CN204821195U - 磁悬浮系统及其悬浮控制器 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及磁悬浮系统及其悬浮控制器。具体地，本实用新型提供一种悬浮控制器，用于将输入直流电源转换为供向外部悬浮电磁部件所需要的直流电源。悬浮控制器包括限定有容纳腔的箱体和位于容纳腔中的主电路组件和控制电路组件。箱体内设置有隔板，该隔板将容纳腔分隔为分别用于容装主电路组件和控制电路组件的两个区域，以使得主电路组件和控制电路组件隔离布置，从而实现主电路组件和控制组件的电气隔离，避免二者之间产生电磁干扰。本实用新型还提供一种磁悬浮系统，包括悬浮电磁部件和用于将输入直流电源转换为供向悬浮电磁部件所需要的直流电源的悬浮控制器。

Description

磁悬浮系统及其悬浮控制器

技术领域

本实用新型涉及磁悬浮技术，特别是涉及一种磁悬浮系统及其悬浮控制器。

背景技术

磁悬浮列车与轮轨列车本质的区别就是具有悬浮控制系统，使其能够脱离轨道运行。外部传感器测量悬浮间隙、电磁铁运动的加速度信号输入悬浮控制器，悬浮控制器中的传感器检测电磁铁中流过的电流信号，悬浮控制器中的悬浮处理器根据输入的传感器信号和电流信号计算出合适的控制指令，而悬浮斩波器是悬浮控制器的执行机构，其根据输入控制指令通过改变加在悬浮电磁铁两端的有效电压的方法来改变悬浮电磁铁的电流，从而调节悬浮电磁铁对钢制导轨的吸引力，使列车稳定悬浮。悬浮斩波器本质上就是一种DC/DC变换器，它的作用就是能够按照输入的控制指令输出合适的有效电压，同时悬浮斩波器的负载是具有很大电感量的悬浮电磁铁。悬浮控制器是悬浮斩波器的物理实现，悬浮控制器中还包括输入输出部分和控制部分。由此可见，悬浮控制器是磁悬浮列车的一个重要环节，直接影响列车的悬浮效果。

现有的悬浮控制器中的电子元器件多且布置杂乱，电子元器件之间间隔距离小，主电路组件(例如强电器件)和控制电路组件(例如弱电器件)之间的相互干扰大，严重影响悬浮控制器的性能和工作稳定性。并且悬浮控制器内的元器件多，发热量高，散热效果不理想，引起箱体内温度过高，电子元器件及电路板工作不稳定，影响输出精度。

实用新型内容

本实用新型第一方面的一个目的旨在克服现有技术中的至少一个缺陷，提供一种悬浮控制器，其通过隔板将主电路组件和控制电路组件隔离布置，从而避免电磁干扰，保证悬浮控制器的工作性能。

本实用新型第一方面的另一个目的是增强悬浮控制器的散热效果。

本实用新型第一方面的又一个目的是缩短主电路的输入输出连接线，避免造成电磁干扰。

本实用新型第二方面的一个目的是提供一种磁悬浮系统。

根据本实用新型的第一方面，本实用新型提供一种悬浮控制器，用于将输入直流电源转换为供向外部悬浮电磁部件所需要的直流电源，所述悬浮控制器包括限定有容纳腔的箱体和位于所述容纳腔中的主电路组件和控制电路组件，其中，所述箱体内设置有隔板，所述隔板将所述容纳腔分隔为分别用于容装所述主电路组件和所述控制电路组件的两个区域，以使得所述主电路组件和所述控制电路组件隔离布置。

可选地，所述箱体呈长方体；且

所述悬浮控制器还包括：用于接入所述输入直流电源的第一电源端子和用于向所述悬浮电磁部件供出直流电源的第二电源端子，且所述第一电源端子和所述第二电源端子设置在相邻于所述主电路组件的箱体侧壁上。

