專利名稱：混合式電氣機(jī)車的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本文描述的實(shí)施例大體上涉及混合式電氣機(jī)車，發(fā)動(dòng)機(jī)、發(fā)電機(jī)和用于通過所發(fā)的電來驅(qū)動(dòng)車輛的電動(dòng)機(jī)安裝在所述混合式電氣機(jī)車中。
背景技術(shù)：
作為行駛在導(dǎo)軌上的軌道車輛，通過電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)車輪的電氣機(jī)車通常被使用。近年來，提出混合式電氣機(jī)車或電氣柴油機(jī)車，其具有安裝在其中的發(fā)動(dòng)機(jī)和發(fā)電機(jī)、使用來自發(fā)動(dòng)機(jī)的輸出而驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)、并且向主電動(dòng)機(jī)供給電力。作為混合式電氣機(jī)車，已知具有安裝在其中的一個(gè)大型發(fā)動(dòng)機(jī)的電氣機(jī)車，或具有安裝在其中的多個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)和發(fā)電機(jī)的電氣機(jī)車。在具有一個(gè)大型發(fā)動(dòng)機(jī)的混合式電氣機(jī)車中，假設(shè)所發(fā)的電被儲(chǔ)存在蓄電池中并且被使用，因?yàn)檐囕v通過使蓄電池放電而行駛，蓄電池必須在車輛停止或行駛時(shí)充電直到放電可以再次施行。當(dāng)為了高牽引力或高速行駛需要高輸出時(shí)，唯一安裝的發(fā)動(dòng)機(jī)持續(xù)滿負(fù)荷運(yùn)行以發(fā)出足夠的行駛電力，所以蓄電池不能被充分充電。保持一直未充電和不可用的蓄電池相當(dāng)于僅僅增大車輛重量的所謂死荷載，并且這是惡化機(jī)車根本上所具有的電力性能的因素。在具有中型發(fā)動(dòng)機(jī)的混合式電氣機(jī)車中，當(dāng)中型發(fā)動(dòng)機(jī)根據(jù)蓄電池的充電狀態(tài)運(yùn)行時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)必須連續(xù)運(yùn)行在對(duì)于發(fā)動(dòng)機(jī)而言在燃料消耗、尾氣及其它而言方面不一定最佳的狀態(tài)之中。一個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)可以用于發(fā)電和充電。另一個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)可以用于車輛的行駛。在這種情況下，如果需要充電，兩個(gè)安裝的中型發(fā)動(dòng)機(jī)中的一個(gè)中型發(fā)動(dòng)機(jī)僅用于充電。因此，車輛不能得到能夠從來自各安裝的發(fā)動(dòng)機(jī)的輸出所獲得的性能。相反，當(dāng)兩個(gè)中型發(fā)動(dòng)機(jī)用于行駛以保證行駛性能時(shí)，蓄電池不能在永久的基礎(chǔ)上充電。另外，盡管使發(fā)動(dòng)機(jī)各個(gè)運(yùn)行在最佳狀態(tài)中是希望的，但是為了通過任意發(fā)動(dòng)機(jī)給蓄電池充電，大型發(fā)動(dòng)機(jī)必須以高速轉(zhuǎn)動(dòng)來保證固定的充電電壓，并且產(chǎn)生噪音或者惡化燃料消耗。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，提供了 一種混合式電氣機(jī)車，包括電動(dòng)機(jī)；第一發(fā)動(dòng)機(jī)和第二發(fā)動(dòng)機(jī)，所述第一發(fā)動(dòng)機(jī)和所述第二發(fā)動(dòng)機(jī)安裝在車輛本體內(nèi)用于驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)；第三發(fā)動(dòng)機(jī)，所述第三發(fā)動(dòng)機(jī)安裝在車輛本體內(nèi)，具有比第一發(fā)動(dòng)機(jī)和第二發(fā)動(dòng)機(jī)的排量更小的排量，用于驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)；至少一個(gè)電氣裝置，所述電氣裝置安裝在車輛本體中；以及連接至所述第一發(fā)動(dòng)機(jī)、所述第二發(fā)動(dòng)機(jī)、所述第三發(fā)動(dòng)機(jī)和所述電氣裝置的蓄電池。根據(jù)一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方式，混合式電氣機(jī)車另外包括主回路，所述主回路被構(gòu)造成將由所述第一發(fā)動(dòng)機(jī)、所述第二發(fā)動(dòng)機(jī)以及所述第一發(fā)動(dòng)機(jī)和所述第二發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的發(fā)電機(jī)所發(fā)的電力供給至所述電動(dòng)機(jī)；副回路，所述副回路被構(gòu)造成將由所述第三發(fā)動(dòng)機(jī)和所述第三發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的發(fā)電機(jī)所發(fā)的電力供給至所述電氣裝置，并且所述副回路連接至所述主回路；以及連接至所述主回路和所述副回路的蓄電池，所述蓄電池被構(gòu)造成儲(chǔ)存由所述第一發(fā)動(dòng)機(jī)、所述第二發(fā)動(dòng)機(jī)、所述第三發(fā)動(dòng)機(jī)和該三個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的發(fā)電機(jī)所發(fā)的電力，并且被構(gòu)造成將儲(chǔ)存的電力供給至所述主回路和所述副回路。