CN208337240U - 一种用于交通工具的无线供电系统及交通运输系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型实施例公开了一种用于交通工具的无线供电系统及交通运输系统，该无线供电系统包括：供电模块、馈电屏蔽线路和牵引无屏蔽线路；供电模块经馈电屏蔽线路为牵引无屏蔽线路提供供电电源，以使受电设备利用电磁感应原理感应供电电源，以获得电能；牵引无屏蔽线路包括至少两个块段，每个块段均相互隔离且每个块段的长度均小于供电电源电压和电流的谐振波长，减小了牵引无屏蔽线路上的电能损失，降低了电能成本，提高了无线供电的效率。

Description

一种用于交通工具的无线供电系统及交通运输系统

技术领域

本申请涉及交通运输技术领域，尤其涉及一种用于交通工具的无线供电系统及交通运输系统。

背景技术

在交通运输领域中，现有的无线供电技术利用电池感应进行，其基本原理是通过增加供电方输出电源的频率和电压，在导线中产生谐振，受电方对单导体线路进行感应，根据电磁感应效应得到向受电设备输出的电能。但是，发明人在研究中发现，由于导线在高频条件下的感应电阻较大，导致导线上的电能消耗较大，会造成电力供应的成本损失，无线供电的成本高、效率低。

实用新型内容

为了解决现有技术问题，本申请实施例提供了一种用于交通工具的无线供电系统及交通运输系统，能够减少导线上的电能损失，降低电能成本，提高供电的效率。

本申请实施例提供的一种用于交通工具的无线供电系统，包括：供电模块、馈电屏蔽线路和牵引无屏蔽线路；

所述供电模块经所述馈电屏蔽线路为所述牵引无屏蔽线路提供供电电源，以使受电设备利用电磁感应原理感应所述供电电源，以获得电能；

所述牵引无屏蔽线路包括至少两个块段，每个所述块段均相互隔离且每个所述块段的长度均小于所述供电电源电压和电流的谐振波长。

可选的，所述系统还包括至少两个辅助设施单元；

所述辅助设施单元和所述块段一一对应；

所述供电模块经所述馈电屏蔽线路还为每个所述辅助设施单元供电。

可选的，所述辅助设施单元，包括：控制模块和辅助设施；

所述控制模块，用于当所述受电设备位于对应的块段上时，控制所述供电模块为所述辅助设施供电。

可选的，所述辅助设施包括路灯、交通信号灯、摄像机、标识牌和闸门中的任意一个或多个。

可选的，所述系统还包括至少两个控制模块；

所述控制模块和所述块段一一对应，

所述控制模块，用于当所述受电设备位于对应的块段上时，控制所述供电模块经所述馈电屏蔽线路为该块段供电。

可选的，所述控制模块，包括：传感器、控制器和开关；

所述传感器，用于感应该控制模块对应的所述块段上是否有所述受电设备；

所述控制器，用于根据所述传感器的感测结果，控制所述开关导通或关断；

所述开关串联在所述馈电屏蔽线路上。

可选的，所述供电模块，包括：电源、变频器和变压器；

所述电源经所述变频器输出至所述变压器的初级线圈，所述变压器的次级线圈连接所述馈电屏蔽线路。

可选的，

所述馈电屏蔽线路均设置有屏蔽层；

所述屏蔽层包括至少两个相互独立的绝缘段，每个所述绝缘段的长度均小于所述供电电源电压和电流的谐振波长。

可选的，

所述块段的长度为谐振波长的k倍，k大于或等于0.001且k小于或等于0.1。

本申请实施例提供的一种交通运输系统，包括如上述任意实施例所述的用于交通工具的无线供电系统；该系统，还包括至少一辆交通运输工具；

每辆所述交通运输工具行驶于铺设有所述牵引无屏蔽线路的路面上，用于利用电磁感应原理感应所述块段上的谐波获得电能。

与现有技术相比，本申请至少具有以下优点：

在本申请实施例中，供电模块经馈电屏蔽线路为牵引无屏蔽线路提供谐波波长为λ的供电电源，受电方可以利用电磁感应原理，感应牵引无屏蔽线路上的谐波获得电能。由于本申请实施例将牵引无屏蔽线路划分为至少两个相互独立、相互绝缘的块段，每个块段的长度均小于供电电源电压和电流的谐振波长，减小了牵引无屏蔽线路上的电能损失，降低了电能成本，提高了无线供电的效率。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请中记载的一些实施例，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它的附图。