可选地，所述悬浮控制器还包括用于获取外部控制信号的控制信号端子，所述控制信号端子设置在相邻于所述控制电路组件的箱体侧壁上、且与所述控制电路组件电连接。

可选地，所述主电路组件包括IGBT模块、输出电抗、快速熔断器、接触器和滤波器；且

所述控制电路组件包括主控板和控制电源。

可选地，所述悬浮控制器还包括：

具有基板和散热翅片的散热器，且所述基板形成所述箱体的至少部分后壁，所述散热翅片垂直于所述基板并朝远离所述箱体的方向延伸。

可选地，所述IGBT模块、所述输出电抗和所述控制电源分别紧贴所述散热器的所述基板。

可选地，所述隔板平行于所述箱体的两个侧壁，以使所述容纳腔内形成的两个区域在垂直于所述两个侧壁的方向上侧向相邻。

可选地，所述主电路组件还包括多个沿垂直于所述两个侧壁的方向排列的电解电容，每个所述电解电容垂直地安装于所述箱体的底壁上。

可选地，所述主控板和所述控制电源在所述容纳腔的其中一个区域内前后布置，所述IGBT模块和所述快速熔断器位于所述容纳腔的另一个区域的上部，所述电解电容、所述输出电抗、所述接触器和所述滤波器位于所述另一个区域的下部，所述电解电容和所述输出电抗前后布置；且

所述滤波器安装在所述箱体的设置有所述第一电源端子和所述第二电源端子的侧壁内表面，所述接触器位于所述电解电容和所述滤波器之间，所述快速熔断器邻近所述箱体的设置有所述第一电源端子和所述第二电源端子的侧壁。

根据本发明的第二方面，本发明还提供一种磁悬浮系统，包括悬浮电磁部件和用于将输入直流电源转换为供向所述悬浮电磁部件所需要的直流电源的上述任一所述的悬浮控制器。

本实用新型的磁悬浮系统及其悬浮控制器中，由于悬浮控制器的箱体内设有隔板，该隔板可将箱体内的容纳腔分隔为两个区域，以分别用于容装主电路组件和控制电路组件，因此，主电路组件和控制电路组件可在容纳腔内隔离布置，从而实现强弱电部件之间的电气隔离，避免二者之间的电磁干扰，保证悬浮控制器的工作性能和稳定性。

进一步地，在本实用新型的磁悬浮系统及其悬浮控制器中，由于散热器的散热翅片垂直于散热器的基板并朝远离箱体的方向延伸，且IGBT模块、输出电抗和控制电源分别紧贴散热器的基板，因此，IGBT模块、输出电抗和控制电源在散热翅片的延伸方向上不重叠，有利于散发每个部件产生的热量，由此提高了悬浮控制器整体的散热效率。

进一步地，在本实用新型的磁悬浮系统及其悬浮控制器中，由于滤波器安装在箱体的设置有第一电源端子和第二电源端子的侧壁内表面，接触器位于电解电容和滤波器之间，快速熔断器邻近箱体的设置有第一电源端子和第二电源端子的侧壁，因此，用于外接输入直流电源的第一电源端子可用最短的连接线与滤波器电连接，用于输出直流电源的第二电源端子可用最短的连接线与输出电抗电连接，保证悬浮控制器内的器件均以最短的连接路径布置，缩短了功率线的走线路径，避免存在功率线环线现象而引起电磁干扰。

根据下文结合附图对本实用新型具体实施例的详细描述，本领域技术人员将会更加明了本实用新型的上述以及其他目的、优点和特征。

附图说明

后文将参照附图以示例性而非限制性的方式详细描述本实用新型的一些具体实施例。附图中相同的附图标记标示了相同或类似的部件或部分。本领域技术人员应该理解，这些附图未必是按比例绘制的。附图中：