根據(jù)一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方式，混合式電氣機(jī)車另外包括接觸器，所述接觸器設(shè)置在所述副回路和蓄電池一組與所述主回路之間，并且被構(gòu)造成斷開或閉合在所述副回路和蓄電池一組與所述主回路之間的連接；以及控制單元，所述控制單元被構(gòu)造成根據(jù)電力至主電動(dòng)機(jī)的供給狀況以及電力在所述蓄電池中的儲(chǔ)存狀況來控制所述接觸器的斷開/閉合的操作。根據(jù)一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方式，混合式電氣機(jī)車另外包括第二接觸器，所述第二接觸器設(shè)置在所述副回路與所述蓄電池之間，并且被構(gòu)造成斷開或閉合在所述副回路與所述蓄電池之間的連接，其中，所述控制單元被構(gòu)造成根據(jù)電力至所述電動(dòng)機(jī)的供給狀況以及電力在所述蓄電池中的儲(chǔ)存狀況來控制所述第二接觸器的斷開/閉合的操作。根據(jù)一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方式，混合式電氣機(jī)車另外包括第三接觸器，所述第三接觸器設(shè)置在所述主回路中由所述第一發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的發(fā)電機(jī)與由所述第二發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的發(fā)電機(jī)之間，并且被構(gòu)造成斷開或閉合在發(fā)電機(jī)與所述主電動(dòng)機(jī)之間的連接，其中，所述控制單元被構(gòu)造成根據(jù)電力至所述電動(dòng)機(jī)的供給狀況以及電力在蓄電池中的儲(chǔ)存狀況來控制所述第三接觸器的斷開/閉合的操作。根據(jù)一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方式，混合式電氣機(jī)車另外包括電力變換裝置，其安裝在所述車輛本體中，連接至所述副回路，被構(gòu)造成能夠連接至另一車輛的電源，并且被構(gòu)造成將電力供給至蓄電池。根據(jù)一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方式，所述第一發(fā)動(dòng)機(jī)和所述第二發(fā)動(dòng)機(jī)和發(fā)電機(jī)安裝在所述車輛本體的地板上，所述第三發(fā)動(dòng)機(jī)和由所述第三發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的發(fā)電機(jī)裝設(shè)在所述車輛本體的地板下方。根據(jù)一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方式，所述第一發(fā)動(dòng)機(jī)和所述第二發(fā)動(dòng)機(jī)具有相同的排量。


圖1是示出根據(jù)第一實(shí)施例的混合式電氣機(jī)車的側(cè)視圖；圖2是示出混合式電氣機(jī)車的內(nèi)部構(gòu)造的平面圖；圖3是示出混合式電氣機(jī)車的回路構(gòu)造的視圖；圖4是示出根據(jù)第二實(shí)施例的混合式電氣機(jī)車的回路構(gòu)造的視圖；圖5是示出根據(jù)第三實(shí)施例的混合式電氣機(jī)車的回路構(gòu)造的視圖；圖6是示出根據(jù)第四實(shí)施例的混合式電氣機(jī)車的回路構(gòu)造的視具體實(shí)施例方式大體上，根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，混合式電氣機(jī)車包括:電動(dòng)機(jī)，其被構(gòu)造成驅(qū)動(dòng)車輪；第一發(fā)動(dòng)機(jī)和第二發(fā)動(dòng)機(jī)，所述第一發(fā)動(dòng)機(jī)和第二發(fā)動(dòng)機(jī)分別安裝在車輛本體中并且被構(gòu)造成驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)，以及第三發(fā)動(dòng)機(jī)，所述第三發(fā)動(dòng)機(jī)安裝在車輛本體中，具有比第一發(fā)動(dòng)機(jī)和第二發(fā)動(dòng)機(jī)更小的排量(容量)，并且被構(gòu)造成驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)；至少一個(gè)電氣裝置，其安裝在車輛本體中；主回路，其被構(gòu)造成將由第一發(fā)動(dòng)機(jī)、第二發(fā)動(dòng)機(jī)以及第一發(fā)動(dòng)機(jī)和第二發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的發(fā)電機(jī)所發(fā)的電供給至電動(dòng)機(jī)；副回路，其被構(gòu)造成將由第三發(fā)動(dòng)機(jī)和第三發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的發(fā)電機(jī)所發(fā)的電供給至電氣裝置，并且其連接至主回路；蓄電池，其連接至主回路和副回路，被構(gòu)造成儲(chǔ)存由第一發(fā)動(dòng)機(jī)、第二發(fā)動(dòng)機(jī)、第三發(fā)動(dòng)機(jī)和該三個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的發(fā)電機(jī)所發(fā)的電，并且被構(gòu)造成將儲(chǔ)存的電供給至主回路和副回路；接觸器，其設(shè)置在副回路和蓄電池一組與主回路之間，并且被構(gòu)造成斷開或閉合在副回路和蓄電池一組與主回路之間的連接；以及控制單元，其被構(gòu)造成根據(jù)主電動(dòng)機(jī)的電力供給情況以及蓄電池中的電力儲(chǔ)存情況來控制接觸器的斷開/閉合操作。