一種跨座式單軌鐵路無線供電系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種無線電能傳輸在軌道交通上的工程應(yīng)用系統(tǒng)。特別是涉及一種跨座式單軌鐵路無線供電系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]我國城市的現(xiàn)有的交通系統(tǒng)存在諸多問題，比如突出的有三個方面:高峰時段堵塞和擁擠嚴(yán)重，交通結(jié)構(gòu)單一，對環(huán)境的影響較大。要根本解決交通問題，就必須調(diào)整現(xiàn)有的交通結(jié)構(gòu)，發(fā)展各種軌道交通。作為中等運(yùn)量的軌道交通，單軌鐵路是符合我國城市需求的交通形式。
[0003]近年來無線電能傳輸技術(shù)取得快速發(fā)展，從小功率的電子產(chǎn)品家用電器的無線充電到大功率的電動汽車無線充電，無線電能傳輸技術(shù)都有著出色的表現(xiàn)，它作為一種能量傳輸?shù)姆椒?，有效地彌補(bǔ)了傳統(tǒng)有接觸式電能傳輸?shù)谋锥恕Ｖ钡?007年美國麻省理工學(xué)院的馬林.索爾賈?？私淌诩捌鋱F(tuán)隊(duì)以電磁場諧振理論為基礎(chǔ)在兩米開外點(diǎn)亮一個60W的燈泡，提出了電磁諧振耦合式無線電能傳輸理論，該技術(shù)彌補(bǔ)了感應(yīng)耦合式WPT技術(shù)在傳輸距離和設(shè)備應(yīng)用靈活性的弊端，引領(lǐng)了國內(nèi)外學(xué)者對諧振耦合式WPT技術(shù)的研究熱潮。由于磁耦合諧振式無線電能傳輸技術(shù)的不斷發(fā)展，對于無線電能傳輸?shù)木嚯x等性能參數(shù)有著很大的改變。
[0004]無線電能傳輸技術(shù)自問世以來主要經(jīng)過了微波傳輸、激光傳輸、感應(yīng)耦合傳輸?shù)仍缙谘芯侩A段，到后來的磁耦合諧振等多種方式并存的快速發(fā)展階段，發(fā)展到今天已經(jīng)進(jìn)入產(chǎn)品應(yīng)用和市場推廣階段。隨著技術(shù)的不斷突破，無線電能傳輸技術(shù)不斷給人類的生活帶來便利。
[0005]目前單軌鐵路主要采用有接觸的軌道供電方式，這種供電方式由于供電導(dǎo)軌裸露在空氣中，存在很大的安全隱患，對人民的生命財(cái)產(chǎn)安全產(chǎn)生威脅。此外由于供電導(dǎo)軌裸露在外部，易遭受到人為破壞或自然腐蝕。因此如何有效地解決供電可靠性與安全性的問題不容忽視。這類有接觸的供電方式弊端在于:由于滑動摩擦，受電弓或者集電刷等部件磨損嚴(yán)重，需要定期更換，維護(hù)成本較高。有接觸供電方式不可避免的出現(xiàn)電線裸露等情況，存在安全隱患。在惡劣天氣下，如冰雪災(zāi)害下，架空式接觸網(wǎng)線路或者輸電軌道附冰，難以保證可靠的供電，此外在電力機(jī)車高速運(yùn)行的情況下，架空式接觸網(wǎng)線纜會出現(xiàn)打弧、離線等危險(xiǎn)情況。本發(fā)明采用無線非接觸的方式為單軌鐵路供電，從根本上避免以上問題，從而顯著提高受流質(zhì)量，實(shí)現(xiàn)電能的高效傳輸與利用，而且比傳統(tǒng)的滑動有接觸供電方式更加安全可靠。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]發(fā)明目的:為了克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足，本發(fā)明提供一種跨座式單軌鐵路無線供電系統(tǒng)，采用無線供電的方式規(guī)避了現(xiàn)有技術(shù)中接觸供電安全性差的弊端，采用定位切換分段供電的方式有利于降低無線傳輸電能時的損耗，提高效率，解決了現(xiàn)有技術(shù)中的不足。
