CN201254109Y - 一种场地车用电力牵引系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种场地车用电力牵引系统，所述电力牵引系统包括：电网接入装置，用于从电网接入电能；整流器，用于将所述电网接入装置输出的交流电转换为直流电输出；分流器，用于将所述整流器输出的一路直流电分成多路直流电输出；电能输送网络，用于为所述分流器输出的多路直流电提供输送通道；及伸缩电缆装置，其安装在车辆上，用于从所述电能输送网络获取直流电，并将获取的直流电提供给车辆动力系统。本实用新型通过分流器和电能输送网络，使很多车辆可共用一套动力系统，各车工况不一致，回收的能量可以被其它车利用，既节省了能源，又提高了系统利用率。

Description

一种场地车用电力牵引系统

技术领域

本实用新型涉及场地车的动力牵引系统，尤其涉及的是，一种场地车用电力牵引系统。

背景技术

根据场地用车(即移动范围不大且空中无遮挡场合使用的车)的特点，运行速度低、距离短，如驾校倒桩练习用车，运行速度在5Km/h以下、移动范围在20m2以内，传统这类车辆采用的是图1所示的动力系统。图1所示的动力系统由于运行速度太低、运行范围太小，发动机运行在燃油效率最低区域，且排出的高浓度废气不容易散发，污染严重，为解决这一问题，现有技术中采用另一种动力系统，即图2所示的动力系统。如图2所示，用电动机、动力电池组、控制系统组合取代燃油发动机；这个解决方案，虽然解决了燃油效率低与环境污染问题，但存在着动力电池重量重、体积大、成本高等不足之处。例如，以驾校倒桩练习用车为例，其空调功率按2Kw、转向助力、刹车系统功率按1Kw、车辆驱动功率按4Kw计算，整个车辆需要功率约7Kw，每天工作8小时，需要能量：7×8＝56(Kwh)，电池SOC最高按90％，最低按30％，动力电池组配置能量：56÷0.6＝93.3(Kwh)，在这种情况下，如果采用铅酸电池，其采购成本约9.3万元，重量约2.8吨；但如果采用镍氢电池，其采购成本约47万元，重量约1.5吨。由此可见，图2所示的动力无法在保证降低采购成本的基础上，也降低动力电池的重量，两者不能同时满足用户的需求，所以需要进一步的开发适用于小范围车辆的新的动力牵引系统。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种场地车用电力牵引系统，其特别适用于小范围车辆的运行，尤其是驾校倒桩练习用车。本实用新型所提出了一种电力牵引系统，既克服了传统燃油车燃油效率低、污染严重的缺点，也克服了配置车载储能系统纯电动车时成本高、重量重的缺点。

为了实现上述目的，本实用新型采用如下技术方案：

本实用新型提供了一种场地车用电力牵引系统，所述电力牵引系统包括：电网接入装置，用于从电网接入电能；整流器，用于将所述电网接入装置输出的交流电转换为直流电输出；分流器，用于将所述整流器输出的一路直流电分成多路直流电输出；电能输送网络，用于为所述分流器输出的多路直流电提供输送通道；及伸缩电缆装置，其安装在车辆上，用于从所述电能输送网络获取直流电，并将获取的直流电提供给车辆动力系统。

其中，所述电力牵引系统还包括：储能装置；所述储能装置设置在所述整流器和分流器之间，用于依次通过所述伸缩电缆装置、电能输送网络和分流器获取车辆动力系统反馈的制动电能，并存储。

其中，所述电能输送网络架设在空中，并且所述分流器安装在电能输送网络上。

其中，所述伸缩电缆装置安装在车辆的顶部，所述伸缩电缆装置的一个接线端与所述电能输送网络相连，所述伸缩电缆装置的另一个接线端与车辆车载控制器的电源输入端相连。

其中，所述伸缩电缆装置包括：收卷滚筒、收卷电机、用于控制所述收卷电机工作的电机控制器、张力传感器和安装支架；所述安装支架固定在车辆上，所述收卷电机固定在所述安装支架上；所述收卷滚筒上设置有可调扭矩接线盘副，所述收卷电机的电机轴固定连接所述可调扭矩接线盘副上设置的连接轴；所述收卷滚筒上缠绕有电缆线，该电缆线连接所述电能输送网络；所述可调扭矩接线盘副设置有一引出电极，该电极连接车辆车载控制器的电源输入端；所述张力传感器用于检测所述电缆的张力，当张力超出设定值时，向所述电机控制器发出用于控制所述收卷电机停止转动的控制信号。

