CN116923102A - 定制出行交通系统的轨路供电技术方案 - Google Patents

Abstract

一种定制出行交通系统的轨路供电技术方案，依据车辆驱动功率小的特点，采用由沿轨路建设的配电柜E提供300～360V直流供电，出线缆经地下穿入轨路支架的支架柱，再由支架内的标准布线分配到每层轨路的上轨接触线（3）规定极性的引出线上。由此，供电线路实现了地下化，也实现了由规范轨路支架构建的供电设施规范化。同时，在每辆车受电器（5）在接收到外部有极性电源后经过由二极管D6、D7、D8、D9构成一个整流电桥后，以确定电源极性的电源Uo+和Uo‑送车辆（8），使每辆车在有极性直流供电环境实现无极性使用,完成了本发明的目标。技术方案实施方便，运行可靠，可以在定制出行交通系统中广泛应用。

Description

定制出行交通系统的轨路供电技术方案

技术领域

一种定制出行交通系统的轨路供电技术方案，尤其是解决包括几千万人口超大城市市民上下班难题定制出行交通系统的轨路供电技术方案。

背景技术

伴随着城市化的发展，城市交通的拥堵也越来越严重。

发明人在发明《一种城市交通系统和方法》（发明号ZL201610071046.1）中提出了一种城市交通系统和方法。其后又通过《解决大城市通勤难题的城市交通系统和方法》（申请号202111207325.3）和《定制出行城市交通系统的车辆供电技术方案》（申请号202111207353.5）等专利申请中提出以定制出行交通为特征的一种采用上下单轨轨路，以“预约直达”的定制专列作为乘客乘坐方式、以车辆集中统一控制为控制方式的轨道交通方案。

本发明人在申请号为202111207353.5的申请中提出了一种供电技术方案，但该方案解决的主要是车辆内部的供电技术问题。

定制出行交通系统采用无路基上下单轨构建的轨路，由轨路支架架空安装。定制出行交通系统有可能成为城市中最广泛使用的交通工具，由此，轨路支架有可能成为遍布于城市大街小巷的设施。定制出行交通系统中的车辆由外部直流电力驱动，电力线路布设在上轨道上部，显然，城市市容将受到严重影响。

发明内容

本发明的任务是要发明一种定制出行交通系统专用的、充分利用已有轨路支架资源的、车辆不用考虑直流电源极性的供电技术方案。

本发明人的定制出行交通系统是一种本质区别于现有公共交通系统的交通体系。其最本质的区别在于：第一，定制出行城市交通系统是不依赖现有道路的由无路基上下单轨道构建的独立轨道交通系统；轨路架空安装在轨路支架上。第二，定制出行交通系统中，所有运行车辆和设施均无人驾驶和操作，且由【城市交通管理控制中心】实施集中统一控制；第三，现有公共交通系统的公交线路、车站、行车时间是公交公司确定的，乘客唯一的权力是去适应它。而定制出行交通系统则相反，交通系统是按照乘客的“出发地、目的地、出发时间”需要，由【城市交通管理控制中心】以最佳出行方案集中“定制”。第四，定制出行城市交通系统中的乘客乘车都是预约直达乘车。

本发明是这样实现的。

1. 定制出行交通系统至少配套设计建设有以下子系统。

①有以大型计算机（服务器）群为核心的【城市交通管理控制中心】。【城市交通管理控制中心】既是交通信息的管理中心，也是城市交通方案的规划中心和实时调整中心，还是整个城市交通系统车辆和设施的集中统一控制中心。②有由主通信信道、备用通信信道和应急信道为基本信道的通信子系统，有由同一个时间源同步的时间系统，有车辆定位、车辆位置激光红外相对定位、卫星绝对位置定位构建的【信息神经系统】。③有以轨路、车站轨道、备用轨道为核心的【轨道系统】。④有以车站和基础车辆、列车为核心的【车站和车辆设备系统】。⑤有以乘客互动终端、信道、受理单元、结算单元为核心的【乘用管理系统】。⑥有以维护、维修、升级改造部门为核心的【运行保障系统】。⑦有以车辆库、编组站为核心的【辅助车站设备系统】。

