CN117674655A - 一种车轴发电系统和车辆 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种车轴发电系统和车辆，该车轴发电系统包括依次连接的励磁驱动器、发电机、主整流器、检测单元和处理器，其中，励磁驱动器用于产生励磁电流，以便发电机在励磁电流作用下产生感应电动势，并对外输出交流电；主整流器用于将交流电整流为第一直流电；检测单元用于检测第一直流电的电压；处理器用于在第一直流电的电压大于预设电压时，输出第一电流指令至励磁驱动器，以使励磁驱动器降低励磁电流，以及在第一直流电的电压小于预设电压时，输出第二电流指令至励磁驱动器，以使励磁驱动器增加励磁电流，以便实现对发电机输出电压的稳压控制。本发明能够实现直流电稳压输出，并能够对负载回路进行检测，防止负载出现过流过压状况。

Description

一种车轴发电系统和车辆

技术领域

本发明涉及铁道车辆技术领域，尤其涉及一种车轴发电系统和车辆。

背景技术

车辆在运行过程中会产生动能，为节约车辆使用过程中的电力成本，通常将车辆运行过程中的动能转换为电能，为车辆蓄电池补充电能。所以一般在车辆上安装车轴发电系统，车轴发电系统利用车辆行驶时的动能，通过设置在车轴端的传动装置驱动感应子发电机切割磁场，产生电能。

但是，目前的车轴发电系统在发电过程中无法实现电能的稳定输出，由于铁道车辆中的大多负载需要稳压供电，所以需要车轴发电系统所输出的电压稳定在特定范围内。例如，车辆加速时，可能导致车轴发电系统所输出的电压较高，车辆减速时，可能导致车轴发电系统所输出的电压较低。因此，有必要提供一种能够实现稳压输出的车轴发电系统。

发明内容

本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本发明的一个目的在于提供一种车轴发电系统，该系统能够实现直流电稳压输出，并能够对负载回路进行检测，防止负载出现过流过压状况。

为达到上述目的，本发明通过以下技术方案实现：

一种车轴发电系统，包括：

发电机和励磁驱动器，所述励磁驱动器用于产生励磁电流，以便所述发电机在所述励磁电流作用下产生感应电动势，并对外输出交流电；

主整流器，用于将所述交流电整流为第一直流电；

检测单元，与所述主整流器连接，用于检测第一直流电的电压；

处理器，分别与所述检测单元和所述励磁驱动器连接，用于在所述第一直流电的电压大于所述预设电压时，输出第一电流指令至所述励磁驱动器，以使所述励磁驱动器降低励磁电流，以及在所述第一直流电的电压小于所述预设电压时，输出第二电流指令至所述励磁驱动器，以使所述励磁驱动器增加励磁电流，以便实现对所述第一直流电的稳压控制。

优选的，该系统还包括：第一分流器，分别与所述主整流器和所述检测单元连接，用于对所述第一直流电进行分流处理得到第二直流电和第三直流电，所述第三直流电用于给负载供电；其中，所述检测单元对所述第二直流电进行检测，以便所述处理器根据所述第二直流电确定所述第一直流电的电压是否大于或者小于所述预设电压。

优选的，该系统还包括：第二分流器，分别与所述第一分流器和所述检测单元连接，用于对所述第三直流电进行分流处理得到第四直流电和第五直流电；其中，所述检测单元还对所述第四直流电进行检测，以确定负载回路是否过电压或者过电流。

优选的，该系统还包括：储能单元，分别与所述第二分流器和所述处理器连接，用于通过所述第五直流电进行充电，并向所述处理器进行供电。

优选的，该系统还包括：励磁整流器，分别与所述发电机和所述励磁驱动器连接，用于将所述交流电整流为第六直流电，所述第六直流电用于向所述励磁驱动器供电，以便所述励磁驱动器持续产生励磁电流。

