本發(fā)明涉及交通工具領域，具體涉及一種磁懸浮列車用的直線發(fā)電裝置、車載供電系統(tǒng)以及具有該車載供電系統(tǒng)的磁懸浮列車。

背景技術：

磁懸浮列車是一種沒有車輪的陸上無接觸式有軌交通工具，它采用電磁懸浮和電力牽引。這種列車根據(jù)電磁懸浮原理不同，可分為常導吸力型懸浮和超導斥力型懸浮兩大類。

現(xiàn)有磁懸浮車系統(tǒng)中多采用直線感應電機驅(qū)動方案。直線感應電機具有結構簡單，成本低，控制系統(tǒng)簡單可靠等優(yōu)點，但鑒于當前磁懸浮車的應用特點，其懸浮能力和承載能力較小，因此還需要盡量減少車載設備的重量，提高整車的有效載荷。但目前尚沒有很好的技術方案來解決減少車載設備的重量，提高整車的有效載荷的技術問題。

因此，有必要提供一種針對當前磁懸浮列車車載能量供給方式特點的新型供電方法和裝置，以此來有效減少車載設備的重量，提高整車的有效載荷。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明針對上述現(xiàn)有技術中存在的缺陷，提供了一種磁懸浮列車用的直線發(fā)電裝置、車載供電系統(tǒng)以及具有該車載供電系統(tǒng)的磁懸浮列車。

本發(fā)明提供的技術方案如下：

一方面，提供一種磁懸浮列車用的直線發(fā)電裝置，其包括：

沿列車運行軌道鋪設的直線電機初級組件，其用于產(chǎn)生初級行波磁場；

設置在所述磁懸浮列車上的至少一組車載次級發(fā)電組件，其通過與所述初級行波磁場之間的相互作用來產(chǎn)生感應電壓，并利用所述感應電壓為所述磁懸浮列車上的車載電氣設備供電。

優(yōu)選的，所述直線電機初級組件包括沿列車運行軌道鋪設的具有若干齒狀部的初級鐵芯以及初級繞組，所述齒狀部均勻間隔設置在所述初級鐵芯上，且相鄰齒狀部之間均設有一所述初級繞組。

優(yōu)選的，所述車載次級發(fā)電組件包括與所述初級鐵芯對應設置的次級背鐵；所述次級背鐵下端面連接有至少一組次級三相發(fā)電繞組；每一所述次級三相發(fā)電繞組均包括沿列車行進方向依次、均勻間隔設置的B相、C相和A相，且所述B相、C相和A相與所述齒狀部相對設置。

優(yōu)選的，還包括地面三相變頻器，其用于連接各所述初級繞組，并向其輸入相應互差120°的三相交流電，所述三相交流電用于產(chǎn)生所述初級行波磁場。

優(yōu)選的，所述地面三相變頻器的輸出頻率與車載次級發(fā)電組件的運行頻率之間保持恒轉(zhuǎn)差頻率fs，通過所述恒轉(zhuǎn)差頻率fs在所述車載次級發(fā)電組件中產(chǎn)生感應電壓。

優(yōu)選的，還包括逆變器，其用于將所述感應電壓進行整流逆變后為所述磁懸浮列車上的車載電氣設備供電。

另一方面，還提供一種利用上述直線發(fā)電裝置來進行供電的車載供電系統(tǒng)，其包括設置在所述磁懸浮列車上的整流穩(wěn)壓設備、配電柜、逆變器、直流用電設備以及交流用電設備；

所述整流穩(wěn)壓設備一端連接所述直線發(fā)電裝置，另一端連接所述配電柜，用于接收所述直線發(fā)電裝置產(chǎn)生的感應電壓，并對其進行整流和穩(wěn)壓，并將經(jīng)整流和穩(wěn)壓后的感應電壓輸送至所述配電柜；

所述配電柜分別連接所述直流用電設備以及逆變器，用于直接將經(jīng)整流和穩(wěn)壓后的感應電壓輸送至所述直流用電設備使用；或?qū)⒔?jīng)整流和穩(wěn)壓后的電壓輸送至所述逆變器，經(jīng)所述逆變器轉(zhuǎn)換后輸送至與所述逆變器連接的交流用電設備，并供所述交流用電設備使用。

優(yōu)選的，還包括可充電的蓄電池組，其連接所述配電柜，用于向所述配電柜提供輔助電力。

另一方面，還提供一種磁懸浮列車，其包括上述車載供電系統(tǒng)。

本發(fā)明的技術方案具有如下技術效果：

1、磁懸浮車采用無接觸式直線發(fā)電裝置，從而實現(xiàn)車輛與地面的完全無接觸；

2、直線發(fā)電裝置與推進用直線感應電機共用沿軌道鋪設的初級，無需另外鋪設，有效減少車載設備的重量，提高整車的有效載荷；

3、直線發(fā)電裝置可為車載設備供電，同時還可為磁懸浮車提供向前的推進力；

4、采用直線發(fā)電裝置與蓄電池組合的車載供電方式，保證配電的正常進行。

附圖說明

為了更清楚地說明本發(fā)明實施例或現(xiàn)有技術中的技術方案，以下將對實施例或現(xiàn)有技術描述中所需要使用的附圖進行論述，顯然，在結合附圖進行描述的技術方案僅僅是本發(fā)明的一些實施例，對于本領域普通技術人員而言，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)這些附圖所示實施例得到其它的實施例及其附圖。