图1是根据本实用新型一个实施例的悬浮控制器的示意性结构图；

图2是根据本实用新型一个实施例的悬浮控制器去掉其前壁的示意性结构图；

图3是根据本实用新型一个实施例的悬浮控制器去掉其前壁和底壁的示意性结构图；

图4是根据本实用新型一个实施例的悬浮控制器另一方位的示意性结构图；

图5是根据本实用新型一个实施例的悬浮控制器去掉其散热器和风机的示意性结构图；

图6是根据本实用新型一个实施例的悬浮控制器的主电路组件的电路原理图；

图7是根据本实用新型一个实施例的磁悬浮系统的模块框图。

具体实施方式

图1是根据本实用新型一个实施例的悬浮控制器的示意性结构图，图2是根据本实用新型一个实施例的悬浮控制器去掉其前壁的示意性结构图，图3是根据本实用新型一个实施例的悬浮控制器去掉其前壁和底壁的示意性结构图。悬浮控制器10用于将输入直流电源转换为供向外部悬浮电磁部件所需要的直流电源，以通过控制输入至外部悬浮电磁部件的电流控制其悬浮状态。该悬浮电磁部件可以为电磁铁等磁性部件。悬浮控制器10包括限定有容纳腔的箱体11和位于容纳腔中的主电路组件和控制电路组件。一般地，本领域技术人员应理解，主电路组件中的部件可为悬浮控制器10的强电器件，控制电路组件中的部件可为悬浮控制器10的弱电器件。特别地，箱体11内还设置有隔板111，隔板111将容纳腔分隔为分别用于容装主电路组件和控制电路组件的两个区域，以使得主电路组件和控制电路组件在容纳腔内分开隔离布置。也就是说，隔板111和箱体11之间限定出两个相互隔离的区域，主电路组件位于其中一个区域内，控制电路组件位于另一个区域内。隔板111可以有效地屏蔽悬浮控制器10中的功率器件的强电磁干扰，实现了强弱电部件之间的电气隔离，避免二者之间的电磁干扰，保证悬浮控制器10的工作性能和稳定性。悬浮控制器10中的功率器件为功率较大、能够产生较强电磁场的器件。

具体地，图1中箭头OX所指方向为悬浮控制器10的前面，与箭头OX所指方向相反的方向为悬浮控制器10的后面；图1中箭头OY所指方向为悬浮控制器10的顶面，与箭头OY所指方向相反的方向为悬浮控制器10的底面；图1中箭头OZ所指方向为悬浮控制器10的一个侧面，与箭头OZ所指方向相反的方向为悬浮控制器10的另一个侧面。根据以上方位的限定，在本实用新型实施例中，悬浮控制器10的箱体11可大致呈长方体，其可包括前壁11a、后壁、顶壁11b、底壁11c和两个侧壁。

进一步地，悬浮控制器10还包括用于接入来自外部的输入直流电源的第一电源端子161和用于向外部悬浮电磁部件供出直流电源的第二电源端子162。第一电源端子161和第二电源端子162设置在相邻于主电路组件的箱体侧壁上，以便与主电路组件进行电连接。具体地，第一电源端子161可为用于连接外部电源的电源信号输入端子，第二电源端子162可为输出转换后的直流电源的电源信号输出端子。在本实用新型的一些实施例中，悬浮控制器10可包括一个第一电源端子161和两个第二电源端子162，以输出两路直流电源，为外部悬浮电磁部件提供两个悬浮点。

在本实用新型的一些实施例中，悬浮控制器10还包括用于获取外部控制信号的控制信号端子171和与外部系统的CAN通信端口、网络通信端口连接的通信端子(图中未示出)，控制信号端子171和通信端子设置在相邻于控制电路组件的箱体侧壁上、且与控制电路组件电连接。也就是说，控制信号端子171、通信端子和第一电源端子161、第二电源端子162分别设置在箱体11的两个相对的侧壁上。具体地，第一电源端子161和第二电源端子162可嵌设在相邻于主电路组件的箱体侧壁上。控制信号端子171和通信端子可嵌设在相邻于控制电路组件的箱体侧壁上。第一电源端子161、第二电源端子162、控制信号端子171和通信端子可具体为重载插接件。外部控制信号可以为通过外部传感器检测到的悬浮间隙和/或悬浮电磁部件运动的加速度等。