优选的，该系统还包括：电流调节单元，与所述处理器连接，用于调节预设电流，以便所述处理器根据所述预设电流调节励磁电流，所述预设电流与所述预设电压对应。

优选的，该系统还包括：助磁电路，与所述发电机连接，所述助磁电路用于向所述发电机提供助磁电流，以提高发电机剩磁。

优选的，该系统还包括：数显单元，与所述处理器连接，用于显示所述励磁电流和所述第一直流电的电压。

为达到上述目的，本发明第二方面提供了一种车辆，包括上述所述的车轴发电系统。

本发明至少具有以下技术效果：

本发明的处理器可对检测单元检测的第一直流电进行分析处理，在第一直流电的电压大于预设电压时，输出第一电流指令至励磁驱动器，以使励磁驱动器降低励磁电流，从而使得发电机输出的感应电动势降低，即降低输出电压，以及在第一直流电的电压小于预设电压时，输出第二电流指令至励磁驱动器，以使励磁驱动器增加励磁电流，从而使得发电机输出的感应电动势增加，即增加输出电压，进而可实现输出电压稳压控制，由此，本发明能实时的根据感应电动势的变化调节励磁电流，形成动态反馈，保证发电机后端输出的直流电压始终稳定在特定范围；另外，本发明还可通过分流器实现负载回路的过压过流检测，以保证负载不会出现过压过流状况；本发明还可通过励磁整流器实现系统闭环供电，使得励磁驱动器无需外部供电，从而通过系统自发供电，保证励磁电流的持续产生；以及，本发明还提供了助磁电路，通过助磁电路可提高发电机剩磁，从而使得发电机在运转时能够自发建立起励磁电压而发电。

本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

图1为本发明第一实施例的车轴发电系统的结构框图。

图2为本发明第二实施例的车轴发电系统的结构框图。

图3为本发明实施例的车辆的结构框图。

具体实施方式

下面详细描述本实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

下面参考附图描述本实施例的一种车轴发电系统和车辆。

图1为本发明第一实施例的车轴发电系统的结构框图。如图1所示，该车轴发电系统100包括励磁驱动器10、发电机11、主整流器12、检测单元13和处理器14。

其中，励磁驱动器10用于产生励磁电流，以便发电机11在励磁电流作用下产生感应电动势，并对外输出交流电；主整流器12与发电机11连接，用于将交流电整流为第一直流电，所述主整流器12为主副三相桥式整流电路；检测单元13与主整流器12连接，用于检测第一直流电的电压；处理器14分别与检测单元13和励磁驱动器10连接，用于在第一直流电的电压大于预设电压时，输出第一电流指令至励磁驱动器10，以使励磁驱动器10降低励磁电流，以及在第一直流电的电压小于预设电压时，输出第二电流指令至励磁驱动器10，以使励磁驱动器10增加励磁电流，以便实现对第一直流电的稳压控制，从而实现对发电机11输出电压的稳压控制。

具体的，励磁驱动器10在供电后会产生励磁电流，发电机11的定子在励磁电流作用下产生磁场，发电机11的转子线圈切割磁场产生感应电动势，并对主整流器12输出交流电，以便主整流器12将交流电整流为第一直流电。检测单元13可检测第一直流电，并将检测的第一直流电的电压输出至处理器14，处理器14将第一直流电的电压与预设电压进行比较判断。在第一直流电的电压大于预设电压时，处理器14输出第一电流指令至励磁驱动器10，使得励磁驱动器10降低励磁电流，从而使得发电机11产生的感应电动势降低，并进一步使得输出的交流电电压降低，进而使得整流后第一直流电的电压降低，以及在第一直流电的电压小于预设电压时，输出第二电流指令至励磁驱动器10，使得励磁驱动器10增加励磁电流，从而使得发电机11产生的感应电动势增加，并进一步使得输出的交流电电压增加，进而使得整流后第一直流电的电压增加。

由此，可实现对第一直流电的稳压控制，即可实现发电机11输出电压的稳压控制。其中，所述预设电压处于特定电压范围，所述特定电压范围为发电机11输出电压需要稳压的范围。

本实施例中，处理器14可为单片机，单片机具有处理数据块、检测精度高和编程简单等优点，该系统采用单片机配合高精度检测单元13如电压、电流传感器以及整流电路和发电励磁电路，可实现系统稳定输出直流电的功能。

作为一个示例，当车辆加速时，通过检测单元13会检测到主整流器12的输出电压有增大的趋势，处理器14接收相应信息后，会向励磁驱动器10发出指令降低励磁电流，使发电机11输出的感应电动势降低，从而抵消车辆加速对系统的影响；当车辆减速时，通过检测单元13会检测到主整流器12的输出电压有降低的趋势，处理器14接收相应信息后，会向励磁驱动器10发出指令增大励磁电流，使发电机11输出的感应电动势增加，从而抵消车辆减速对系统的影响。