其中，所述电源输送网络包括带表层绝缘的导电排、及用于固定所述导电排的多根绝缘立柱，在所述导电排上安装有带短路、过载、漏电保护功能的电路保护装置，所述导电排上还设置有可转动的接线端子，该接线端子与电能输送用电缆线的一端相连，该电缆线的另一端与所述伸缩电缆装置连接。

其中，所述可调扭矩接线盘副设置在所述收卷滚筒的一端上，并且所述可调扭矩接线盘副包括：主动接线盘和从动接线盘；所述主动接线盘和从动接线盘通过轴连接，并且在所述主动接线盘和从动接线盘相接触的端面上设置有电极，所述主动接线盘端面上的电极连接所述引出电极，所述从动接线盘端面上的电极连接所述电缆线。

其中，所述主动接线盘的一个端面上还设置有第一正极导电环、第一负极导电环、第一绝缘摩擦片；所述从动接线盘与所述主动接线盘相接触的端面上设置有第二正极导电环、第二负极导电环、第二绝缘摩擦片，所述第一正极导电环与所述第二正极导电环摩擦连接，所述第一负极导电环与所述第二负极导电环摩擦连接，所述第一绝缘摩擦片与所述第二绝缘摩擦片摩擦连接，所述第一正极导电环、第一负极导电环连接所述引出电极，所述第二正极导电环、第二负极导电环连接所述电缆线。

其中，在所述主动接线盘的端面上，所述连接轴位于中心位置，依次向外设置所述第一正极导电环、第一负极导电环及第一绝缘摩擦片；在所述从动接线盘的端面上，所述孔位于中心位置，依次向外设置所述第一正极导电环、第二负极导电环及第一绝缘摩擦片。

其中，所述收卷滚筒与电缆的接触面上设置有至少两道磁性环；并且，所述伸缩电缆装置还包括：位置传感器，该位置传感器与车辆动力系统中的车载控制器相连，所述位置传感器用于检测所述收卷滚筒的磁性环，并向所述车载控制器发出报警信号。

采用上述方案，本实用新型通过分流器和电能输送网络，使很多车辆可共用一套动力系统，各车工况不一致，回收的能量可以被其它车利用，既节省了能源，又提高了系统利用率。而且不需要车载储能系统，减轻了车辆自重，减少了车辆自身的耗能，提高了能量利用率，减低了成本，大大减少了储能系统报废时产生的二次污染。

附图说明

图1是传统燃油车动力系统组成示意图；

图2是由电机、动力电池组、控制系统组成的纯电动动力系统示意图；

图3是本实用新型的新型场地车用纯电动动力系统示意图；

图4是本实用新型的伸缩电缆装置安装在车辆上的示意图；

图5是伸缩电缆装置结构示意图；

图6是伸缩电缆装置的主动接线盘的结构示意图；

图7时伸缩电缆装置的从动接线盘的结构示意图。

具体实施方式

如图3所示，本实用新型提供了一种场地车专用的纯电动动力牵引系统。下面以主要应用于驾校倒桩练习用车的动力系统上为例，对本实用新型的技术方案进行详细说明。

如图3所示，本实施例所提供的动力系统包括以下几个主要部分：

(1)电网接入装置200，用于从电网接入电能，电网就是现有技术中常用的输电设备，通常民用电压为220V的交流电；

(2)整流器210，用于将电网接入装置200输出的交流电转换为直流电输出，其功率根据需要来确定；

(3)分流器230，用于将整流器210输出的一路直流电分成多路直流电输出；

(4)电能输送网络240，用于为分流器230输出的多路直流电提供输送通道；

(5)伸缩电缆装置260(参见图4)，其安装在车辆上，用于从电能输送网络240获取直流电，并将获取的直流电提供给车辆动力系统250。这里所说的车辆动力系统250包括车载控制器、电机、离合器、变速箱，车载控制器通过控制电机运作来驱动车轮运行。

由上述五个部分组成的动力牵引系统，可以直接从电网获取电能，然后供应给所需要的车辆，使其在小范围内运动，其无污染、效率高、成本低、而且不需要在车辆上安装储能系统，降低了车辆的采购成本、减轻了车重。

上述分流器230，主要是将单路电流分成多路电流的装置，其最简单的做法就是设计一块接线板，其上设置有一输入端连接整流器210的输出端，多个输出端分别通过电能输送网络240连接各个场地车，为场地车的车辆动力系统250提供电能。分流器是根据直流电流通过电阻时在电阻两端产生电压的原理制成，其具有锰镍铜合金电阻棒和铜带，并镀有镍层，根据不同的要求可以设定不同电流输出值。本实施例所使用的分流器带有保护装置，其具有过流、漏电保护功能，工作原理与市场上销售的“空气开关”相同。上述电能输送网络240主要由电缆和支架构成，其可以通过支架架设在空中，并将分流器230安装在电能输送网络240上，便于车辆从电能输送网络获取电能。