2. 定制出行交通系统至少采用以下技术方案。

2.1道路采用无路基上下单轨技术方案，轨路安装在轨路支架上。

2.2在定制出行交通系统中，所有乘客乘坐定制交通系统的列车，都必须向【城市交通管理控制中心】进行预约申请，确认后按确认的时间和车站计划乘车。

2.3所有乘客乘坐的列车全部都是由出发地直达目的地的“定制专列”。

2.4【城市交通管理控制中心】对整个定制出行城市交通系统的车辆、配套设施实行集中统一控制。

3. 定制出行交通系统采用定制出行交通系统专用的、充分利用已有轨路支架资源的、车辆不用考虑直流电源极性的供电技术方案。

3.1本发明在定制出行交通系统中采用以下与供电相关的技术方案。

a.定制出行交通系统中的车辆全部由电力驱动，由外部专线供电。

b.车辆外部的供电电压采用直流300Ⅴ～360Ⅴ。这个电压是交流220Ⅴ整流滤波后的直流电压，可以广泛使用最成熟的电源变压器。

c.车辆驱动力需要小，功耗低。定制出行交通系统的车辆外形窄、自重和承载轻，单辆基础车辆或头车辆需要的最大驱动力小。一个实施例，一辆4人座列车的自重（小于600kg）加载荷（乘客限重80kg，便携物限重20kg）4*100kg也不会超过1吨；且，①车辆只在平直轨道上行驶，只需平稳加速和减速，无需考虑高档汽车几秒钟加速到100km/h的加速指标；②车辆没有通过障碍物和爬大坡的需要也不需要，……，因此车辆需要的最大驱动力小，一个实施例一辆4人座列车的驱动力不超过100kg。d. 定制出行交通由于车辆会开进社区、楼群，对运行中车辆的静音性能有极高要求，因而，车轮不选用钢轮而是选择绝缘的柔性轮。这就使下轨道无法像高铁那样成为一根供电电极。本发明基于车辆使用较低的电压（直流300Ⅴ）和较小的电流（10A以内），将供电线路集中在上轨道绝缘槽内。

e.间距很近的轨路支架是沿轨路建设的标准配置。根据轨道的承重设计，无路基上轨道和下轨道安装在离地面数米的轨路支架上，轨路支架之间的距离受承载的影响应在10m至20m之内。轨路支架不仅是跟随轨路建设的标准设施，而且和布有受电线路的上轨道连接，拥有连通供电线路的先天优势。

3.2电网电力通过分布配电柜和轨路支架供电的技术方案。

以下结合图1说明本发明向轨路支架中供电线路供电的方案。

图1是配电柜通过地下电缆及轨路支架中的供电线路供电示意图。图1中，（E）是区域内的带通信信道和控制信道的配电柜，至少包括：①从交流大电网中接入交流电，经过变压器降至220/380VAC电压的变压器，②整流出需要的直流电源，③蓄电池维持断电状态下12小时至72小时之内的续电能力，④继电保护,⑤与【城市交通管理控制中心】有信道连通的配电运行监测装置。（B）是监控轨路、轨路支架的AI自动监管单元。监管单元应用AI人工智能监控轨路和轨路支架是否异常，一旦出现异常立即通过专用信道上传【城市交通管理控制中心】。（La）是轨路支架的避雷装置。由于轨路支架比较高，防雷击是标准配置，市场上有专业且成熟的产品供应。(31)是有多层轨路的轨路支架示意图。(32)是镶嵌在轨路支架绝缘体中的正、负电极。（33）是配电柜中供电源向轨路支架中供电线路供电的电缆沟，或者代表供电电缆被埋在地下。（34）是轨路截面的示意图。（35）是轨路支架的支架柱；支架柱中心可以将供电电缆穿布其中。