以下，將參照附圖描述根據(jù)各實(shí)施例的混合式電氣機(jī)車。(第一實(shí)施例)圖1以部分剖切機(jī)車車體的方式示出根據(jù)第一實(shí)施例的混合式電氣機(jī)車的內(nèi)部構(gòu)造，圖2通過除去車體的頂篷部分來示出在混合式電氣機(jī)車的機(jī)械室中的裝置布置。如圖1和圖2所示，混合式電氣機(jī)車(以下稱為電氣機(jī)車)10包括一對(duì)兩軸轉(zhuǎn)向架16，每個(gè)所述兩軸轉(zhuǎn)向架具有設(shè)置至其的車輪14，以及包括車體17，所述車體通過彈簧支撐在轉(zhuǎn)向架16上。每個(gè)轉(zhuǎn)向架16與車體17相聯(lián)結(jié)以圍繞樞軸轉(zhuǎn)動(dòng)。例如，兩個(gè)主電動(dòng)機(jī)26a和26b(26c和26d)安裝在每個(gè)轉(zhuǎn)向架16上，并且它們靠近兩個(gè)軸放置。主電動(dòng)機(jī)26a和26b中的每個(gè)通過未表明的變速箱或聯(lián)結(jié)結(jié)構(gòu)連接至軸，并且將轉(zhuǎn)向力傳遞至軸和車輪
14。車輪14放置在導(dǎo)軌13上。當(dāng)車輪14由主電動(dòng)機(jī)26a至26d驅(qū)動(dòng)時(shí)，電氣機(jī)車10在導(dǎo)軌13上行駛。應(yīng)注意的是，兩軸轉(zhuǎn)向架作為示例并且描述在電氣機(jī)車10中，但是轉(zhuǎn)向架并不限于此，并且可以采用具有任意其它構(gòu)造比如三軸轉(zhuǎn)向架。車體17包括基架18和車輛本體20，所述車輛本體安裝在基架18上具有細(xì)長盒子狀的形狀。車輛本體20包括底板20a，所述底板鋪設(shè)在基架18的整個(gè)表面上并且構(gòu)成車體17的地板，包括一對(duì)側(cè)壁20b，所述側(cè)壁豎立在基架18上并且沿車體17的縱向方向延伸，包括一對(duì)端壁，所述端壁分別形成車輛的前表面和后表面，以及包括頂篷壁20c，所述頂篷壁覆蓋車輛本體的上開口，由此基架18被覆蓋。車輛本體20的內(nèi)部由分隔板40a、40b、40c和40d分成操作室和多個(gè)機(jī)械室，例如，三個(gè)機(jī)械室。第一機(jī)械室3,第二機(jī)械室4、第三機(jī)械室5對(duì)準(zhǔn)并布置在電氣機(jī)車10的行駛方向上。在第一機(jī)械室3中安裝了，例如，保護(hù)裝置12a、保護(hù)裝置12b、送風(fēng)機(jī)Ila和送風(fēng)機(jī)11b，它們起作用為輔助機(jī)械。在第二機(jī)械室4中主要安裝了兩個(gè)包含發(fā)動(dòng)機(jī)和發(fā)電機(jī)的對(duì)。換言之，第一發(fā)動(dòng)機(jī)21a和由所述第一發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)發(fā)電的發(fā)電機(jī)22a、第二發(fā)動(dòng)機(jī)21b和由所述第二發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)發(fā)電的發(fā)電機(jī)22b以彼此面對(duì)的方式安裝在第二機(jī)械室4的地板上，而在中間具有中間過道。散熱器42布置在第二機(jī)械室4的頂篷上，所述散熱器將第二機(jī)械室4中的發(fā)動(dòng)機(jī)21a和21b的熱量釋放至外界。第一發(fā)動(dòng)機(jī)21a和第二發(fā)動(dòng)機(jī)21b中的每個(gè)均為例如中型柴油發(fā)動(dòng)機(jī)，并且考慮到維護(hù)特性及其它因素這些發(fā)動(dòng)機(jī)具有相同的排量。被集成而用于行駛和用于副回路的電力變換裝置23a、23b、24a、24b、25a和25b，一個(gè)蓄電池31，輔助機(jī)械12c和12d，送風(fēng)機(jī)I Ic和I ld，未示出的制動(dòng)設(shè)備以及其它裝置布置在第三機(jī)械室5中。電力變換裝置23a至25b和蓄電池31以彼此面對(duì)的方式安裝在地板上，而中間過道處在中間。如圖1所示，第三發(fā)動(dòng)機(jī)21c、由第三發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)發(fā)電的發(fā)電機(jī)22c以及燃料箱44安裝在車輛本體20的地板下方。第三發(fā)動(dòng)機(jī)21c是例如小型柴油機(jī)，并且具有小于第一和第二發(fā)動(dòng)機(jī)21a和21b的排量。圖3示出電氣機(jī)車10的基本回路構(gòu)造。如圖2和圖3所示，第一發(fā)動(dòng)機(jī)21a和第二發(fā)動(dòng)機(jī)21b與發(fā)電機(jī)22a和22b組合以構(gòu)成兩個(gè)發(fā)電裝置。近年來，由于交流發(fā)電機(jī)是常見的，由發(fā)電機(jī)22a和22b獲得的交流電通過電力變換裝置23a和23b臨時(shí)轉(zhuǎn)換成直流。電力變換裝置23a和23b由電氣回路50a連接至電力變換裝置24a和24b，用于行駛，電力變換裝置24a連接至兩個(gè)主電動(dòng)機(jī)26a和26b，并且電力變換裝置24b連接至兩個(gè)主電動(dòng)機(jī)26c和26d。