图1为现有的一种无线供电的交通运输系统的示意图；

图2为本申请实施例提供的一种用于交通工具的无线供电系统的结构示意图；

图3为本申请实施例提供的另一种用于交通工具的无线供电系统的结构示意图；

图4为本申请实施例提供的又一种用于交通工具的无线供电系统的结构示意图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本申请方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

为了便于理解，首先介绍本申请实施例的具体应用场景。

参见图1，该图为一种无线供电的交通运输系统的示意图。

电源1逐一经变频器3和升压变压器4与馈电屏蔽单导线路2连接。屏蔽层5覆盖馈电屏蔽单导线路2。牵引无屏蔽单导线路6与升压变压器4隔离，并铺设在行驶路面上，牵引无屏蔽单导线路6连接馈电屏蔽单导线路2。馈电屏蔽单导线路2上设置有开关9，控制器10根据传感器11的检测结果控制开关9的导通和关断。传感器11用于检测牵引无屏蔽单导线路6所铺设的行驶路面上是否有受电的交通工具7行驶。交通工具7靠近行驶路面的方向上设置有接收器13，接收器13逐一通过降压变压器14、整流器15和逆变器16后与交通工具7上的牵引电机17相连。

在工作时，电能从电源1流向变频器3，将频率增加至1-500kHz。而后，通过升压变压器4产生电流和电压的谐振振荡输出至馈电屏蔽单导线路2。当交通工具7行驶于铺设由牵引无屏蔽单导线路6的路面上时，传感器11检测到交通工具7通知控制器10，控制器10控制开关9导通，电流和电压的谐振振荡传输至牵引无屏蔽单导线路6。交通工具7驶近牵引无屏蔽单导线路6，电能逐一通过牵引无屏蔽单导线路6和接收器13形成的空气电容器、降压变压器14、整流器15以及逆变器16输入牵引电机17，为交通工具7供电。

发明人在研究中发现，电能在馈电屏蔽单导线路2不存在辐射损耗，但在牵引无屏蔽单导线路6存在辐射损耗。根据下式(1)所示的辐射损耗公式，

式中，P为辐射损耗，I_Φ为线路中有效电流密度，l为线路长度，λ为谐波波长；

当牵引无屏蔽单导线路6的长度等于谐波波长，即l＝λ时，电能在牵引无屏蔽单导线路6上的辐射损耗P₁如下式(2)，

为此，本申请实施例提供了一种用于交通工具的无线供电系统及交通运输系统，将牵引无屏蔽单导线路分为多个块段，减少每段线路的长度，不仅可以减小线路的等效电阻，减少线路上的电能损耗；还可以根据交通工具的行驶位置，仅为该位置所对应的块段供电，进一步减少了电能在牵引无屏蔽单导线路上的损耗，节约了电能和供电成本。

基于上述思想，为使本申请的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本申请的具体实施方式做详细的说明。

实施例一：

参见图2，该图为本申请实施例提供的一种用于交通工具的无线供电系统的结构示意图。

本申请实施例提供的用于交通工具的无线供电系统，包括：供电模块100、馈电屏蔽线路200和牵引无屏蔽线路300；

供电模块100经馈电屏蔽线路200为牵引无屏蔽线路300提供供电电源，以使受电设备利用电磁感应原理感应供电电源，以获得电能。

在本申请实施例中，受电设备可以是任意交通工具，如电动车、有轨电车、无轨电车、电气列车、电动自行车、电动摩托车、地铁、井下电车和其他电力运输工具等，本申请实施例对此不做具体限定。

在一些可能的实现方式中，供电模块100，具体可以包括：电源101、变频器102和变压器103；

电源101经变频器102输出至变压器103的初级线圈，变压器103的次级线圈连接馈电屏蔽线路200。

可以理解的是，电源101、变频器102和变压器103分别可以是上述内容所述的电源1、变频器3和升压变压器4，具体工作原理参见上面的说明，这里不再赘述。

在一些可能的设计中，馈电屏蔽线路200均设置有屏蔽层；屏蔽层包括至少两个相互独立的绝缘段201，每个绝缘段201的长度均小于供电电源电压和电流的谐振波长。

牵引无屏蔽线路300包括至少两个块段301，每个块段301均相互隔离且长度均小于供电电源电压和电流的谐振波长。

假设块段301的长度为kλ，k∈(0,1)，根据上式(1)可知块段301上的辐射损耗P₂如下式(3)，

相同长度的牵引无屏蔽线路300上的辐射损耗，与辐射损耗P₁相比缩小了k倍，减少了牵引无屏蔽线路300上的辐射损耗。

作为一个示例，k的取值范围可以是0.001≤k≤0.1，相应的可以将牵引无屏蔽线路300上的辐射损耗减小10-100倍。

在本申请实施例一些可能的实现方式中，参见图3，本申请实施例所提供的用于交通工具的无线供电系统，还可以包括至少两个控制模块400；

控制模块400和块段301一一对应；控制模块400，用于当受电设备位于对应的块段301上时，控制供电模块100经馈电屏蔽线路200为该块段301供电，即每个控制模块400控制一个块段301上是否有电流和电压的谐波。