图2是外部电路向车辆供电的技术方案示意图。图2中，（BTA）是蓄电池组，为该区段运行的车辆提供12～72小时备用电源。外部供电电路经变压器输出三相电压（LA）、（LB）、（LC），分别由二极管D1、D2、D3整流后一路经过滤波电容C1输出直流驱动电源U+和U-。另一路经过防反向放电二极管D4与蓄电池充电管理单元（GB）连接。蓄电池充电管理单元（GB）是管理蓄电池最佳充电方式的电路装置，具有电压低时恒流充电及防止记忆效应的涓流充电等技术应用，还有安全使用的防范措施，是蓄电池充电的专业管理装置。二极管D5是防止倒流的二极管，当外部电源三相电压（LA）、（LB）、（LC）停供时，二极管D5蓄电池经二极管D5向车辆电路供电。其中二极管D1、D2、D3构成的整流器件可以是一种集成电路产品。

3.3轨路支架中的直流电源供至车辆的技术方案。

图3是通过轨路支架中的供电线路向车辆供电的示意图。图3中，（1）是上轨道。（3）是铜合金接触线，是外部供电的电源通道。（2）是接触线周边的绝缘体。（4）是车辆。（5）是运动车辆上的受电器，上面安装有弹性弓及耐磨并导电的受电器接触体电刷，一个实施例，受电器接触体电刷采用柔软且导电好的石墨块。（6）轨路支架中与接触线（3）连接的导体。它一方面通过内部连线和接触线（3）连接，另一方面与镶嵌在轨路支架绝缘体中的正、负电极(32)有标准的连接端头。连接端头的一个实施例，轨路支架上标准的位置尺寸上有可紧固的“电极通孔”，轨路上轨道安装上后，导体（6）上的螺纹端头位置正好对准“电极通孔”，用标准铜螺栓即可连通电、“电极通孔”源。安装完成后有标准的绝缘密封盖密封。

结合图1、图2和图3说明电网向车辆供电的本发明环节：从交流大电网中接入交流电，经过配电柜（E）中变压器提供220/380VAC电压至整流电路的输入端（LA）、（LB）、（LC）。经过二极管D1、D2、D3整流后一路经过滤波电容C1输出直流驱动电源U+和U-。

3.4车辆在有极性供电网中实现无极性供电的技术方案。

图4是针对下述问题进行的另一个发明。本发明中的车辆采用的是直流供电，在接触线(3)处正会按照规范在左侧或右是正极性电源时，另一侧总是另一极性的电源，车辆的受电器也按同一规范极性接收外部电源。可是在实际运行时有需要在一段轨路上反向行驶，这时电源的极性就会变反向。固定极性对网路供电和车辆受电带来很多不方便和困难。本发明为此采用了以下技术方案，方便地解决了这个难题：每辆车辆的电源接入前再进行一次电压极性整流，实现车辆无论朝什么方向行驶都不需要考虑供电电源的极性问题，对系统可靠运行、扩大运行控制空间有非常大的意义。

图4是车辆适应不同输入极性电源的技术方案示意图。图4中，（8）代表车辆中的所有负荷。（5）是运动车辆上的受电器。二极管D6、D7、D8、D9构成一个整流电桥，在受电器（5）的两个电刷输入端上，无论那个端是正极性，还是负极性，经过二极管D6、D7、D8、D9构成的整流电桥后，都会整流出确定电源极性的电源Uo+和Uo-送车辆（8）使用。

通过本发明设计，将供电电缆全部埋进了地下，也穿进了轨路支架内部，使定制出行交通系统的供电网建设不会影响市容景观；也通过本发明设计解决了短时间停电的持续运行难题，还解决了方便施工建设的问题。

一种定制出行交通系统的轨路供电技术方案，至少有以大型计算机（服务器）群为核心的【城市交通管理控制中心】;至少有由主通信信道、备用通信信道和应急信道为基本信道的通信子系统，有所述交通时间系和交通位置系构建的【信息神经系统】; 至少有【轨道系统】、【车站和车辆设备系统】、【乘用管理系统】、【运行保障系统】、【辅助车站设备系统】，至少有与【城市交通管理控制中心】为每辆所述“专列”制定的所述“自出发地至目的地车辆运行方案”和对应的可实施控制的所述“车辆控制指令队列”，其特征是：