由第三發(fā)動(dòng)機(jī)21c和第三發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的發(fā)電機(jī)22c構(gòu)成的發(fā)電裝置連接至電力變換裝置23c，電力變換裝置23c通過副回路50b連接至電力變換裝置25a和25b。電力變換裝置25a連接至輔助機(jī)械27a比如散熱器42或送風(fēng)機(jī)Ila和11b，并且所述電力變換裝置改變和控制電壓或頻率。電力變換裝置25b連接至輔助機(jī)械27b例如空氣壓縮機(jī)，并且將電力改變成固定電壓和固定頻率，然后用其驅(qū)動(dòng)輔助機(jī)械27a。副回路50b經(jīng)直流回路50c連接至主回路50a。蓄電池31連接至直流回路50c，能夠儲(chǔ)存由發(fā)電機(jī)22a、22b和22c所發(fā)的電，并且能夠?qū)?chǔ)存的電力供給至主回路50a和副回路50b。斷開或閉合連接的至少一個(gè)接觸器設(shè)置在將主回路50a連接至副回路50b的直流回路50c處。在本實(shí)施例中，電氣回路包括第一接觸器Kl和第二接觸器K2。第一接觸器Kl設(shè)置在直流回路50c處蓄電池31和副電氣回路50b與主回路50a之間。第二接觸器K2設(shè)置在直流回路50c處副回路50b與蓄電池31之間。第一接觸器Kl和第二接觸器K2能夠斷開或閉合回路連接。它們的斷開/閉合操作由控制單元46控制。第一接觸器Kl和第二接觸器K2中的每個(gè)均由例如電磁開關(guān)構(gòu)成。根據(jù)電氣機(jī)車10運(yùn)行所沿的每條列車運(yùn)行線路，大體上，電氣機(jī)車的運(yùn)行是牽引特快列車或貨運(yùn)列車。一個(gè)主電動(dòng)機(jī)的輸出接近500kw，接近IOOOkw的輸出(排量)對(duì)于處于圖3中所描繪構(gòu)造中的第一發(fā)動(dòng)機(jī)21a以及第二發(fā)動(dòng)機(jī)21b是需要的。另一方面，由于驅(qū)動(dòng)輔助機(jī)械27a和27b所需要的電力大體上接近IOOkw至200kw，第三發(fā)動(dòng)機(jī)21c的發(fā)動(dòng)機(jī)輸出(排量)小于第一發(fā)動(dòng)機(jī)21a和第二發(fā)動(dòng)機(jī)21b的。在這種情況下，第三發(fā)動(dòng)機(jī)21c和發(fā)電機(jī)22c能夠布置在車體17的地板下方，并且市場(chǎng)上的電源組件是可用的，例如。這里，由于大型的噪音源是用于行駛的大型的第一發(fā)動(dòng)機(jī)21a和第二發(fā)動(dòng)機(jī)21b，這兩臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)布置在第二機(jī)械室4中，如圖1和圖2所示。盡管對(duì)于發(fā)動(dòng)機(jī)來說吸氣或通風(fēng)換氣是必要的，即使當(dāng)入口設(shè)置在車體17的側(cè)面時(shí)，采用吸音材料或吸音格柵的吸音風(fēng)管可以高效地抑制來自發(fā)動(dòng)機(jī)的噪音到達(dá)車輛外側(cè)。另外，由于第二機(jī)械室4因?yàn)楫a(chǎn)生自第一和第二發(fā)動(dòng)機(jī)21a和21b的熱量變得高溫并且還具有高輻射熱量，蓄電池31布置在電力變換器23a至25b所布置在的第三機(jī)械室5中。第三發(fā)動(dòng)機(jī)21c是小型發(fā)電機(jī)并且其噪音基本上是小的，即使在所述發(fā)動(dòng)機(jī)可能持續(xù)運(yùn)行時(shí)，因此所述第三發(fā)動(dòng)機(jī)能夠布置在車體17的地板下方。
前述的電氣機(jī)車10的運(yùn)行現(xiàn)在將參照?qǐng)D3詳細(xì)描述。當(dāng)蓄電池31完全充電后，電力從蓄電池31供給以驅(qū)動(dòng)主電動(dòng)機(jī)26a至26d、輔助機(jī)械27a和輔助機(jī)械27b。在第一接觸器Kl和第二接觸器K2是ON的(連接的)狀態(tài)下，控制單元46全部停止第一發(fā)動(dòng)機(jī)21a、第二發(fā)動(dòng)機(jī)21b和第三發(fā)動(dòng)機(jī)21c，并且用于行駛和驅(qū)動(dòng)輔助機(jī)械的電力從蓄電池31經(jīng)第一電氣回路50a和第二電氣回路50b供給至主電動(dòng)機(jī)26a至26d、輔助機(jī)械27a。例如，在因?yàn)殡姎鈾C(jī)車10被使用而行駛荷載小的情況下，或者在因?yàn)榇隣恳牧熊囀嵌塘熊嚩隣恳牧熊嚭奢d小的情況下，如果僅使用蓄電池31行駛是可能的，那么控制單元46繼續(xù)運(yùn)行在所有發(fā)動(dòng)機(jī)停止的狀態(tài)中。這里，當(dāng)電力切斷以及蓄電池31為接下來的行駛而待充電時(shí)，控制單元46接通(連接)第二接觸器K2，將第一接觸器Kl改變成斷開狀態(tài)，并且僅開始第三發(fā)動(dòng)機(jī)21c的運(yùn)行。為了起動(dòng)第三發(fā)動(dòng)機(jī)21c，可能的是，采用使用蓄電池31來驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)22c的方法，或者采用使用壓縮空氣通過空氣起動(dòng)器來起動(dòng)第三發(fā)動(dòng)機(jī)，因?yàn)檩o助機(jī)械27b在運(yùn)行中并且壓縮空氣已準(zhǔn)備好。在電力運(yùn)行在通過第三發(fā)動(dòng)機(jī)21c給蓄電池31充電的情況下，第一發(fā)動(dòng)機(jī)21a和第二發(fā)動(dòng)機(jī)21b待起動(dòng)，并且然后電力經(jīng)主回路50a供給至電力變換裝置24a、電力變換裝置24b和主電動(dòng)機(jī)26a至26d。