控制电网(7)的连通和断开之间切换。
5.根据权利要求4所述的系统，其特征在于，所述第一切换单元(14)和所述第二切换单元(16)均为开关。
6.根据权利要求4所述的系统，其特征在于，所述轨道侧长定子线圈(1)沿着轨道的侧壁均匀布置，且每三个相邻的轨道侧长定子线圈(1)分别由外部供电电源供给A、B、C三相交流电。
7.根据权利要求6所述的系统，其特征在于，所述车载发电线圈(2)设置在所述磁悬浮列车的悬浮架上。
8.根据权利要求6所述的系统，其特征在于，所述第一储能单元(13)和所述第二储能单元(15)是蓄电池、超级电容或燃料电池。
9.一种磁悬浮列车，其特征在于，该列车包括权利要求1-8中任一项所述的非接触式供电系统。
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