圖1是實施例一中直線發(fā)電裝置的結構與原理示意圖；

圖2是實施例二中所述車載次級發(fā)電組件中各相輸出電壓的曲線圖；

圖3是實施例三中車載供電系統(tǒng)的結構示意圖。

具體實施方式

以下將結合附圖對本發(fā)明各實施例的技術方案進行清楚完整的描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發(fā)明的一部分實施例，而不是全部實施例?；诒景l(fā)明中的實施例，本領域普通技術人員在不需要創(chuàng)造性勞動的前提下所得到的所有其它實施例，都在本發(fā)明所保護的范圍內(nèi)。

針對現(xiàn)有技術中存在的，尚沒有很好的技術方案來解決減少車載設備的重量，提高整車的有效載荷的技術問題，本發(fā)明提供了一種磁懸浮列車用的直線發(fā)電裝置、車載供電系統(tǒng)以及具有該車載供電系統(tǒng)的磁懸浮列車，其可以有效減少車載設備的重量，提高整車的有效載荷。

實施例一：

圖1示出了磁懸浮列車用的直線發(fā)電裝置的結構與原理示意圖，其包括：沿列車運行軌道鋪設的直線電機初級組件1，其用于產(chǎn)生初級行波磁場；

設置在所述磁懸浮列車上的至少一組車載次級發(fā)電組件2，其通過與所述初級行波磁場之間的相互作用來產(chǎn)生感應電壓，并利用所述感應電壓為所述磁懸浮列車上的車載電氣設備供電，所述電氣設備包括列車照明、空調(diào)、空氣壓縮機、各系統(tǒng)控制電路、電動車門以及車載信號與通信設備、蓄電池等，同時，為滿足各種電氣設備的用電需要，還可設置逆變器(未示出)，其用于將所述感應電壓進行整流逆變后為所述磁懸浮列車上的車載電氣設備供電。

優(yōu)選的，所述直線電機初級組件1包括沿列車運行軌道鋪設的具有若干齒狀部3的初級鐵芯4以及初級繞組5，所述齒狀部3均勻間隔設置在所述初級鐵芯4上，且相鄰齒狀部之間均設有一初級繞組5。進一步的，所述直線電機初級組件1可連接地面電源設備分段供電，且所述電源設備位于列車運行軌道旁，所述電源設備優(yōu)選為地面三相變頻器(未示出)，其用于連接各所述初級繞組，并向其輸入相應互差120°的三相交流電(各項電流有效值為1080A)，所述三相交流電用于產(chǎn)生所述初級行波磁場，本實施例中，所述地面三相變頻器的輸出頻率主要由列車運行的速度所決定，例如，其輸出頻率可優(yōu)選為35-45Hz，特別優(yōu)選的，所述地面三相變頻器的輸出頻率為40HZ。

其次，所述車載次級發(fā)電組件2包括與所述初級鐵芯4對應設置的次級背鐵6；本實施例中，所述次級背鐵6采用導電板(銅或鋁等)與鐵磁材料(低碳鋼等)組成的復合結構，因此使得車載次級重量輕，增大了車輛有效載荷大；進一步的，所述次級背鐵6下端面連接有至少一組次級三相發(fā)電繞組7；每一所述次級三相發(fā)電繞組均包括沿列車行進方向(即圖1中箭頭所示的次級運動速度V的運動方向)依次、均勻間隔設置的B相、C相和A相，且所述B相、C相和A相與所述齒狀部相對設置。

對于直線異步電機，所述初級行波磁場在所述車載次級發(fā)電組件2中感生渦流，次級渦流與所述初級行波磁場間電磁相互作用產(chǎn)生向前的推進力，同時為了消除電機法向磁吸力對懸浮系統(tǒng)的影響。進一步的，電機同步速度Vs的頻率與次級運動速度V的頻率之間需要保持恒轉(zhuǎn)差頻率fs。