因此，第三發(fā)動(dòng)機(jī)21c可以為這兩個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)保證電力性能，同時(shí)第三發(fā)動(dòng)機(jī)能夠繼續(xù)以電壓適合于給蓄電池31充電的方式運(yùn)行。當(dāng)然，當(dāng)荷載輕并且一個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)可以接受該荷載時(shí)，為了使例如尾氣的產(chǎn)生最小化，換言之，當(dāng)電力槽口低時(shí)，第一發(fā)動(dòng)機(jī)21a運(yùn)行，第二發(fā)動(dòng)機(jī)21b停止，例如。然而，如果提前確定在荷載輕時(shí)第一發(fā)動(dòng)機(jī)21a為使用的發(fā)動(dòng)機(jī)，在荷載重時(shí)第二發(fā)動(dòng)機(jī)21b為使用的發(fā)動(dòng)機(jī)，并且由于第一發(fā)動(dòng)機(jī)21a的性能例如因?yàn)樵诟叨阮l繁使用的過程中老化而惡化，那么第一發(fā)動(dòng)機(jī)21a和第二發(fā)動(dòng)機(jī)21b交替運(yùn)行以基本上使兩個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)的綜合運(yùn)行小時(shí)均等。第一和第二發(fā)動(dòng)機(jī)21a和21b還能夠使用發(fā)電機(jī)22a和22b來起動(dòng)，或者使用類似于第三發(fā)動(dòng)機(jī)21c的起動(dòng)方法的空氣起動(dòng)器來起動(dòng)。當(dāng)使用來自蓄電池31的電力用于行駛時(shí)，控制單元46接通第一接觸器K1，斷開第二接觸器K2，由此來自蓄電池31的電力能夠補(bǔ)充到獲得自第一和第二發(fā)動(dòng)機(jī)21a和21b的電力。當(dāng)在上升斜坡上需要最大輸出時(shí)，第一和第二接觸器Kl和K2 二者均接通(連接)，由此獲得自三個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)21a至21c以及蓄電池31的所有電力均能夠供應(yīng)至主電動(dòng)機(jī)26a至26d并且用于行駛。然而，由于即使在這種情況下也需要輔助機(jī)械27a和27b的動(dòng)力，所以“第一、第二和第三發(fā)動(dòng)機(jī)21a、21b和21c的電力+蓄電池31的電力-副回路50b的電力”的合計(jì)是能夠?qū)嶋H用于行駛的最大電力。通常，經(jīng)常的情況是，在上山行駛之后在下山坡上以抑制速度的方式進(jìn)行行駛，因而蓄電池31在這種情況下能夠由獲得自主電動(dòng)機(jī)26a至26d的再生電力充電。由于在這種情況下必須使用適于充電的電壓，所以控制單元46接通第一接觸器K1，斷開第二接觸器K2，在合適的空轉(zhuǎn)之后停止第一和第二發(fā)動(dòng)機(jī)21a和21b，并且使第三發(fā)動(dòng)機(jī)21c運(yùn)轉(zhuǎn)。因此，輔助機(jī)械27a和27b由來自第三發(fā)動(dòng)機(jī)21c的電力驅(qū)動(dòng)，同時(shí)通過使用再生制動(dòng)利用供給自電力變換裝置24a和24b的電力給蓄電池31充電。在蓄電池31的充電完成之后，控制單元46斷開第一接觸器Kl，接通第二接觸器K2，使用蓄電池31使輔助機(jī)械27a和27b運(yùn)行，以及使第三發(fā)動(dòng)機(jī)21c停止。除此之外，為了從在上述運(yùn)行過程中暫時(shí)停止的發(fā)動(dòng)機(jī)獲得輸出，因?yàn)樾枰线m的轉(zhuǎn)數(shù)所以大體上需要進(jìn)行一段合適時(shí)間的空轉(zhuǎn)，并且在起動(dòng)停止的發(fā)動(dòng)機(jī)之后隨即得到速度和立即施加大負(fù)荷是困難的。因此，如果不僅電動(dòng)手柄接通以及槽口被用于起動(dòng)停止的發(fā)動(dòng)機(jī)，而且操作者通過使用發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)開關(guān)來提前手動(dòng)起動(dòng)停止的發(fā)動(dòng)機(jī)，那么在電動(dòng)手柄位于高位時(shí)不花費(fèi)太多時(shí)間即可獲得大的輸出(拉力或速度)。當(dāng)在三個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)中專用于充電的發(fā)動(dòng)機(jī)因?yàn)楣收虾椭惖亩C(jī)的情況下，余下的兩個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)可以用于給蓄電池充電、用于行駛，并且用作副回路的電源。例如，當(dāng)圖3中的第二發(fā)動(dòng)機(jī)21b不能使用時(shí)，可以通過第一發(fā)動(dòng)機(jī)21a繼續(xù)供電，并且第三發(fā)動(dòng)機(jī)21c可以用于給蓄電池充電和驅(qū)動(dòng)輔助機(jī)械。第一和第二接觸器Kl和K2可以如上述般斷開和接通。在這種情況下，可以用于行駛的最大輸出是“第一發(fā)動(dòng)機(jī)21a的電力+第三發(fā)動(dòng)機(jī)21c的電力+蓄電池的電力-副回路的電力”的合計(jì)?，F(xiàn)在將描述根據(jù)其它實(shí)施例的混合式電氣機(jī)車。在以下解釋的其它實(shí)施例中，與第一實(shí)施例中相同的參考標(biāo)記指示與第一實(shí)施例中相同的部件，以便省略這些部件的詳細(xì)描述。