[0007]技術(shù)方案:為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為:一種跨座式單軌鐵路無線供電系統(tǒng)包括電網(wǎng)、高頻逆變裝置、無線電發(fā)射裝置、無線電接收裝置、整流變換裝置和機(jī)車負(fù)載。
[0008]首先，將軌道橋梁按照一定的間隔分成若干長度相同的分段。
[0009]所述無線電發(fā)射裝置包括矩形螺旋發(fā)射線圈，所述矩形螺旋發(fā)射線圈為獨(dú)立的附加串聯(lián)諧振補(bǔ)償電容的線圈，所述發(fā)射線圈的圓心連線軸與地面垂直，布置在每個分段內(nèi)軌道橋梁的左右兩側(cè)，每個分段內(nèi)發(fā)射線圈相互對稱且水平高度相同，每個分段內(nèi)左右兩側(cè)的發(fā)射裝置采用串聯(lián)的連接方式;每個分段內(nèi)的無線電發(fā)射裝置連接到一個獨(dú)立的開關(guān)并通過高頻逆變裝置連接到電網(wǎng)；
[0010]在軌道橋梁的每個分段內(nèi)設(shè)有位置檢測裝置;所述位置檢測裝置與所述的獨(dú)立的開關(guān)相連接;每個分段均安裝有一個長矩形的能量發(fā)射線圈，每個此類發(fā)射線圈均由單獨(dú)的開關(guān)控制是否接入電路，當(dāng)電力機(jī)車離開前一個長矩形發(fā)射線圈的范圍，進(jìn)入下一個長矩形發(fā)射線圈范圍，此時需要將前一個長矩形線圈斷開，將下一個長矩形線圈接入電路。
[0011]所述無線電接收裝置包括矩形螺旋接收線圈，所述矩形螺旋接收線圈為獨(dú)立的附加串聯(lián)諧振補(bǔ)償電容的線圈，所述接收線圈的圓心連線軸與地面垂直，布置在列車車廂底部左右兩側(cè)，每節(jié)車廂底部左右兩側(cè)的無線電接收裝置相互對稱且水平高度相同，每節(jié)車廂底部左右兩側(cè)的接收裝置采用串聯(lián)的方式連接;所述無線電接收裝置通過整流變化裝置連接到機(jī)車負(fù)載。
[0012]在無線電能傳輸系統(tǒng)中，最常用的線圈形狀為圓形線圈和矩形線圈等，實(shí)際生活總，車廂底部最大的有效形狀為長矩形，因此為了最大限度的利用該空間，本發(fā)明選擇矩形線圈，可以最大限度的利用該空間。
[0013]與傳統(tǒng)的單發(fā)射與單接收線圈相比，本發(fā)明采用雙側(cè)收發(fā)的方式，充分利用現(xiàn)有的單軌鐵路系統(tǒng)底部有限空間，因此每時刻均存在兩個發(fā)射線圈和兩個接收線圈，采用該結(jié)構(gòu)有效增強(qiáng)收發(fā)端的互感耦合，從而有效增大能量傳輸?shù)墓β省?br>[0014]如果左右兩側(cè)的發(fā)射線圈和接收線圈不串聯(lián)，則在接收端需要兩組整流裝置，對應(yīng)于每個獨(dú)立的接收線圈，本發(fā)明將左右兩側(cè)的發(fā)射線圈和接收線圈串聯(lián)到一起，僅需要一組整流轉(zhuǎn)置即可實(shí)現(xiàn)對接收到的高頻電流整流，有效降低成本。此外，雙側(cè)均安裝接收線圈可以充分利用有線的車廂底部空間，增大收發(fā)裝置耦合系數(shù)，從而增大能量傳輸功率。
[0015]進(jìn)一步的，綜合考慮列車運(yùn)行速度、切換控制的響應(yīng)速度、能量傳輸過程中在各分段上的損耗以及分段數(shù)量對應(yīng)的建設(shè)成本等因素，所述的發(fā)射線圈長度為列車長度的10至20倍。
[0016]進(jìn)一步的，所述的接收線圈長度與每節(jié)車廂長度相同。由于受到車廂長度的限制，在實(shí)施中不能超過車廂的長度，為了最大限度利用車廂底部空間，接收線圈長度需要盡可能大，因此近似等于每節(jié)車廂長度。