参见图2和图3，在本实用新型的一些实施例中，主电路组件包括IGBT模块125(绝缘栅双极型晶体管)、输出电抗126、快速熔断器123(通常也称为快熔)、接触器122和滤波器121。控制电路组件包括主控板131和控制电源132。主电路组件和控制电路组件中的各部件可通过支撑件和螺钉等连接件固定在箱体11的相应壁面上。

在本实用新型的一些实施例中，隔板111可平行于箱体11的两个侧壁，以使箱体11的容纳腔内形成的两个区域在垂直于该两个侧壁的方向上侧向相邻。也就是说，隔板111在容纳腔内沿箱体11的前后方向延伸，从而将容纳腔分隔为在左右的侧向上相邻的两个区域。具体地，控制电路组件可设置在位于容纳腔左侧的一个区域内，主电路组件可设置在位于容纳腔右侧的另一个区域内。与主电路组件相邻的箱体侧壁即为箱体11的右侧壁11d，与控制电路组件相邻的箱体侧壁即为箱体11的左侧壁11e。也就是说，第一电源端子161和第二电源端子162设置在箱体11的右侧壁11d上，控制信号端子171和通信端子设置在箱体11的左侧壁11e上。本领域技术人员应理解，在本实用新型其他的实施方式中，主电路组件和控制电路组件在容纳腔中的位置可以互换，此时，第一电源端子161和第二电源端子162与控制信号端子171和通信端子的位置也互换。

进一步地，主电路组件还包括多个沿垂直于箱体11的两个侧壁的方向排列的电解电容124，每个电解电容124垂直地安装于箱体11的底壁11c上。具体地，本实用新型实施例中主电路组件可包括4个电解电容124。其中，滤波器121、接触器122和快速熔断器123形成了悬浮控制器10的至少部分输入输出模块，IGBT模块125、输出电抗126和电解电容124形成了悬浮控制器10的至少部分斩波模块，主控板131和控制电源132形成了悬浮控制器10的至少部分控制模块。电解电容124的质量较重，将其垂直地安装于底壁11c上，一方面可以通过具有较大强度的底壁11c支撑电解电容124，另一方面还可避免悬浮控制器10在移动过程中产生振动对元器件造成机械损坏。

图4是根据本实用新型一个实施例的悬浮控制器另一方位的示意性结构图，参见图3和图4，在本实用新型的一些实施例中，悬浮控制器10还包括具有基板141和散热翅片142的散热器14，且基板141形成箱体11的至少部分后壁，散热翅片142垂直于基板141并朝远离箱体11的方向延伸。具体地，基板141固定在箱体11的后侧，其大小与箱体前壁11a的大小相当，以与箱体11的其他壁面共同限定成箱体11的容纳腔。散热翅片142由基板141的朝向箱体11外部的端面引出，并垂直于基板141朝箱体11的后面延伸。

进一步地，散热器14还具有包覆于散热翅片142外部边缘的壳体143，壳体143的中间开设有安装孔(图中未示出)。悬浮控制器10还包括安装在壳体143的安装孔中的风机15，以提高悬浮控制器10的散热效果。

图5是根据本实用新型一个实施例的悬浮控制器去掉其散热器和风机的示意性结构图，参见图4和图5，IGBT模块125、输出电抗126和控制电源132分别紧贴散热器14的基板141。也即是说，IGBT模块125、输出电抗126和控制电源132在基板141上的投影分别位于基板141的不相重叠或覆盖的区域内，换句话说，IGBT模块125、输出电抗126和控制电源132在基板141上的投影不重叠、无覆盖。由此，发热量较大的IGBT模块125、输出电抗126和控制电源132在散热翅片142的延伸方向上不重叠，每个部件产生的热量均能够直接地传递至散热器14的基板141上，不需要借助于其他传热部件或通过空气扩散，有利于散发每个部件产生的热量，进一步提高了悬浮控制器10的散热效率。