本實施例中，所述電機同步速度Vs的頻率根據(jù)所述地面三相變頻器的輸出頻率(40HZ)所得，可優(yōu)選為40HZ；次級運動速度優(yōu)選為V＝11.7m/s，折合運行頻率為25HZ，此時轉(zhuǎn)差頻率為15HZ。因直線感應電機驅(qū)動控制方式可采用恒轉(zhuǎn)差頻率控制，因此，可使所述地面三相變頻器的輸出頻率與車載次級發(fā)電組件2的運行頻率之間保持恒轉(zhuǎn)差頻率fs(如15Hz)來在所述車載次級發(fā)電組件2中產(chǎn)生感應電壓，再通過整流逆變?yōu)檐囕d電氣設備供電。需要說明的是，本實施例中的恒轉(zhuǎn)差頻率fs由電機的結構所決定，不同電機結構可對應不同的恒轉(zhuǎn)差頻率fs，其并不限制于15Hz。

列車運行時，所述車載電氣設備均由非接觸式直線發(fā)電裝置從地面向車輛傳遞能量。且該直線發(fā)電機與推進用直線異步電機共用沿軌道鋪設的初級，無需再另外鋪設，因此該無接觸發(fā)電方式具有結構簡單且成本低等優(yōu)點。

通過計算仿真得到，所述車載次級發(fā)電組件2中各相輸出電壓如圖2所示，其電壓輸出波形近似為正弦，諧波分量小，峰值電壓大約為200V，再經(jīng)過整流逆變?yōu)檐囕d電氣設備供電。同時，表1示出了所述直線發(fā)電裝置的各參數(shù)數(shù)據(jù)：

表1直線發(fā)電裝置的各參數(shù)數(shù)據(jù)

上述無接觸式直線發(fā)電裝置除了可以為車載設備供電外，所述車載次級發(fā)電組件2中的工作電流與初級磁場電磁相互作用，產(chǎn)生向前的推進力。因此所述直線發(fā)電裝置既可為車載設備供電，還可為磁懸浮車提供向前的推進力。

實施例二：

還提供一種利用上述直線發(fā)電裝置來進行供電的車載供電系統(tǒng)，如圖3所示，其包括設置在所述磁懸浮列車上的整流穩(wěn)壓設備、配電柜、逆變器、直流用電設備以及交流用電設備；優(yōu)選的，還包括DC-DC開關電源；

所述整流穩(wěn)壓設備一端連接所述直線發(fā)電裝置，另一端連接所述配電柜，用于接收所述直線發(fā)電裝置產(chǎn)生的感應電壓，并對其進行整流和穩(wěn)壓，并將經(jīng)整流和穩(wěn)壓后的感應電壓輸送至所述配電柜；

所述配電柜分別連接所述直流用電設備以及逆變器，用于直接將經(jīng)整流和穩(wěn)壓后的感應電壓輸送至所述直流用電設備使用；或?qū)⒔?jīng)整流和穩(wěn)壓后的電壓輸送至所述逆變器，經(jīng)所述逆變器轉(zhuǎn)換后輸送至與所述逆變器連接的交流用電設備，并供所述交流用電設備使用。

優(yōu)選的，還包括作為輔助電源系統(tǒng)的可充電的蓄電池組，其連接所述配電柜，用于向所述配電柜提供輔助電力，且同時提供相應的配電及保護等。

列車運行時，所述車載次級發(fā)電組件2的次級三相發(fā)電繞組7與軌道上的初級行波磁場相互作用產(chǎn)生感應電壓，再經(jīng)過整流和逆變，為車載電氣設備供電。且每節(jié)磁懸浮車可根據(jù)車載電氣設備的用電需求安裝單組或多組車載次級發(fā)電組件2為磁懸浮車提供所需能量。

上述通過直線發(fā)電裝置與蓄電池組合的車載供電方式，其輸出能力能夠滿足列車各種負載工況下的用電要求，且系統(tǒng)具有足夠的過載能力，可在短時間內(nèi)應能承受住負載啟動電流的沖擊。

實施例三：

還提供一種磁懸浮列車，其包括上述實施例二中的車載供電系統(tǒng)，所述車載供電系統(tǒng)與實施例二完全相同，在此不再贅述。

本發(fā)明提供的各種實施例可根據(jù)需要以任意方式相互組合，通過這種組合得到的技術方案，也在本發(fā)明的范圍內(nèi)。

綜上所述，本發(fā)明的技術方案中，磁懸浮車采用無接觸式直線發(fā)電裝置，從而實現(xiàn)車輛與地面的完全無接觸；直線發(fā)電裝置與推進用直線感應電機共用沿軌道鋪設的初級，無需另外鋪設，由此有效減少車載設備的重量，提高整車的有效載荷；直線發(fā)電裝置可為車載設備供電，同時還可為磁懸浮車提供向前的推進力；采用直線發(fā)電裝置與蓄電池組合的車載供電方式，保證配電的正常進行。

顯然，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍的情況下，本領域技術人員可以對本發(fā)明進行各種改動和變型。如果對本發(fā)明的這些改動和變型是在本發(fā)明的權利要求及其等同方案的范圍之內(nèi)，則本發(fā)明也將包含這些改動和變型。