如图3所示，在上述五个部分的基础上，本实施例的动力系统还可包括一储能装置220，其可以为大电容、或者可充电蓄电池。储能装置220可设置在整流器210和分流器230之间，用于依次通过所述伸缩电缆装置、电能输送网络240和分流器230获取车辆动力系统250反馈的制动电能，并存储。基于储能装置，本实施例动力系统的工作原理如下：通过整流器210将将场地电网的交流电源整流成为直流电源，并将电压降到48V～72V，然后，整流后的直流电源分为两路：

其中，一路通过电缆输送到分流器，分流器带有保护装置，保护装置保证动力系统不会因其中一台车辆出现故障而影响其它车辆的正常工作，电能通过连接到分流器的输送电缆将电能输送到车辆上的车载控制器，车载控制器根据车辆运行、空调、液压附件功率需求分配能量，保证车辆的正常工作，并在车辆制动时，将制动能量通过电机转换为交流电，再通过车载控制器转换为直流电，储存在储能装置220中；

另一路在储能装置220储存的能量不足时，给储能装置220补充能量，并在电网断电时，为车辆提供能量。当车辆进入减速状态时，通过驱动电机将车辆的动能转换为电能贮存在贮能装置220中，引起贮能装置的剩余电量SOC升高，而当其他车辆处于运行状态时，控制系统根据储能装置的剩余电量SOC的高低决定是否向车辆动力系统供电或电网向储能装置充电，如果储能装置的SOC很高，控制系统会先消耗一部分储能装置能量，使SOC降低一些；如果储能装置SOC较低，控制系统会发出指令电网向储能装置充电；当储能装置SOC既不高有不低时，车辆行进时只由电网供电，除能装置无电流流进与流出。

从图3可见，整个动力系统共用一个储能装置，而且电网接入装置200、整流器210、储能装置220可安装在地面上，相对于图2所示的动力系统，储能装置220不用再在每一辆车上都安装一个，多辆车可以共用一个储能装置，减轻了车重，并且也降低了动力电池的采购成本。

如图4所示，上述伸缩电缆装置260安装在车辆的顶部，所述伸缩电缆装置260的一个接线端与电能输送网络240相连，伸缩电缆装置260的另一个接线端与车辆车载控制器的电源输入端相连，用于从电能输送网络240获取车辆所需要的电能。

如图5所示，伸缩电缆装置210包括：收卷滚筒261、收卷电机262、用于控制收卷电机262工作的电机控制器，张力传感器263和安装支架264；安装支架264固定在车辆上，收卷电机262固定在安装支架264上；收卷滚筒261上设置有可调扭矩接线盘副265，收卷电机262的电机轴固定连接可调扭矩接线盘副265上设置的连接轴；收卷滚筒261上缠绕有电缆线，该电缆线连接电能输送网络240；可调扭矩接线盘副265设置有一引出电极，该电极连接车辆车载控制器的电源输入端，张力传感器263用于检测所述电缆的张力，当张力超出设定值时，向所述电机控制器发出用于控制收卷电机262停止转动的控制信号。如图6和图7所示，可调扭矩接线盘副265设置在收卷滚筒261的一端上，并且可调扭矩接线盘副265包括：主动接线盘266和从动接线盘267；所述主动接线盘266和从动接线盘267通过轴连接，并且在所述主动接线盘266和从动接线盘267相接触的端面上设置有电极，所述主动接线盘266端面上的电极连接所述引出电极，所述从动接线盘267端面上的电极连接所述电缆线。

如图5至图7所示，上述主动接线盘266和从动接线盘267的连接方式可以是：从动接线盘267的中间设置有孔307，并在所述孔307中设置有一弹簧元件300；所述主动接线盘266一个端面上设置的连接轴286插入所述从动接线盘267的孔内，并使弹簧元件300套装在连接轴286上，在收卷滚筒261的另一端通过紧固件301(如压紧螺母)使所述主动接线盘266和从动接线盘267连接在一起，改变螺母压紧力便可以改变主动盘与从动盘之间的扭矩，这里的弹簧元件300可以是蝶形弹簧。主动接线盘266是一个固定盘，从动接线盘267是一个可以转动的盘。电网电源通过电缆线传递到从动接线盘267的电极上，再传递到与从动接线盘267电极相接触的主动接线盘266的电极上，主动接线盘266接车载控制系统，直流电分为正极与负极，所以此处电极如下述内容，可以分为正极导电环和负极导电环。