a.采用由上下无路基单轨道构建的轨道交通技术方案；

b.所有乘客都通过向实行集中统一控制的所述【城市交通管理控制中心】预约申请并经确认后按预约的约定乘车；

c.所有乘客均根据预约通过定制的专列由出发车站直接送达目的地车站；

d.所有乘客乘坐列车的运行方案都是由所述【城市交通管理控制中心】以交通系统整体运输效率最高作标准为乘客量身定制的；

e.定制出行交通系统所有车辆均由电力驱动，在电力变压器供电范围内至少有带通信信道和控制信道的配电柜（E），通过埋在地下的供电电缆或埋在地沟中的供电电缆穿布在轨路支架的支架柱（35)中，向上轨道中的接触线（3）供电；

f.轨路支架的左侧和右侧至少按系统安装规范安装有两种不同极性的镶嵌在轨路支架绝缘体中的正、负电极(32),其中安装规范是指在定制出行交通系统中统一的左侧或右为正极性电源，右侧或左侧为负极性电源；

g.定制出行交通系统所有车辆受电器（5）从接触线（3）接收电能后，至少需要经过由二极管（6）、（7）、（8）、（9）构成的整流桥生成电源极性确定的电源Uo+和电源Uo-后送入车辆内作为电源。

一种定制出行交通系统的轨路供电技术方案，至少有区域内的带通信信道和控制信道的配电柜（E），其特征是配电柜内至少有以下设施和技术装置：

a.将大电网交流电降至220/380VAC电压的变压器；

b.交流电转变为直流电的整流电路，其中整流电路工作电流和耐压性能满足安全运行的需要；

c.断电状态下维持车辆运行12小时至72小时时间的蓄电池；

d.电源中出现过流、过压、过温的继电保护装置及缺相、短路的继电保护装置；

e.配电柜E与【城市交通管理控制中心】之间有配电运行监测信息的传送信道和应急控制信道。

附图说明

图1是配电柜通过地下电缆及轨路支架中的供电线路供电示意图。图1中，（E）是区域内的带通信信道和控制信道的配电柜，（B）是监控轨路、轨路支架的AI自动监管单元。（La）是轨路支架的避雷装置。(31)是有多层轨路的轨路支架示意图。(32)是镶嵌在轨路支架绝缘体中的正、负电极。（33）是配电柜中供电源向轨路支架中供电线路供电的电缆沟，或者代表供电电缆被埋在地下。（34）是轨路截面的示意图。（35）是轨路支架的支架柱。

图2是配电柜（E）中三相整流电路形成由外部电网向车辆供电的供电方案示意图。图2中，（BTA）是蓄电池组。（LA）、（LB）、（LC）为外部供电电路经变压器输出的三相电源。二极管D1、D2、D3是整流电路。C1是电源的滤波电容。U+和U-是有极性直流驱动电源。（GB）是蓄电池充电管理单元。D4是防反向放电二极管。D4与蓄电池充电管理单元连接。二极管D5是防止倒流的二极管。

图3是通过轨路支架中的供电线路向车辆供电的示意图。图3中，（1）是上轨道。（3）是铜合金接触线。（2）是接触线周边的绝缘体。（4）是车辆。（5）是运动车辆上的受电器。（6）是用于和轨路支架中供电线路连接的导体。

图4是车辆适应不同输入极性电源的技术方案示意图。图4中，（8）代表车辆中的所有负荷。（5）是运动车辆上的受电器。二极管D6、D7、D8、D9构成一个整流电桥，在受电器（5）两个电刷输入端上，无论那个端是正极性，还是负极性，经过二极管D6、D7、D8、D9构成的整流电桥后，都会整流出确定电源极性的电源Uo+和Uo-送车辆（8）使用。