[0017]進(jìn)一步的，所述的發(fā)射線圈和接收線圈的諧振頻率與高頻逆變裝置產(chǎn)生的高頻電流頻率一致。發(fā)射裝置和接收裝置均可以通過調(diào)整補(bǔ)償電容的大小，保證發(fā)射裝置和接收裝置的諧振頻率與高頻逆變裝置產(chǎn)生的高頻電流頻率一致。
[0018]進(jìn)一步的，所述的無線電接收裝置安裝的數(shù)量少于或等于列車車廂的數(shù)量。
[0019]有益效果:本發(fā)明提供的一種跨座式單軌鐵路無線供電系統(tǒng)，基于磁耦合諧振式無線電能傳輸技術(shù)，采用無線電發(fā)射裝置和無線電接收裝置，發(fā)射裝置和接收裝置均豎直放置，通過收發(fā)裝置的耦合作用，將電能無線傳遞到電力機(jī)車上，為電力機(jī)車的運(yùn)行提供動力。本發(fā)明采用無線供電的方式為跨座式單軌鐵路供電，不僅有效地避免了有接觸導(dǎo)軌式供電的弊端，提高的跨座式單軌鐵路供電的可靠性和安全性，而且采用本發(fā)明涉及到的特殊結(jié)構(gòu)的無線電發(fā)射裝置和無線電接收裝置進(jìn)一步提高了能量傳輸?shù)男屎凸β?，并且分段切換的方式還降低了雙側(cè)發(fā)射線圈的損耗。
【附圖說明】
[0020]圖1為本發(fā)明一種跨座式單軌鐵路無線供電系統(tǒng)原理示意圖；
[0021 ]圖2為本發(fā)明具體實(shí)施的能量傳輸裝置安裝示意圖；
[0022]圖3為本發(fā)明發(fā)射裝置和接收裝置簡化電路圖。
【具體實(shí)施方式】
[0023]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作更進(jìn)一步的說明。
[0024]本發(fā)明設(shè)計(jì)了一種跨座式單軌鐵路無線供電系統(tǒng)，包括電網(wǎng)、高頻逆變裝置、無線電發(fā)射裝置、無線電接收裝置、整流變換裝置、機(jī)車負(fù)載。根據(jù)列車的位置，將相應(yīng)的無線電發(fā)射裝置接入電路。由電源給能量發(fā)射裝置供電，與位于機(jī)車正對的接收裝置耦合，拾取到來自分布式發(fā)射線圈的能量，在接收裝置中重新產(chǎn)生交流電流，經(jīng)過整流變換裝置中的電力電子裝置，產(chǎn)生適合于機(jī)車使用的電能，為負(fù)載提供動力。
[0025]如圖2所示，雙側(cè)分段分布式發(fā)射裝置為多個獨(dú)立的附加串聯(lián)諧振補(bǔ)償電容的長矩形螺旋發(fā)射線圈，每個長矩形螺旋發(fā)射線圈長度根據(jù)運(yùn)行列車的長度而定，長度約為運(yùn)行列車長度的10至20倍，雙側(cè)分段分布式發(fā)射裝置安裝在單軌鐵路軌道梁兩側(cè)，分別對稱左右豎直安裝，整條軌道均安裝所述分段分布的發(fā)射裝置。
[0026]雙側(cè)分段分布式接收裝置為多個獨(dú)立的附加串聯(lián)諧振補(bǔ)償電容的矩形螺旋接收線圈，每個矩形螺旋接收線圈長度根據(jù)每節(jié)車廂的長度確定，長度略短于每節(jié)車廂的長度。雙側(cè)分段分布式接收線圈分別豎直安裝在每節(jié)車廂與軌道梁跨接部分的左右內(nèi)側(cè)。雙側(cè)分段分布式接收裝置的安裝數(shù)量不超過列車車廂數(shù)量。
[0027]通過調(diào)節(jié)接收端補(bǔ)償電容調(diào)節(jié)能量接收裝置的諧振頻率。調(diào)節(jié)發(fā)射裝置和接收裝置處于同一諧振頻率，電能通過磁場耦合的方式進(jìn)行能量傳輸。
[0028]如圖3所示，雙側(cè)分段分布式發(fā)射裝置各分段內(nèi)的對稱位置左右兩個發(fā)射裝置采