(第二實(shí)施例)當(dāng)把圖3中的第三發(fā)動(dòng)機(jī)21c不能使用的情況考慮作為另一示例時(shí)，根據(jù)如圖4中描繪的第二實(shí)施例的電氣機(jī)車那樣來增添第三接觸器K3使得能夠提高冗余度。在直流回路50c中，第三接觸器K3設(shè)置在電力變換裝置23a和電力變換裝置23b之間，換言之，設(shè)置在第一發(fā)動(dòng)機(jī)21a與第二發(fā)動(dòng)機(jī)21b之間，以便斷開或閉合直流回路50c。所述第三接觸器K3的斷開/閉合操作同樣地由控制單元46控制。當(dāng)?shù)谌佑|器K3斷開而第一和第二接觸器Kl和K2接通時(shí)，來自第一發(fā)動(dòng)機(jī)21a的輸出可以用于主電動(dòng)機(jī)的輸出而用于行駛，來自第二發(fā)動(dòng)機(jī)21b的輸出可以用于給蓄電池31充電以及驅(qū)動(dòng)輔助機(jī)械27a和27b。此外，由于蓄電池31能夠被用作輔助機(jī)械動(dòng)力，所以在蓄電池31通過比第三發(fā)動(dòng)機(jī)21c更大型的第二發(fā)動(dòng)機(jī)21b在短時(shí)間內(nèi)迅速充電之后，第二發(fā)動(dòng)機(jī)21b可以停止。因此，可以防止第二發(fā)動(dòng)機(jī)21b作為大型發(fā)動(dòng)機(jī)按照小排量的輔助機(jī)械那樣在輕負(fù)荷運(yùn)行狀態(tài)下長時(shí)間運(yùn)行，造成尾氣特性或燃料消耗不良。應(yīng)注意的是，在第二實(shí)施例中，電氣機(jī)車的其他結(jié)構(gòu)與第一實(shí)施例中的相同，相像的標(biāo)記指示相像的部件，以便省略其詳細(xì)的描述。根據(jù)按照第一實(shí)施例和第二實(shí)施例而如此構(gòu)造的混合式電氣機(jī)車，當(dāng)根據(jù)車輛的行駛狀況、蓄電池的充電狀況、輔助機(jī)械的驅(qū)動(dòng)狀況而使用接觸器控制回路的連接和斷開時(shí)，來自發(fā)動(dòng)機(jī)的輸出能夠被高效地用作行駛動(dòng)力，而不降低蓄電池的充電效率。因此，與單獨(dú)安裝一個(gè)大型發(fā)動(dòng)機(jī)或安裝兩個(gè)中型發(fā)動(dòng)機(jī)的傳統(tǒng)技術(shù)相比，不僅降低了噪音或者改善了燃料消耗，而且能夠獲得具有包含冗余度在內(nèi)的高可靠性電氣機(jī)車。(第三實(shí)施例)圖5示出根據(jù)第三實(shí)施例的混合式電氣機(jī)車的回路構(gòu)造。根據(jù)本實(shí)施例，電氣機(jī)車另外包括連接至副回路50b的電力變換裝置28，并且所述電力變換裝置28能夠經(jīng)電氣連結(jié)器29連接至另一車輛的電源。
通常，交流電被引接到客車中用于工作電源。在列車具有固定數(shù)量的車廂、其中根據(jù)本實(shí)施例的混合式電氣機(jī)車布置在這些客車車廂兩端中的每一端的情況下，當(dāng)?shù)谌l(fā)動(dòng)機(jī)21c不能使用時(shí)，電力變換裝置28經(jīng)電氣連結(jié)器29連接至工作電源，并且蓄電池31能夠使用所述工作電源被充電。此外，根據(jù)第三實(shí)施例，與第一實(shí)施例類似，可能的是，提供能夠高效施行行駛和充電、降低噪音以及改善燃料消耗的高度可靠的電氣機(jī)車。(第四實(shí)施例)圖6示出根據(jù)第四實(shí)施例的混合式電氣機(jī)車的回路構(gòu)造。如本圖所示，電氣機(jī)車包括兩個(gè)包含發(fā)動(dòng)機(jī)和發(fā)電機(jī)的組。換言之，電氣機(jī)車包括第一發(fā)動(dòng)機(jī)21a、由所述第一發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)發(fā)電的發(fā)電機(jī)22a、第二發(fā)動(dòng)機(jī)21b、由所述第二發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)發(fā)電的發(fā)電機(jī)22b、連接至發(fā)電機(jī)22a和22b的電力變換裝置23a和23b、以及蓄電池31。再者，電氣機(jī)車包括分別驅(qū)動(dòng)軸的主電動(dòng)機(jī)26a、26b和26c，輔助機(jī)械27a和27b諸如送風(fēng)機(jī)、散熱器或保護(hù)裝置，以及連接至這些輔助機(jī)械的電力變換裝置25a和25b。第一發(fā)動(dòng)機(jī)21a和第二發(fā)動(dòng)機(jī)21b分別與發(fā)電機(jī)22a和22b組合，以便構(gòu)成兩組發(fā)電裝置。獲得自發(fā)電機(jī)22a和22b的交流電通過電力變換裝置23a和23b臨時(shí)變換成直流電。電力變換裝置23a和23b通過直流回路50c連接至電力變換裝置24a和24b以及電力變換裝置25a和25b用于行駛，電力變換裝置24a連接至兩個(gè)主電動(dòng)機(jī)26a和26b，電力變換裝置24b連接至兩個(gè)主電動(dòng)機(jī)26c和26d。蓄電池31連接至直流回路50c第一發(fā)動(dòng)機(jī)21a和第二發(fā)動(dòng)機(jī)21b之間，從而使得其能夠儲(chǔ)存發(fā)電機(jī)22a和22b所發(fā)的電力并且將儲(chǔ)存的電力供給至直流回路50c。在直流回路50c中，斷開或閉合連接的第一接觸器Kl設(shè)置在第一發(fā)動(dòng)機(jī)21a與蓄電池31之間，斷開或閉合連接的第二接觸器K2設(shè)置在第二發(fā)動(dòng)機(jī)21b與蓄電池31之間。