如图6所示，主动接线盘266的一个端面上还设置有第一正极导电环276、第一负极导电环296、第一绝缘摩擦片306；对应的，如图7所示，从动接线盘267的一个端面上也设置有第二正极导电环277、第二负极导电环287、第二绝缘摩擦片297，主动接线盘266端面上的第一正极导电环276与从动接线盘267端面上的第二正极导电环277摩擦连接，主动接线盘266端面上的第一负极导电环296与从动接线盘267端面上的第二负极导电环287摩擦连接，第一绝缘摩擦片306与第二绝缘摩擦片297摩擦连接，并且所述第一正极导电环276、第一负极导电环296连接所述引出电极，所述第二正极导电环277、第二负极导电环296连接所述电缆线。在主动接线盘266的端面上，连接轴286位于中心位置，依次向外设置有第一正极导电环276、第一负极导电环296及第一绝缘摩擦片306；同理，在从动接线盘267的端面上，孔307位于中心位置，依次向外设置有第一正极导电环276、第二负极导电环287及第一绝缘摩擦片306。这里摩擦片的设置是为了保证放出电缆线时具有有一定的阻力，使电缆线具有一定的张力。摩擦片要安装在正极与负极之间，因此摩擦片也必须是绝缘，避免正极与负极短路。

上述伸缩电缆装置210的工作原理是这样的：当收卷电机转动时，主动接线盘随收卷电机一同转动，当张力传感器检测到电缆张力等于或大于设定值时，收卷电机停止转动，伸缩电缆装置210带有极限距离保护装置，避免车辆驶出规定范围拉断输送电缆。这里所说的极限距离保护装置是指图5中的位置传感器268，在电缆靠近连接收卷滚筒261的一端制作有至少两道磁性环，当放出的电缆较长时，第一道磁性环被位置传感器268检测到，表明电缆线已经快放完，位置传感器268发信号给车载控制器，车载控制器会点亮一盏红色警告灯，发出二级报警信号，提醒驾驶员注意行驶距离；如果位置传感器268检测到第二道磁性环，位置传感器发出紧急指令给车载控制器，即一级报警信号给车载控制器，用以立即切断电源并紧急刹车。

综上所述，在驾校倒桩练习用车使用的场地附近的工业配电箱中引出线安装整流器，把220V或380V交流整流为48V或72V直流电，然后将储能系统并联在整流器的输出端上，整流器的输出端与电源输送网络连接。根据车辆需要运行的区域大小，架设电源输送网络，电源输送网络由多根绝缘立柱以及用于固定所述导电排的多根绝缘立柱组成，在导电排上安装了带短路、过载、漏电保护功能的电路保护装置，以及方便接线的、可以转动的接线端子，该接线端子与输送电缆线的一端相连，输送电缆线的另一端与车载上的伸缩电缆装置连接。车辆行驶时，输送电缆从导电排上将电能输送到车载控制器上供车辆使用，车辆制动时，能量回收，输送电缆将电能从控制器上输送到导电排给储能系统充电。当车辆驶离导电排时，电缆张力变大，产生的扭矩大于主动接线盘与从动接线盘之间的摩擦扭矩而打滑，伸缩电缆装置自动放出电缆；而当车辆驶向导电排时，张力传感器检测到电缆的张力小于设定值，张力传感器发出指令给收卷电机，收卷电机转动，收卷电缆。并且，在伸缩电缆装置还具有电缆极限长度限制功能，当车辆运行到规定区域边界时伸缩电缆装置会发送二级报警信号给控制器，控制器会提醒驾驶员注意，当车辆运驶出边界时，伸缩电缆装置又可以发送一级报警信号给车载控制器，车载控制器会自动切断电源并自动刹车。

与现有技术中由电机、动力电池组、控制系统组合取代燃油发动机的技术方案相比，本实用新型具有以下优点：

A、通过分流器和电能输送网络，使很多车辆可共用一套系统，各车工况不一致，回收的能量可以被其它车利用。车辆减速时，通过驱动电机将该车辆的动能转换为电能贮存在储能装置中，当其他车辆处于运行状态时，系统电压下降，高电压自动向低电压输送能量。这样做既节省了能源，又提高了系统利用率。

B、动力系统虽然是多车使用，但储能系统仍然只需要很小，只需要能够储存车辆制动时回收的能量即可。

C、不需要车载储能系统，减轻了车辆自重，减少了车辆自身的耗能，提高了能量利用率，减低了成本，大大减少了储能系统报废时产生的二次污染。

D、将高压电源降低为低压电源，通过输送电缆输送到车载控制器上，安全、方便、操作简单。

E、通过简单的改装车辆，即可获得本实用新型的动力牵引系统，而不需要完全改变驾驶习惯。

应当理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本实用新型所附权利要求的保护范围。

Claims (10)