具体实施方式

现结合附图说明本发明的具体实施方式。

定制出行交通系统车辆与现有车辆有许多完全不同的特点，给系统供电带来了不同的设计方案。

第一，车辆电驱动需要的功率小。①车辆自重轻:与现有的汽车相比，定制出行交通中的车辆不需要内燃机、变速箱、驾驶盘、大车轮，也没有电动车的蓄电池（只有小容量供近距驱动的蓄电池），几乎所有比较重的配置都不需要，取而代之的是重量轻的AI设备、远程通信装置、更舒适的坐椅。一个实施例，一辆4人坐车辆自重应小于600kg。②定制出行交通中的车辆，不需要用重的底盘提高车辆高速运行时的稳定性（防飘），因为车辆运行时始终由上下单轨支撑，可以始终保持力学上的稳定，可以保证任何速度下车辆运行都稳定。③乘客及携带物重量轻。乘客重限制在80kg以内，携带物限20kg以内，一辆4人坐车辆载重应少于400kg。④车辆的运行条件好。轨路多数平直，少数上下坡的坡度应在5°以内（60m下降8m），不需要考虑高低不平和有障碍情况。⑤定制出行交通中的车辆以平稳运行为目标，不需百公里加速的时间指标。

由此，定制出行交通中车辆所需要的驱动力非常小。以4人座车辆为例，驱动力不超过100kg，电功率应小于500W，比电动汽车要小很多。如果轨路支架间距离为10m，两支架间最多可容纳3辆4人座车辆，驱动车辆的总电功率不超1500W。8平方毫米铜导线可供14kW负荷。换言之，给每根轨路支架中供电线路铺设8平方毫米铜电缆，无论有几层轨路都足够使用。定制出行交通是非常普遍的交通项目，轨路支架中导电体可以预穿其中，成为一个标准构件，适合批量化生产，安装实施也非常方便。

第二，外部供电采用300Ⅴ～360Ⅴ中低电压直流供电。定制出行交通中车辆较小的驱动力需要，使得外部供电电源可以选用较低的电压等级。本发明选用300～360Ⅴ是因为这是220V交流相电压直接整流后的电压，变压器有最大的通用性。

第三，轨轮采用柔性轮后，正负极性的接触线统一设计在上轨中间。定制出行交通对车辆运行的静音要求高，车轮不选用钢轮而是绝缘的柔性轮，因此下轨道无法成为一根供电电极。本发明基于较低的电压（直流300Ⅴ）和较小的电流（10A以内），将供电线路集中在上轨道绝缘槽内中。

第四，轨路支架标准间距10～20m，用轨路支架作为外部供电的载体，距离近供电半径小。本发明采用轨路支架作为电源输电的载体，不仅可以实现标准化和批量化生产，而且供电半径小，电损耗也会很小。

本发明采用直流供电方案，至少给定制出行交通系统带来了以下优势：a.将原本应由车辆完成的整流任务交给了供电环节，使数量庞大的车辆省去了整流电路。b消除了整流电路带来的故障。在大电流场合，整流电路就是一个故障易发部位，而且一旦整流电路产生故障还会造成短路等重大故障。c.整流电路还需要采取散热措施，占据体积和重量，取消可以减轻重量和节约车内空间。d.直流供电后每个配电点有条件配置蓄电池组，在外部停电时继续供车辆运行，成为系统保障的重要组成部分。e.直流供电使供电变压器可以采用三相整流，实现每个供电变压器的三相平衡。f.整个供电线路都是直流电压，不再有高铁防相电压冲突的问题。

通过本发明方案，将可能影响市容的供电线路用轨路支架实现“规范化”。

1.分布于轨路沿线的配电柜（E）经过隐蔽化设计和周围美化设计，减小对市容的影响甚至提高市容美化程度。一个实施例，配电柜（E）建在地下，或有部分结构建设在地下；再一个实施例，配电柜（E）的外形是个城市雕塑。配电柜（E）通过埋在地下的供电电缆或埋在地沟中的供电电缆穿布在轨路支架的支架柱（35)中，向上轨道中的接触线（3）供电；做到完全不影响市容。

