[發(fā)明專利]無線供電型高速列車系統(tǒng)

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201510569730.8
• 申請日: 2015-09-08
• 公開（公告）號: CN105048656A
• 公開（公告）日: 2015-11-11
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 李連鶴;張欣;楊慶新;張獻;薛明;章鵬程;蘇杭
• 申請（專利權(quán)）人: 天津工業(yè)大學(xué)
• 主分類號: H02J17/00
• 分類號: H02J17/00;B61C3/00
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技術(shù)領(lǐng)域

電力列車在低速運行狀態(tài)下，受電弓滑板與接觸網(wǎng)導(dǎo)線之間的接觸相對平穩(wěn)，通常能夠正常受流。然而在高速運行狀態(tài)下，弓網(wǎng)關(guān)系將受到摩擦、離線、振動、電弧和環(huán)境等多方面挑戰(zhàn)，持續(xù)穩(wěn)定的高速受流問題亟待解決。因此，研究高速列車無線供電技術(shù)具有十分重要的意義。本發(fā)明對于高速列車拓展了一種新的供電方式，能量的發(fā)送線圈沿軌道懸空架設(shè)于車身之上，接收線圈在車身頂部，能量從上往下傳遞。本發(fā)明代替了受電弓與接觸網(wǎng)滑動取電的傳統(tǒng)方式，允許存在數(shù)十厘米的工作間隙，提高了絕緣強度，避免了弓網(wǎng)電弧頻繁出現(xiàn)及高速移動時材料磨損等諸多問題，從而顯著提高受流質(zhì)量。如果本發(fā)明應(yīng)用于實踐，將是高鐵供電方法革命性突破，對高鐵發(fā)展具有里程碑意義。

背景技術(shù)

傳統(tǒng)的電能傳輸方式主要是以導(dǎo)線為介質(zhì)的電能傳輸，這種方式不僅破壞了人們生活的美感，而且由于存在老化、摩擦、磨損、易產(chǎn)生火花等問題，影響了供電的安全性和可靠性，縮短了電氣設(shè)備的使用壽命。另外，傳統(tǒng)的有線輸電方式已經(jīng)不能滿足時代的發(fā)展，不再滿足一些特殊應(yīng)用場合的需求，無線電能傳輸(WirelessElectricityTransfer)方式的出現(xiàn)彌補了以上不足。無線輸電技術(shù)始于1889年的尼古拉·特斯拉的研究，多年來國內(nèi)外的科學(xué)家執(zhí)著地開展了很多探索研究工作，但進展較為緩慢。無線輸電技術(shù)作為新的電能儲存和傳輸技術(shù)越來越受到國內(nèi)外研究人員的關(guān)注，在電動汽車、航空航天、電力系統(tǒng)、能源交通、生物醫(yī)療、通訊技術(shù)等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景。按照應(yīng)用場合的不同，無線電能傳輸主要分為電磁波輻射式、電磁感應(yīng)式、磁耦合諧振式三種傳輸方式。

《國家中長期科學(xué)和技術(shù)發(fā)展規(guī)劃綱要》中指出交通運輸作為國家重點發(fā)展方向，高速軌道作為首要的運輸載體。國務(wù)院批準實施《中長期鐵路網(wǎng)規(guī)劃》方案，使我國高速鐵路在較短時間內(nèi)取得了迅猛發(fā)展。2012年，國務(wù)院通過了《“十二五”綜合交通運輸體系規(guī)劃》，其中指出中國要在2015年建成“四橫四縱”的高鐵運輸網(wǎng)絡(luò)，3個城際快速客運高鐵系統(tǒng)，建設(shè)周邊的延伸線、輔助線和聯(lián)絡(luò)線。預(yù)計2015年中國將具有接近2萬公里的高鐵總里程。我國的高速鐵路系統(tǒng)以嶄新的面貌，與日本新干線N70系與E5系、法國TGV和德國ICE系一起成為世界高速鐵路技術(shù)的典型代表。國內(nèi)以及國外的高速鐵路在建設(shè)中和運營中的經(jīng)驗表明了高速鐵路具有五大特點：高穩(wěn)定性、高可靠性、高安全性、高平順性、高精確度等。處理好受電弓與接觸網(wǎng)之間的關(guān)系，解決高速下列車穩(wěn)定受流，是保證“五高特點”能夠?qū)崿F(xiàn)的必要途徑。高鐵列車在高速運行狀態(tài)下，摩擦、離線、振動、打弧和自然環(huán)境等等都會給弓網(wǎng)關(guān)系帶來問題。這些問題的存在，顯而易見是制約高鐵列車迅速發(fā)展的瓶頸。為解決這些問題，本發(fā)明利用無線電能傳輸技術(shù)向高鐵列車提供穩(wěn)定、可靠的電能。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明是以無線供電方式向高速電力機車進行供電，可以避免由于受電弓滑板在接觸網(wǎng)導(dǎo)線上滑動取電而造成的材料磨損與弓網(wǎng)電弧問題，實現(xiàn)向高速列車穩(wěn)定、可靠的提供驅(qū)動電源，顯著提高受流質(zhì)量，對促進我國高速鐵路的建設(shè)和發(fā)展具有重要意義。

本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是：基于無線供電技術(shù)的高速列車系統(tǒng)，設(shè)置有整流濾波部分(1)將普通的市電220V電源輸入的交流電轉(zhuǎn)變成直流電；斬波調(diào)功部分(2)用于將整流濾波部分輸出的直流電轉(zhuǎn)換為適應(yīng)負載功率要求的交變電流，相當于調(diào)節(jié)功率的作用；高頻逆變部分(3)應(yīng)用功率振蕩電路產(chǎn)生高頻的電流；高頻諧振部分(4)使能量發(fā)送端與接收端的頻率達到平衡；能量發(fā)送線圈(5)將高頻電流轉(zhuǎn)化為高頻磁場；能量接收線圈(6)將高頻磁場轉(zhuǎn)化為交流電流；整流濾波部分(7)將電磁場接收線圈(6)接收到的交流電轉(zhuǎn)換為電壓值恒定的直流電，進而將直流電調(diào)制成所需頻率的交流電，最終將交流電輸出到列車模型(9)下的負載電機(8)；電磁屏蔽模塊(10)將多余的磁場束縛在其中，以便減少渦流損耗的產(chǎn)生。

所述的整流濾波部分(1)由整流電路和濾波電路兩部分組成，整流部分用二極管將交流電變?yōu)橹绷麟姡瑫r濾波電路串聯(lián)在整流電路用以消除高次諧波，輸出恒定電壓的直流電。

所述的斬波調(diào)功部分(2)由IGBT完成，用于將整流濾波部分輸入的直流電轉(zhuǎn)換為適應(yīng)負載功率要求的交變電流，輸出電壓的大小取決于控制器的PWM(16)輸出。

所述的高頻逆變部分(3)由橋逆變電路組成，其控制端也由控制器的PWM(17)完成，全橋逆變電路的開關(guān)頻率固定，與發(fā)射線圈(5)的諧振頻率一致。

所述的高頻諧振部分(4)采用的是串聯(lián)諧振，使能量發(fā)送端與接收端的頻率達到平衡。