1、一种场地车用电力牵引系统，其特征在于，所述电力牵引系统包括：

电网接入装置，用于从电网接入电能；

整流器，用于将所述电网接入装置输出的交流电转换为直流电输出；

分流器，用于将所述整流器输出的一路直流电分成多路直流电输出；

电能输送网络，用于为所述分流器输出的多路直流电提供输送通道；及

伸缩电缆装置，其安装在车辆上，用于从所述电能输送网络获取直流电，并将获取的直流电提供给车辆动力系统。

2、根据权利要求1所述的电力牵引系统，其特征在于，所述电力牵引系统还包括：储能装置；

所述储能装置设置在所述整流器和分流器之间，用于依次通过所述伸缩电缆装置、电能输送网络和分流器获取车辆动力系统反馈的制动电能，并存储。

3、根据权利要求1所述的电力牵引系统，其特征在于，所述电能输送网络架设在空中，并且所述分流器安装在电能输送网络上。

4、根据权利要求1、2或3所述的电力牵引系统，其特征在于，所述伸缩电缆装置安装在车辆的顶部，所述伸缩电缆装置的一个接线端与所述电能输送网络相连，所述伸缩电缆装置的另一个接线端与车辆车载控制器的电源输入端相连。

5、根据权利要求4所述的电力牵引系统，其特征在于，所述伸缩电缆装置包括：收卷滚筒、收卷电机、用于控制所述收卷电机工作的电机控制器、张力传感器和安装支架；

所述安装支架固定在车辆上，所述收卷电机固定在所述安装支架上；

所述收卷滚筒上设置有可调扭矩接线盘副，所述收卷电机的电机轴固定连接所述可调扭矩接线盘副上设置的连接轴；所述收卷滚筒上缠绕有电缆线，该电缆线连接所述电能输送网络；所述可调扭矩接线盘副设置有一引出电极，该电极连接车辆车载控制器的电源输入端；

所述张力传感器用于检测所述电缆的张力，当张力超出设定值时，向所述电机控制器发出用于控制所述收卷电机停止转动的控制信号。

6、根据权利要求5所述的电力牵引系统，其特征在于，所述可调扭矩接线盘副设置在所述收卷滚筒的一端上，并且所述可调扭矩接线盘副包括：主动接线盘和从动接线盘；所述主动接线盘和从动接线盘通过轴连接，并且在所述主动接线盘和从动接线盘相接触的端面上设置有电极，所述主动接线盘端面上的电极连接所述引出电极，所述从动接线盘端面上的电极连接所述电缆线。

7、根据权利要求6所述的电力牵引系统，其特征在于，所述主动接线盘的一个端面上还设置有第一正极导电环、第一负极导电环、第一绝缘摩擦片；所述从动接线盘与所述主动接线盘相接触的端面上设置有第二正极导电环、第二负极导电环、第二绝缘摩擦片，所述第一正极导电环与所述第二正极导电环摩擦连接，所述第一负极导电环与所述第二负极导电环摩擦连接，所述第一绝缘摩擦片与所述第二绝缘摩擦片摩擦连接，所述第一正极导电环、第一负极导电环连接所述引出电极，所述第二正极导电环、第二负极导电环连接所述电缆线。

8、根据权利要求7所述的电力牵引系统，其特征在于，在所述主动接线盘的端面上，所述连接轴位于中心位置，依次向外设置所述第一正极导电环、第一负极导电环及第一绝缘摩擦片；

在所述从动接线盘的端面上，所述孔位于中心位置，依次向外设置所述第一正极导电环、第二负极导电环及第一绝缘摩擦片。

9、根据权利要求5所述的电力牵引系统，其特征在于，所述收卷滚筒与电缆的接触面上设置有至少两道磁性环；并且，所述伸缩电缆装置还包括：位置传感器，该位置传感器与车辆动力系统中的车载控制器相连，所述位置传感器用于检测所述收卷滚筒的磁性环，并向所述车载控制器发出报警信号。

10、根据权利要求4所述的电力牵引系统，其特征在于，所述电源输送网络包括带表层绝缘的导电排、及用于固定所述导电排的多根绝缘立柱，在所述导电排上安装有带短路、过载、漏电保护功能的电路保护装置，所述导电排上还设置有可转动的接线端子，该接线端子与电能输送用电缆线的一端相连，该电缆线的另一端与所述伸缩电缆装置连接。

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