由于发电机11产生的感应电动势与转子转速及励磁磁场大小成正比例关系，所以可调节转子转速和励磁磁场大小来改变感应电动势，从而改变系统输出的电压。由此，本实施例中通过反馈的输出电压或者电流，来调节励磁电流，从而调节励磁磁场，可实现对发电机11产生的感应电动势的调节，进而可实现对发电机11输出电压的调节。

图2为本发明第二实施例的车轴发电系统的结构框图。如图2所示，该系统还包括第一分流器15，分别与主整流器12和检测单元13连接，用于对第一直流电进行分流处理得到第二直流电和第三直流电，第三直流电用于给负载21供电；其中，检测单元13对第二直流电进行检测，以便处理器14根据第二直流电确定第一直流电的电压是否大于或者小于预设电压。

本实施例中，在图1所示系统中，增加了第一分流器15，以便于主整流器12输出的第一直流电能够向负载21供电，同时可通过检测单元13实现对发电机11输出电压的检测。

进一步的，该系统还包括第二分流器16，分别与第一分流器15和检测单元13连接，用于对第三直流电进行分流处理得到第四直流电和第五直流电；其中，检测单元13还对第四直流电进行检测，以确定负载回路是否过电压或者过电流。

本实施例中，为能够实现对负载过电流和过电压保护，以及为节约电能，防止电能通过器件发热转化为热能耗散，还通过下述的储能单元17对多余的电能进行存储。本实施例中，通过对第四直流电进行检测可实现对负载回路的检测，从而保证负载不会出现过流和过压情况。

进一步的，该系统还包括上述所述的储能单元17，所述储能单元17可为蓄电池，其分别与第二分流器16和处理器14连接。储能单元17用于通过第五直流电进行充电，并向处理器14进行供电。

进一步的，该系统还包括励磁整流器18，分别与发电机11和励磁驱动器10连接，用于将交流电整流为第六直流电，该第六直流电用于向励磁驱动器10供电，以便励磁驱动器10持续产生励磁电流。

本实施例中，励磁驱动器10可通过发电机11和励磁整流器18处理后输出的直流电进行供电，其无需外部供电。励磁驱动器10通过系统内部电路自发供电，并可保证励磁电流的持续产生，从而可保证发电机11的定子在励磁电流作用下能够持续产生磁场，进而可保证持续产生感应电动势。

请继续参考图2，该系统还包括电流调节单元19，与处理器14连接，用于调节预设电流，以便处理器14根据预设电流调节励磁电流，所述预设电流与预设电压对应。

具体的，系统在运行时，处理器14可根据电流调节单元19输入的预设电流，来输出励磁电流调节指令，以便励磁驱动器10输出与所述预设电流相对应的励磁电流，从而便于所述发电机11输出的电压能够达到与所述预设电流对应的预设电压。

请继续参考图2，该系统还包括数显单元19，与处理器14连接，用于显示励磁电流和第一直流电的电压。当然，数显单元19也可显示负载过电流和过电压信息以及储能单元17的储能信息等等。

在本发明的一个实施例中，该系统还包括助磁电路(图中未示出)。助磁电路分别与发电机11和储能单元17连接，助磁电路用于向发电机11提供助磁电流，以提高发电机剩磁。

具体的，车辆静止时，会关断励磁电路。当车辆启动运行后，可闭合助磁电路，由储能单元17通过分流器先向发电机11的励磁线圈输出100mA左右的助磁电流，助磁电流经助磁回路(储能单元17—分流器—助磁电阻)去到发电机11的励磁线圈，以提高发电机剩磁。

作为一个具体示例，车辆运行，待发电机11转速上升至500rpm左右，以能自动建立起励磁电压发电时，关掉助磁电路，处理器14继续通过PWM(脉冲宽度调制)信号控制增加导通时间，加大励磁电流，从而提高发电机11的输出电压。当转速达850rpm以上时，发电机11可带动负载，当输出电压升高到出厂设定值即预设电压58V时，PWM信号保持当前值，当由于转速发生改变或是负载增、减而引起发电机11端输出电压变化时，检测单元13将测得的变化量信息传给处理器14，处理器14经分析后去调整PWM脉冲宽度，通过驱动芯片控制场效应管的导通时间增加或减少励磁电流，使发电机11输出电压保持在设定值。