在本申请实施例中，控制模块400可以独立的控制供电模块100为每个块段301提供电流和电压的谐波。根据式(3)可知，可以将牵引无屏蔽线路300上的辐射损耗减小k²倍，进一步减少了牵引无屏蔽线路300上的电能损耗。

在一些可能的设计中，继续参见图3，控制模块400，包括：传感器401、控制器402和开关403；

传感器401，用于感应该控制模块对应的块段301上是否有受电设备。

控制器402，用于根据传感器401的感测结果，控制开关403导通或关断。

开关403串联在馈电屏蔽线路200上，以控制供电模块100向该控制模块400对应的块段301提供供电电源。

当传感器401检测到对应的块段301上有受电设备，则通知控制器402。控制器402在接收到传感器401的通知后，控制开关403导通，使供电模块100向该控制模块400对应的块段301提供供电电源。

在本申请实施例中，供电模块经馈电屏蔽线路为牵引无屏蔽线路提供谐波波长为λ的供电电源，受电方可以利用电磁感应原理，感应牵引无屏蔽线路上的谐波获得电能。由于本申请实施例将牵引无屏蔽线路划分为至少两个相互独立、相互绝缘的块段，每个块段的长度均小于供电电源电压和电流的谐振波长λ，减小了牵引无屏蔽线路上的电能损失，降低了电能成本，提高了无线供电的效率。

实施例二：

参见图4，该图为本申请实施例提供的又一种用于交通工具的无线供电系统的结构示意图。

在实施例一的基础上，本申请实施例提供的用于交通工具的无线供电系统，还可以包括至少两个辅助设施单元500；

辅助设施单元500和块段301一一对应；供电模块100还经馈电屏蔽线路200为每个辅助设施单元500供电。

在一些可能的实现方式中，辅助设施单元500，具体可以包括：控制模块501和辅助设施502；

控制模块501，用于当受电设备位于对应的块段301上时，控制供电模块100为辅助设施502供电，以辅助受电设备运行。

在本申请实施例中，辅助设施502可以为交通运输中的任意辅助用电设备，如路灯、交通信号灯、摄像机、标识牌和闸门等中的任意一个或多个，本申请实施例对此不做具体限定，具体实施时可以根据实际需要进行具体的设定，这里不再一一列举。

在一些可能的设计中，与控制模块400类似，控制模块501也可以包括：传感器、控制器和开关；

传感器，用于感应该控制模块对应的块段301上是否有受电设备。

控制器，用于根据传感器的感测结果，控制开关导通或关断。

开关串联在馈电屏蔽线路200上，以控制供电模块100向该控制模块400对应的块段301提供供电电源。

当传感器401检测到对应的块段301上有受电设备，则通知控制器402。控制器402在接收到传感器401的通知后，控制开关403导通，使供电模块100向该控制模块400对应的辅助设施502提供供电电源，辅助对应块段301上的受电设备运行。