在本实用新型的一些实施例中，参见图2至图5，主控板131和控制电源132在容纳腔的其中一个区域内前后设置，IGBT模块125和快速熔断器123位于容纳腔的另一个区域的上部，电解电容124、输出电抗126、接触器122和滤波器121位于另一个区域的下部，电解电容124和输出电抗126前后布置。也就是说，在容纳腔的另一个区域(例如位于容纳腔右侧的一个区域)的上部，IGBT模块125和快速熔断器123从左至右(此处所称的从左至右是以图1为基准而言的)依次设置，在容纳腔的另一个区域的下部，电解电容124、接触器122和滤波器121从左至右(此处所称的从左至右是以图1为基准而言的)依次设置。由此，主电路组件中的各个部件均布置成使部件之间的连接线最短，从而避免功率线存在环路情况，缩短了功率线的走线路径，避免造成电磁干扰。

进一步地，滤波器121可安装在箱体11的设置有第一电源端子161和第二电源端子162的侧壁内表面，接触器122位于电解电容124和滤波器121之间，快速熔断器123邻近箱体11的设置有第一电源端子161和第二电源端子162的侧壁。具体地，滤波器121可固定在箱体11的右侧壁11d上，快速熔断器123可邻近箱体11的右侧壁11d设置。由此，用于外接输入直流电源的第一电源端子161可用最短的连接线与滤波器121电连接，用于输出直流电源的第二电源端子162可用最短的连接线与输出电抗126电连接，保证悬浮控制器10内的器件均以最短的连接路径布置，进一步缩短了功率线的走线路径，以进一步避免存在功率线环线现象而引起电磁干扰。

图6是根据本实用新型一个实施例的悬浮控制器的主电路组件的电路原理图，第一电源端子P1的输入端用于接入外部的输入直流电源，第一电源端子P1的输出端与滤波器LF电连接。滤波器LF对电源线中特定频率(例如悬浮电磁部件所需要的频率)之外的频率进行滤除，从而得到一个特定频率的电源信号。滤波器LF的输出端与接触器KM连接，从而将特定频率的电源信号输入接触器KM。接触器KM利用其线圈中流过的电流产生磁场，从而使其触头闭合，以控制负载。接触器KM的输出端与快速熔断器F1、F2连接，快速熔断器F1与快速熔断器F2并联。快速熔断器F1的另一端与IGBT模块VT1连接，快速熔断器F2的另一端与IGBT模块VT2连接。IGBT模块VT1的两个输出端分别连接有输出电抗L1和输出电抗L2，输出电抗L1、L2的另一端与其中一个第二电源端子P2连接。IGBT模块VT2的两个输出端分别连接有输出电抗L3和输出电抗L4，输出电抗L3、L4的另一端与另一个第二电源端子P3连接。IGBT模块VT1的两个输入端之间连接有电解电容E1，IGBT模块VT2的两个输入端之间连接有电解电容E2。第二电源端子P2、P3可直接连接负载，例如悬浮电磁部件。

本领域技术人员应理解，在图6所示的电路原理图中，第一电源端子P1的实物体现可以为图1至图5中的第一电源端子161，第二电源端子P2和P3的实物体现可以为图1至图5中的第二电源端子162，滤波器LF的实物体现可以为图1至图5中的滤波器121，接触器KM的实物体现可以为图1至图5中的接触器122，快速熔断器F1、F2的实物体现可以为图1至图5中的快速熔断器123，电解电容E1、E2的实物体现可以为图1至图5中的电解电容124，IGBT模块VT1、VT2的实物体现可以为图1至图5中的IGBT模块125，输出电抗L1、L2、L3、L4的实物体现可以为图1至图5中的输出电抗126。

基于上述实施例提供的悬浮控制箱10，本实用新型还提供一种磁悬浮系统1。图7是根据本实用新型一个实施例的磁悬浮系统的模块框图，磁悬浮系统1包括悬浮电磁部件20和用于将输入直流电源转换为供向悬浮电磁部件20所需要的直流电源的上述任意所描述的悬浮控制器10。本领域技术人员应理解，本实用新型实施例所涉及的磁悬浮系统1可以为磁悬浮列车、磁悬浮实验装置或磁悬浮传输设备等利用磁悬浮技术的系统。

