CN114268173A - 非接触供电***及轨道交通列车 - Google Patents

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赵明
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左平洋
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Abstract

本发明涉及供电技术领域，公开了一种非接触供电***及轨道交通列车。该***包括地面供电线圈、车载接收线圈、稳压斩波器和外部电源，地面供电线圈沿轨道方向均匀设置在两侧轨道之间，车载线圈设置在列车底部，稳压斩波器设置在列车上且与车载线圈连接，外部电源为地面供电线圈供电，车载接收线圈通过电磁感应接收到地面供电线圈的电能后传输至稳压斩波器，稳压斩波器对接收的电能斩波后输出至列车上的负载。由此，可实现车辆静止状态下电能从地面传递到车辆，在车辆运行时，随着接收线圈切割供电线圈，可实现更稳定的电能供给；在车辆运行过程中利用接收线圈和供电线圈间感应电压和相位的关系，可实现速度、方向和位置的感知，完成车辆测速定位。

Description

非接触供电***及轨道交通列车
技术领域
本发明涉及供电技术领域，尤其涉及一种非接触供电***及轨道交通列车。
背景技术
传统轨道交通***(动车组、城市轨道交通列车和有轨电车等)采用受电弓/受流器等接触式外部供电型式或超级电容、氢燃料电池、蓄电池等车载储能供电形式。
其中，采用受电弓/受流器等接触式外部供电时，需要额外沿线路建设接触网或第三受电轨，通过受电弓/受流器与接触网/第三受电轨的直接接触获取外部电能。这种接触式的供电方式需要额外建设接触网/第三受电轨，投资巨大，且供电过程中需要确保受流器(受电弓)与接触网/接触轨的持续接触，低速时容易实现，当速度增大到300km/h以上时，受电弓与接触网之间容易出现离线，此时供电会出现短暂中断现象，从而在弓网接触点产生燃弧，进一步加剧设备的磨耗及强电磁辐射干扰车载设备的正常工作。而为了避免上述弓网离线，需要建设结构更为复杂的弹性接触网，如有隧道，隧道断面的设计除保证车辆高速气动特性外，还需额外为带有高压电的接触网与基础间留有足够的安全绝缘间隙。基于上述情况，进一步增大了供电设备的投资。
采用超级电容、氢燃料电池、蓄电池等车载储能供电时，由于无法从外界获取电能输入，受限于储能单元的容量，车辆的运行距离和车载设备用电功率具有一定的局限性，目前采用此类供电的车辆仅使用在站间距小，速度低的城市轨道交通，且为提高用电可靠性，一般会在在车站处设置有能源补给设施，以实现中途提供能源补给。
现有技术中提出了一种无接触式供电***，该***借助于自身***的地面直线电机线圈进行供电，但只有在速度达到一定值后才能实现稳定供电，低速时仍然需要采用蓄电池或外部受电靴受流，无法实现全速域可靠稳定供电。
发明内容
本发明提供了一种非接触供电***及轨道交通列车，能够解决现有技术中的技术问题。
本发明提供了一种非接触供电***，其中，该***包括地面供电线圈、车载接收线圈、稳压斩波器和外部电源，所述地面供电线圈沿轨道方向均匀设置在两侧轨道之间，所述车载接收线圈设置在列车底部，所述稳压斩波器设置在列车上且与所述车载接收线圈连接，所述外部电源为所述地面供电线圈供电，所述车载接收线圈通过电磁感应接收到所述地面供电线圈的电能后传输至所述稳压斩波器，所述稳压斩波器对接收的电能斩波后输出至列车上的负载。
优选地，所述地面供电线圈和所述车载接收线圈均为8字线圈。
优选地，所述地面供电线圈和所述车载接收线圈均为矩形线圈。
优选地，所述外部电源为三相交流电源，为所述地面供电线圈提供A、B、C三相交流电。
本发明还提供了一种轨道交通列车，包括上述的非接触供电***。
优选地，所述轨道交通列车为电磁感应式轨道交通列车或轮轨式轨道交通列车。
通过上述技术方案，车载接收线圈利用电磁感应原理接收来自地面供电线圈的电能，可以实现在车辆静止状态下电能从地面传递到车辆，同时在车辆运行时，随着车载接收线圈切割地面供电线圈，可以实现更加稳定的电能供给；并且，接收线圈与供电线圈间无接触，没有接触磨损和离线供电中断的情况，这样的受电型式没有速度的限制。
附图说明
所包括的附图用来提供对本发明实施例的进一步的理解，其构成了说明书的一部分，用于例示本发明的实施例，并与文字描述一起来阐释本发明的原理。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，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他的附图。
图1示出了根据本发明实施例的一种非接触供电***的正视图；
图2示出了根据本发明实施例的一种非接触供电***的俯视图；
图3示出了根据本发明实施例的一种地面供电线圈俯视图；
图4示出了根据本发明实施例的一种车载接收线圈仰视图。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本发明及其应用或使用的任何限制。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本发明的范围。同时，应当明白，为了便于描述，附图中所示出的各个部分的尺寸并不是按照实际的比例关系绘制的。对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为授权说明书的一部分。在这里示出和讨论的所有示例中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。
图1示出了根据本发明实施例的一种非接触供电***的正视图。
图2示出了根据本发明实施例的一种非接触供电***的俯视图。