进一步的，本发明还提供了一种车辆。图3为本发明实施例的车辆的结构框图。如图3所示，车辆1000包括上述的车轴发电系统100。

综上所述，本发明的处理器可对检测单元检测的第一直流电进行分析处理，在第一直流电的电压大于预设电压时，输出第一电流指令至励磁驱动器，以使励磁驱动器降低励磁电流，从而使得发电机输出的感应电动势降低，即降低输出电压，以及在第一直流电的电压小于预设电压时，输出第二电流指令至励磁驱动器，以使励磁驱动器增加励磁电流，从而使得发电机输出的感应电动势增加，即增加输出电压，进而可实现输出电压稳压控制，由此，本发明能实时的根据感应电动势的变化调节励磁电流，形成动态反馈，保证发电机后端输出的直流电压始终稳定在特定范围；另外，本发明还可通过分流器实现负载回路的过压过流检测，以保证负载不会出现过压过流状况；本发明还可通过励磁整流器实现系统闭环供电，使得励磁驱动器无需外部供电，从而通过系统自发供电，保证励磁电流的持续产生；以及，本发明还提供了助磁电路，通过助磁电路可提高发电机剩磁，从而使得发电机在运转时能够自发建立起励磁电压而发电。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

尽管本发明的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本发明的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本发明的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本发明的保护范围应由所附的权利要求来限定。

Claims (9)

1.一种车轴发电系统，其特征在于，包括：

发电机和励磁驱动器，所述励磁驱动器用于产生励磁电流，以便所述发电机在所述励磁电流作用下产生感应电动势，并对外输出交流电；

主整流器，用于将所述交流电整流为第一直流电；

检测单元，与所述主整流器连接，用于检测第一直流电的电压；

处理器，分别与所述检测单元和所述励磁驱动器连接，用于在所述第一直流电的电压大于所述预设电压时，输出第一电流指令至所述励磁驱动器，以使所述励磁驱动器降低励磁电流，以及在所述第一直流电的电压小于所述预设电压时，输出第二电流指令至所述励磁驱动器，以使所述励磁驱动器增加励磁电流，以便实现对所述第一直流电的稳压控制。

2.如权利要求1所述的车轴发电系统，其特征在于，还包括：

第一分流器，分别与所述主整流器和所述检测单元连接，用于对所述第一直流电进行分流处理得到第二直流电和第三直流电，所述第三直流电用于给负载供电；其中，所述检测单元对所述第二直流电进行检测，以便所述处理器根据所述第二直流电确定所述第一直流电的电压是否大于或者小于所述预设电压。

3.如权利要求2所述的车轴发电系统，其特征在于，还包括：

第二分流器，分别与所述第一分流器和所述检测单元连接，用于对所述第三直流电进行分流处理得到第四直流电和第五直流电；其中，所述检测单元还对所述第四直流电进行检测，以确定负载回路是否过电压或者过电流。

4.如权利要求3所述的车轴发电系统，其特征在于，还包括：

储能单元，分别与所述第二分流器和所述处理器连接，用于通过所述第五直流电进行充电，并向所述处理器进行供电。

5.如权利要求1所述的车轴发电系统，其特征在于，还包括：

励磁整流器，分别与所述发电机和所述励磁驱动器连接，用于将所述交流电整流为第六直流电，所述第六直流电用于向所述励磁驱动器供电，以便所述励磁驱动器持续产生励磁电流。

6.如权利要求1所述的车轴发电系统，其特征在于，还包括：

电流调节单元，与所述处理器连接，用于调节预设电流，以便所述处理器根据所述预设电流调节励磁电流，所述预设电流与所述预设电压对应。

7.如权利要求4所述的车轴发电系统，其特征在于，还包括：

助磁电路，与所述发电机连接，所述助磁电路用于向所述发电机提供助磁电流，以提高发电机剩磁。

8.如权利要求1所述的车轴发电系统，其特征在于，还包括：

数显单元，与所述处理器连接，用于显示所述励磁电流和所述第一直流电的电压。

9.一种车辆，其特征在于，包括如权利要求1-8中任一项所述的车轴发电系统。