第一和第二接觸器Kl和K2中的每個(gè)均由例如電池開關(guān)構(gòu)成，并且其斷開/閉合的操作由控制單元46控制。根據(jù)第四實(shí)施例的如此構(gòu)造的混合式電氣機(jī)車，電氣回路的連接和斷開由第一接觸器Kl和第二接觸器K2根據(jù)車輛的行駛狀況、蓄電池的充電狀況和輔助機(jī)械的驅(qū)動(dòng)狀況來控制，來自發(fā)動(dòng)機(jī)的電力和來自蓄電池的電力被使用以驅(qū)動(dòng)主電動(dòng)機(jī)26a至26d和輔助機(jī)械27a和27b，來自發(fā)動(dòng)機(jī)的電力和來自驅(qū)動(dòng)側(cè)的再生能量能夠儲(chǔ)存在蓄電池31中。盡管描述了特定的實(shí)施例，這些實(shí)施例僅以示例的方式呈現(xiàn)，并且不意圖限制本發(fā)明的范圍。確實(shí)，本文所描述的新穎實(shí)施例可以以各種其它形式實(shí)施；此外，在不偏離本發(fā)明的實(shí)質(zhì)的情況下，可以對(duì)本文所描述實(shí)施例的形式進(jìn)行各種省略、替換和改變。所附權(quán)利要求書及其等同形式意圖覆蓋落入本發(fā)明的范圍和實(shí)質(zhì)內(nèi)的這種形式或更改。盡管柴油機(jī)在前述實(shí)施例中被用作第一至第三發(fā)動(dòng)機(jī)，本發(fā)明并不限于此，可以使用汽油機(jī)。輔助機(jī)械并不限于前述實(shí)施例中的那些，可以選用各種類型的輔助機(jī)械。電氣機(jī)車的回路構(gòu)造只是實(shí)施例的示例，其并不限制接觸器的位置或者回路的連接方法。
權(quán)利要求
1.一種混合式電氣機(jī)車，包括: 電動(dòng)機(jī)； 第一發(fā)動(dòng)機(jī)和第二發(fā)動(dòng)機(jī)，所述第一發(fā)動(dòng)機(jī)和所述第二發(fā)動(dòng)機(jī)安裝在車輛本體內(nèi)用于驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)； 第三發(fā)動(dòng)機(jī)，所述第三發(fā)動(dòng)機(jī)安裝在車輛本體內(nèi)，具有比第一發(fā)動(dòng)機(jī)和第二發(fā)動(dòng)機(jī)的排量更小的排量，用于驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)； 至少一個(gè)電氣裝置，所述電氣裝置安裝在車輛本體中；以及 連接至所述第一發(fā)動(dòng)機(jī)、所述第二發(fā)動(dòng)機(jī)、所述第三發(fā)動(dòng)機(jī)和所述電氣裝置的蓄電池。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的混合式電氣機(jī)車，其特征在于，另外包括:主回路，所述主回路被構(gòu)造成將由所述第一發(fā)動(dòng)機(jī)、所述第二發(fā)動(dòng)機(jī)以及所述第一發(fā)動(dòng)機(jī)和所述第二發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的發(fā)電機(jī)所發(fā)的電力供給至所述電動(dòng)機(jī)； 副回路，所述副回路被構(gòu)造成將由所述第三發(fā)動(dòng)機(jī)和所述第三發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的發(fā)電機(jī)所發(fā)的電力供給至所述電氣裝置，并且所述副回路連接至所述主回路；以及 連接至所述主回路和所述副回路的蓄電池，所述蓄電池被構(gòu)造成儲(chǔ)存由所述第一發(fā)動(dòng)機(jī)、所述第二發(fā)動(dòng)機(jī)、所述第三發(fā)動(dòng)機(jī)和該三個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的發(fā)電機(jī)所發(fā)的電力，并且被構(gòu)造成將儲(chǔ)存的電力供給至所述主回路和所述副回路。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的混合式電氣機(jī)車，其特征在于，另外包括:接觸器，所述接觸器設(shè)置在所述副回路和蓄電池一組與所述主回路之間，并且被構(gòu)造成斷開或閉合在所述副回路和蓄電池一組與所述主回路之間的連接；以及 控制單元，所述控制單元被構(gòu)造`成根據(jù)電力至主電動(dòng)機(jī)的供給狀況以及電力在所述蓄電池中的儲(chǔ)存狀況來控制所述接觸器的斷開/閉合的操作。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的混合式電氣機(jī)車，其特征在于，另外包括第二接觸器，所述第二接觸器設(shè)置在所述副回路與所述蓄電池之間，并且被構(gòu)造成斷開或閉合在所述副回路與所述蓄電池之間的連接，其中，所述控制單元被構(gòu)造成根據(jù)電力至所述電動(dòng)機(jī)的供給狀況以及電力在所述蓄電池中的儲(chǔ)存狀況來控制所述第二接觸器的斷開/閉合的操作。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的混合式電氣機(jī)車，其特征在于，另外包括第三接觸器，所述第三接觸器設(shè)置在所述主回路中由所述第一發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的發(fā)電機(jī)與由所述第二發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的發(fā)電機(jī)之間，并且被構(gòu)造成斷開或閉合在發(fā)電機(jī)與所述主電動(dòng)機(jī)之間的連接，其中，所述控制單元被構(gòu)造成根據(jù)電力至所述電動(dòng)機(jī)的供給狀況以及電力在蓄電池中的儲(chǔ)存狀況來控制所述第三接觸器的斷開/閉合的操作。