本领域技术人员应理解，本实用新型实施例中所称的“上”、“下”、“前”、“后”、“顶”、“底”、“竖直”、“横向”、“长度”、“高度”、“宽度”、“厚度”等用于表示方位或位置关系的用语是以特定的附图为基准而言的，这些用语仅是为了便于描述和理解本实用新型的技术方案，而不是指示或暗示所指的装置或不见必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。

至此，本领域技术人员应认识到，虽然本文已详尽示出和描述了本实用新型的多个示例性实施例，但是，在不脱离本实用新型精神和范围的情况下，仍可根据本实用新型公开的内容直接确定或推导出符合本实用新型原理的许多其他变型或修改。因此，本实用新型的范围应被理解和认定为覆盖了所有这些其他变型或修改。

Claims (10)

1.一种悬浮控制器，用于将输入直流电源转换为供向外部悬浮电磁部件所需要的直流电源，其特征在于，所述悬浮控制器包括限定有容纳腔的箱体和位于所述容纳腔中的主电路组件和控制电路组件，其中，

所述箱体内设置有隔板，所述隔板将所述容纳腔分隔为分别用于容装所述主电路组件和所述控制电路组件的两个区域，以使得所述主电路组件和所述控制电路组件隔离布置。

2.根据权利要求1所述的悬浮控制器，其特征在于，

所述箱体呈长方体；且

所述悬浮控制器还包括：用于接入所述输入直流电源的第一电源端子和用于向所述悬浮电磁部件供出直流电源的第二电源端子，且所述第一电源端子和所述第二电源端子设置在相邻于所述主电路组件的箱体侧壁上。

3.根据权利要求2所述的悬浮控制器，其特征在于，

所述悬浮控制器还包括用于获取外部控制信号的控制信号端子，所述控制信号端子设置在相邻于所述控制电路组件的箱体侧壁上、且与所述控制电路组件电连接。

4.根据权利要求2所述的悬浮控制器，其特征在于，

所述主电路组件包括IGBT模块、输出电抗、快速熔断器、接触器和滤波器；且

所述控制电路组件包括主控板和控制电源。

5.根据权利要求4所述的悬浮控制器，其特征在于还包括：

具有基板和散热翅片的散热器，且所述基板形成所述箱体的至少部分后壁，所述散热翅片垂直于所述基板并朝远离所述箱体的方向延伸。

6.根据权利要求5所述的悬浮控制器，其特征在于，

所述IGBT模块、所述输出电抗和所述控制电源分别紧贴所述散热器的所述基板。

7.根据权利要求4所述的悬浮控制器，其特征在于，

所述隔板平行于所述箱体的两个侧壁，以使所述容纳腔内形成的两个区域在垂直于所述两个侧壁的方向上侧向相邻。

8.根据权利要求7所述的悬浮控制器，其特征在于，

所述主电路组件还包括多个沿垂直于所述两个侧壁的方向排列的电解电容，每个所述电解电容垂直地安装于所述箱体的底壁上。

9.根据权利要求8所述的悬浮控制器，其特征在于，

所述主控板和所述控制电源在所述容纳腔的其中一个区域内前后布置，所述IGBT模块和所述快速熔断器位于所述容纳腔的另一个区域的上部，所述电解电容、所述输出电抗、所述接触器和所述滤波器位于所述另一个区域的下部，所述电解电容和所述输出电抗前后布置；且

所述滤波器安装在所述箱体的设置有所述第一电源端子和所述第二电源端子的侧壁内表面，所述接触器位于所述电解电容和所述滤波器之间，所述快速熔断器邻近所述箱体的设置有所述第一电源端子和所述第二电源端子的侧壁。

10.一种磁悬浮系统，其特征在于，包括悬浮电磁部件和用于将输入直流电源转换为供向所述悬浮电磁部件所需要的直流电源的权利要求1-9任一项所述的悬浮控制器。