如图1和2所示，本发明实施例提供了一种非接触供电***，其中，该***包括地面供电线圈1、车载接收线圈2、稳压斩波器3和外部电源，所述地面供电线圈1沿轨道方向均匀设置在两侧轨道4之间(例如，居中设置)，所述车载接收线圈2设置在列车底部(车底)，所述稳压斩波器3设置在列车上且与所述车载接收线圈2连接，所述外部电源为所述地面供电线圈1供电，所述车载接收线圈2通过电磁感应接收到所述地面供电线圈1的电能后传输至所述稳压斩波器3，所述稳压斩波器3对接收的电能斩波(稳压)后输出至列车上的负载5。
通过上述技术方案，可以在两侧轨道居中位置布置地面供电线圈，在列车车底设置车载接收线圈，车载接收线圈利用电磁感应原理接收来自地面供电线圈的电能，可以实现在车辆静止状态下电能从地面传递到车辆，同时在车辆运行时，随着车载接收线圈切割地面供电线圈，可以实现更加稳定的电能供给；并且，接收线圈与供电线圈间无接触，没有接触磨损和离线供电中断的情况，这样的受电型式没有速度的限制。
根据本发明一种实施例，所述地面供电线圈1和所述车载接收线圈2均为8字线圈。
根据本发明一种实施例，可替换地，所述地面供电线圈1和所述车载接收线圈2均为矩形线圈。
也就是，所述地面供电线圈1和所述车载接收线圈2设计成配套结构。当地面供电线圈1为8字线圈时，车载接收线圈2也为8字线圈。同理，当地面供电线圈1为矩形线圈时，车载接收线圈2也为矩形线圈。
其中，采用矩形线圈的方式，可以进一步节省成本。
根据本发明一种实施例，所述外部电源为三相交流电源，为所述地面供电线圈1提供A、B、C三相交流电。
也就是，地面供电线圈1由外部供电电源供给A/B/C三相交流电。
此外，地面供电线圈1和车载接收线圈2之间的电磁感应不仅可以实现对电能的无接触式传输，还可以在车辆运行过程中利用车载接收线圈2和地面供电线圈1两者之间感应电压和相位的关系，实现对车辆的运行速度、方向和位置的感知，完成对车辆的测速定位。
本发明还提供了一种轨道交通列车，包括上述实施例中所述的非接触供电***。
根据本发明一种实施例，所述轨道交通列车可以为电磁感应式轨道交通列车或轮轨式轨道交通列车。
由此可知，本发明上述的非接触供电***，不仅适用于电磁感应式轨道交通列车(如，磁悬浮列车)，而且还适用于传统轮轨式轨道交通列车。
从上述实施例可以看出，本发明上述的非接触供电***中接收线圈与供电线圈之间无接触，不存在接触磨损和离线供电中断的情况，因此受电型式没有速度的限制，解决了现有技术中采用受电弓(受流器)接触式外部供电设备容易磨损、高速时易燃弧和离线、沿线供电接触网(供电轨)建设、维护成本高等问题，以及解决了采用蓄电池、超级电容或燃料电池等储能单元供电时车辆运行站间距小、速度低等问题。同时，本发明的地面供电线圈布置在轨道中间位置，接收线圈布置在列车车体车底，可以有效节省空间，特别适用于隧道及地下轨道交通，可以有效减少隧道断面即大幅减少基础设施投入，且具有供电不受车辆运行速度影响的优点。此外，本发明还可以利用接收线圈和供电线圈间感应电压和相位的关系，实现对车辆的测速定位功能。
在本发明的描述中，需要理解的是，方位词如“前、后、上、下、左、右”、“横向、竖向、垂直、水平”和“顶、底”等所指示的方位或位置关系通常是基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，在未作相反说明的情况下，这些方位词并不指示和暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位或者以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明保护范围的限制；方位词“内、外”是指相对于各部件本身的轮廓的内外。
为了便于描述，在这里可以使用空间相对术语，如“在……之上”、“在……上方”、“在……上表面”、“上面的”等，用来描述如在图中所示的一个器件或特征与其他器件或特征的空间位置关系。应当理解的是，空间相对术语旨在包含除了器件在图中所描述的方位之外的在使用或操作中的不同方位。例如，如果附图中的器件被倒置，则描述为“在其他器件或构造上方”或“在其他器件或构造之上”的器件之后将被定位为“在其他器件或构造下方”或“在其他器件或构造之下”。因而，示例性术语“在……上方”可以包括“在……上方”和“在……下方”两种方位。该器件也可以其他不同方式定位(旋转90度或处于其他方位)，并且对这里所使用的空间相对描述作出相应解释。
此外，需要说明的是，使用“第一”、“第二”等词语来限定零部件，仅仅是为了便于对相应零部件进行区别，如没有另行声明，上述词语并没有特殊含义，因此不能理解为对本发明保护范围的限制。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种非接触供电***，其特征在于，该***包括地面供电线圈(1)、车载接收线圈(2)、稳压斩波器(3)和外部电源，所述地面供电线圈(1)沿轨道方向均匀设置在两侧轨道(4)之间，所述车载接收线圈(2)设置在列车底部，所述稳压斩波器(3)设置在列车上且与所述车载接收线圈(2)连接，所述外部电源为所述地面供电线圈(1)供电，所述车载接收线圈(2)通过电磁感应接收到所述地面供电线圈(1)的电能后传输至所述稳压斩波器(3)，所述稳压斩波器(3)对接收的电能斩波后输出至列车上的负载(5)。
2.根据权利要求1所述的***，其特征在于，所述地面供电线圈(1)和所述车载接收线圈(2)均为8字线圈。
3.根据权利要求1所述的***，其特征在于，所述地面供电线圈(1)和所述车载接收线圈(2)均为矩形线圈。
4.根据权利要求2或3所述的***，其特征在于，所述外部电源为三相交流电源，为所述地面供电线圈(1)提供A、B、C三相交流电。
5.一种轨道交通列车，包括上述权利要求1-4中任一项所述的非接触供电***。
6.根据权利要求5所述的轨道交通列车，其特征在于，所述轨道交通列车为电磁感应式轨道交通列车或轮轨式轨道交通列车。
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