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的混合式電氣機(jī)車，其特征在于，另外包括電力變換裝置，其安裝在所述車輛本體中，連接至所述副回路，被構(gòu)造成能夠連接至另一車輛的電源，并且被構(gòu)造成將電力供給至蓄電池。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的混合式電氣機(jī)車，其特征在于，所述第一發(fā)動(dòng)機(jī)和所述第二發(fā)動(dòng)機(jī)和發(fā)電機(jī)安裝在所述車輛本體的地板上，所述第三發(fā)動(dòng)機(jī)和由所述第三發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的發(fā)電機(jī)裝設(shè)在所述車輛本體的地板下方。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的混合式電氣機(jī)車，其特征在于，所述第一發(fā)動(dòng)機(jī)和所述第二發(fā)動(dòng)機(jī)具有相同的排量。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的混合式電氣機(jī)車，其特征在于，另外包括電力變換裝置，其安裝在所述車輛本體中，連接至所述副回路，被構(gòu)造成能夠連接至另一車輛的電源，并且被構(gòu)造成將電力供給至蓄電池。
10.根據(jù)權(quán)利要求2所述的混合式電氣機(jī)車，其特征在于，另外包括電力變換裝置，其安裝在所述車輛本體中，連接至所述副回路，被構(gòu)造成能夠連接至另一車輛的電源，并且被構(gòu)造成將電力供給至蓄電池。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的混合式電氣機(jī)車，其特征在于，所述第一發(fā)動(dòng)機(jī)和所述第二發(fā)動(dòng)機(jī)和發(fā)電機(jī)安裝在所述車輛本體的地板上，并且第三發(fā)動(dòng)機(jī)和由所述第三發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的發(fā)電機(jī)裝設(shè)在所述車輛本體的地板下方。
12.根據(jù)權(quán)利要求2所述的混合式電氣機(jī)車，其特征在于，所述第一發(fā)動(dòng)機(jī)和所述第二發(fā)動(dòng)機(jī)和發(fā)電機(jī)安裝在所述車輛本體的地板上，并且第三發(fā)動(dòng)機(jī)和由所述第三發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的發(fā)電機(jī)裝設(shè)在所述車輛本體的地板下方。
13.根據(jù)權(quán)利要求3所述的混合式電氣機(jī)車，其特征在于，所述第一發(fā)動(dòng)機(jī)和所述第二發(fā)動(dòng)機(jī)和發(fā)電機(jī)安裝在所述車輛本體的地板上，并且第三發(fā)動(dòng)機(jī)和由所述第三發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的發(fā)電機(jī)裝設(shè)在所述車輛本體的地板下方。
14.根據(jù)權(quán)利要求1所述的混合式電氣機(jī)車，其特征在于，所述第一發(fā)動(dòng)機(jī)和所述第二發(fā)動(dòng)機(jī)具有相同的排量。
15.根據(jù)權(quán)利要求2所述的混合式電氣機(jī)車，其特征在于，所述第一發(fā)動(dòng)機(jī)和所述第二發(fā)動(dòng)機(jī)具有相同的排量。
16.根據(jù)權(quán)利要求3所述的混合式電氣機(jī)車，其特征在于，所述第一發(fā)動(dòng)機(jī)和所述第二發(fā)動(dòng)機(jī)包括相同的排量。
17.根據(jù)權(quán)利要求4所述的混合式電氣機(jī)車，其特征在于，所述第一發(fā)動(dòng)機(jī)和所述第二發(fā)動(dòng)機(jī)具有相同的排量。
18.根據(jù)權(quán)利要求5所述的混合式電氣機(jī)車，其特征在于，所述第一發(fā)動(dòng)機(jī)和所述第二發(fā)動(dòng)機(jī)具有相同的排量。
全文摘要
根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，混合式電氣機(jī)車包含電動(dòng)機(jī)；安裝在車輛本體中用于驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)的第一發(fā)動(dòng)機(jī)和第二發(fā)動(dòng)機(jī)；安裝在車輛本體中的第三發(fā)動(dòng)機(jī)，其具有比第一發(fā)動(dòng)機(jī)和第二發(fā)動(dòng)機(jī)小的排量，用于驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)；安裝在車輛本體中的至少一個(gè)電氣裝置；以及連接至第一發(fā)動(dòng)機(jī)、第二發(fā)動(dòng)機(jī)、第三發(fā)動(dòng)機(jī)和電氣裝置的蓄電池。
文檔編號(hào)B60K6/20GK103171566SQ201210558950
公開日2013年6月26日 申請(qǐng)日期2012年12月20日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月20日
發(fā)明者神田正彥 申請(qǐng)人:株式會(huì)社東芝