以辅助设施为路灯端为例，在实际应用中，可以将路灯段长度设置的与对应块段301的长度相等，以为行驶在该块段上的交通工具照明，提高交通工具行驶的安全性。

可选的，路灯段包括：路灯、路灯变压器和路灯控制器；

路灯经路灯变压器连接馈电屏蔽线路200；路灯控制器，用于控制馈电屏蔽线路200为路灯供电。

作为一个示例，路灯控制器可以包括光传感器，以在白天时断开路灯的供电节约电能，夜晚时才根据交通工具行驶位置开启路灯。

在本申请实施例中，供电模块不仅可以为交通工具进行供电，还可以根据交通工具的行驶位置为交通工具的辅助设施供电，在提高交通工具的行驶安全的基础上，还可以节约电能。

在实际应用中，电源101的电功率可以为250kW，电压可以为220V或380V，频率可以为50Hz。变频器102的输出频率可以为25kHz，变压器103的谐振频率也为25kHz。变压器103在频率为25kHz的情况下，电压可以为100kV。馈电屏蔽线路200可以为单导体电缆，电压为100kV，单导体电缆的铜制导电线芯横截面为5平方毫米、长为12千米，沿着路面铺设。馈电屏蔽线路200的屏蔽层201由相互独立的长100米的绝缘段组成。在路面上，牵引无屏蔽线路300和馈电屏蔽线路200平行铺设，块段301长1200米，牵引无屏蔽线路300可以为铜制导管横截面面积为10平方毫米的单导体电缆。沿着路基安装照明路灯，路灯段长与牵引线块段长度相同为1200米。受电设备可以为无轨电车，其牵引电动机的电功率为200kW，无轨电车的车底部配有电绝缘接收器。接收器由两片玻璃纤维制成，其间按压厚为0.1毫米的铜箔。接收器的尺寸为2×4米。接收器通过屏蔽电缆与降压变压器相连，降压变压器的输出电压为500V。降压变压器的输出端，通过整流器和逆变器，与牵引电动机相连，使用逆变器是为了调控牵引电动机。馈电屏蔽线路200中不存在辐射损耗，而牵引无屏蔽线路300的谐振频率为25kHz、长度为12千米，块段长1200米，有效电流密度2A，电功率为200kW，线路电压为100kW，辐射损耗仅为10.048W，节约了电能和供电成本。

基于上述实施例提供的用于交通工具的无线供电系统，本申请实施例还提供了一种交通运输系统。该交通运输系统，包括如上述任意实施例所提供的用于交通工具的无线供电系统；该交通运输系统，还包括至少一辆交通运输工具；

每辆交通运输工具行驶于铺设有牵引无屏蔽线路200的路面上，用于利用电磁感应原理感应块段301上的谐波获得电能。

以上所述，仅是本申请的较佳实施例而已，并非对本申请作任何形式上的限制。虽然本申请已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本申请。任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本申请技术方案范围情况下，都可利用上述揭示的方法和技术内容对本申请技术方案做出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本申请技术方案的内容，依据本申请的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均仍属于本申请技术方案保护的范围内。

Claims (10)

1.一种用于交通工具的无线供电系统，其特征在于，该系统包括：供电模块、馈电屏蔽线路和牵引无屏蔽线路；

所述供电模块经所述馈电屏蔽线路为所述牵引无屏蔽线路提供供电电源，以使受电设备利用电磁感应原理感应所述供电电源，以获得电能；

所述牵引无屏蔽线路包括至少两个块段，每个所述块段均相互隔离且每个所述块段的长度均小于所述供电电源电压和电流的谐振波长。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，该系统还包括至少两个辅助设施单元；

所述辅助设施单元和所述块段一一对应；

所述供电模块经所述馈电屏蔽线路还为每个所述辅助设施单元供电。

3.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述辅助设施单元，包括：控制模块和辅助设施；

所述控制模块，用于当所述受电设备位于对应的块段上时，控制所述供电模块为所述辅助设施供电。

4.根据权利要求3所述的系统，其特征在于，所述辅助设施包括路灯、交通信号灯、摄像机、标识牌和闸门中的任意一个或多个。

5.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述系统还包括至少两个控制模块；

所述控制模块和所述块段一一对应，

所述控制模块，用于当所述受电设备位于对应的块段上时，控制所述供电模块经所述馈电屏蔽线路为该块段供电。

6.根据权利要求5所述的系统，其特征在于，所述控制模块，包括：传感器、控制器和开关；

所述传感器，用于感应该控制模块对应的所述块段上是否有所述受电设备；

所述控制器，用于根据所述传感器的感测结果，控制所述开关导通或关断；

所述开关串联在所述馈电屏蔽线路上。

7.根据权利要求1-5任意一项所述的系统，其特征在于，所述供电模块，包括：电源、变频器和变压器；

所述电源经所述变频器输出至所述变压器的初级线圈，所述变压器的次级线圈连接所述馈电屏蔽线路。

8.根据权利要求1-5任意一项所述的系统，其特征在于，

所述馈电屏蔽线路均设置有屏蔽层；

所述屏蔽层包括至少两个相互独立的绝缘段，每个所述绝缘段的长度均小于所述供电电源电压和电流的谐振波长。

9.根据权利要求1-5任意一项所述的系统，其特征在于，

所述块段的长度为所述谐振波长的k倍；

其中，k大于或等于0.001，且k小于或等于0.1。

10.一种交通运输系统，其特征在于，该系统包括如权利要求1-9任意一项所述的用于交通工具的无线供电系统；该系统，还包括至少一辆交通运输工具；

每辆所述交通运输工具行驶于铺设有所述牵引无屏蔽线路的路面上，用于利用电磁感应原理感应所述块段上的谐波获得电能。