2.区域内的带通信信道和控制信道的配电柜（E），其特征是配电柜至少包含以下设施和技术装置：

a.将大电网交流电降至220/380VAC电压的变压器；

b.交流电转变为直流电的整流电路，其中整流电路工作电流和耐压性能满足安全运行的需要: 定制出行交通系统的设备就是要可靠，且无成本压力，可以在设计给于更大的设计冗余。

c.断电状态下维持12小时至72小时时间续电能力的蓄电池；从电力维护的角度看，定制出行交通系统设备发生故障，维修都采用大部件更换，然后再集中修理，多数可在12小时内完成；涉及系统性故障也都有备用线路切换，部不会超过48小时。只有偏远地区，有可能需要三天72小时。

d.电源中出现过流、过压、过温的继电保护及缺相、短路的继电保护装置；定制出行交通系统是个全自动化的系统，每个配电柜都是其中一个控制节点，而且供电的传感技术成熟更适合远程监控。

e. 配电柜E与【城市交通管理控制中心】之间有配电运行监测信息的传送信道和应急控制信道。这个通信信道的一个实施例是几个电信运行商的5G、6G以至于更高速网络。

发明效果：一种定制出行交通系统的轨路供电技术方案，依据车辆驱动功率小的特点，采用由沿轨路建设的配电柜E提供300～360V直流供电，出线缆经地下穿入轨路支架的支架柱，再由支架内的标准布线分配到每层轨路的上轨接触线(3)规定极性的引出线上。由此，供电线路实现了地下化，也实现了由规范轨路支架构建的供电设施规范化。同时，在每辆车受电器（5）在接收到外部有极性电源后经过由二极管D6、D7、D8、D9构成一个整流电桥后，以确定电源极性的电源Uo+和Uo-送车辆（8），使每辆车在有极性直流供电环境实现无极性使用,完成了本发明的目标。技术方案实施方便，运行可靠，可以在定制出行交通系统中广泛应用。

Claims (2)

1.一种定制出行交通系统的轨路供电技术方案，至少有以大型计算机（服务器）群为核心的【城市交通管理控制中心】；至少有由主通信信道、备用通信信道和应急信道为基本信道的通信子系统，有所述交通时间系和交通位置系构建的【信息神经系统】；至少有【轨道系统】、【车站和车辆设备系统】、【乘用管理系统】、【运行保障系统】、【辅助车站设备系统】，至少有与【城市交通管理控制中心】为每辆所述“专列”制定的所述“自出发地至目的地车辆运行方案”和对应的可实施控制的所述“车辆控制指令队列”，其特征是：

a.采用由上下无路基单轨道构建的轨道交通技术方案；

b.所有乘客都通过向实行集中统一控制的所述【城市交通管理控制中心】预约申请并经确认后按预约的约定乘车；

c.所有乘客均根据预约通过定制的专列由出发车站直接送达目的地车站；

d.所有乘客乘坐列车的运行方案都是由所述【城市交通管理控制中心】以交通系统整体运输效率最高作标准为乘客量身定制的；

e.定制出行交通系统所有车辆均由电力驱动，在电力变压器供电范围内至少有带通信信道和控制信道的配电柜（E），通过埋在地下的供电电缆或埋在地沟中的供电电缆穿布在轨路支架的支架柱（35)中，向上轨道中的接触线（3）供电；

f.轨路支架的左侧和右侧至少按系统安装规范安装有两种不同极性的镶嵌在轨路支架绝缘体中的正、负电极(32),其中安装规范是指在定制出行交通系统中统一的左侧或右为正极性电源，右侧或左侧为负极性电源；

g.定制出行交通系统所有车辆受电器（5）从接触线（3）接收电能后，至少需要经过由二极管（6）、（7）、（8）、（9）构成的整流桥生成电源极性确定的电源Uo+和电源Uo-后送入车辆内作为电源。

2.根据权利要求1所述一种定制出行交通系统的轨路供电技术方案，至少有区域内的带通信信道和控制信道的配电柜（E），其特征是配电柜内至少有以下设施和技术装置：

a.将大电网交流电降至220/380VAC电压的变压器；

b.交流电转变为直流电的整流电路，其中整流电路工作电流和耐压性能满足安全运行的需要；

c.断电状态下维持车辆运行12小时至72小时时间的蓄电池；

d.电源中出现过流、过压、过温的继电保护装置及缺相、短路的继电保护装置；

e.配电柜E与【城市交通管理控制中心】之间有配电运行监测信息的传送信道和应急控制信道。