[發明專利]一種磁浮列車懸浮控制器

有效

• 申請號: 201610112380.7
• 申請日: 2016-02-29
• 公開（公告）號: CN105667338B
• 公開（公告）日: 2017-11-07
• 發明（設計）人: 林國斌;徐俊起;袁建軍;榮立軍;高定剛
• 申請（專利權）人: 同濟大學
• 主分類號: B60L13/04
• 分類號: B60L13/04
• 代理公司: 上海科盛知識產權代理有限公司31225
• 代理人: 趙繼明

技術領域

本發明涉及一種磁浮控制裝置，尤其是涉及一種磁浮列車懸浮控制器，屬于采用電磁懸浮或永磁電磁混合懸浮的懸浮控制器技術。

背景技術

磁浮列車是一種新型的軌道交通運輸工具，具有運行噪聲低、爬坡能力強、轉彎半徑小、安全可靠性高、運營維護成本低、造價低等突出特點。它利用電磁吸力使車體懸浮于軌道之上，列車與軌道之間保持無接觸狀態，克服了兩者間的接觸磨損，減小了運行阻力。懸浮控制器是實現車輛懸浮的執行機構，它根據懸浮電磁鐵與軌道之間的氣隙以及電磁鐵的垂向運動加速度來改變懸浮電磁鐵內部電流的大小,從而調節懸浮電磁鐵與鋼制軌道之間的吸引力,使磁浮列車保持在8～10mm氣隙大小的穩定懸浮狀態。經過幾十年的技術開發，磁浮列車技術已基本成熟，正在逐步走向商業化生產和運營。

如圖1所示，目前，中低速磁浮列車車輛走行部采用四懸浮架或五懸浮架結構。每個懸浮架上左右兩側各有1個電磁鐵1。每個電磁鐵1由4個線圈組成，兩端兩個線圈串聯在一起由1個懸浮控制器控制，稱為一個懸浮點。每個懸浮架的電磁鐵1由4個懸浮控制器獨立控制。

由于中低速磁浮列車車輛懸浮架結構所限，每個懸浮點對應1個空氣彈簧，空氣彈簧傳遞懸浮架和車體之間的作用力。從圖1可以看出，當4個懸浮控制器中的任何一個出現故障時，對應的懸浮點將不能實現穩定懸浮，滑橇降落在軌道上，磁浮列車只能減速退出運行。假如五懸浮架結構三節編組的一列磁浮車，每節車有20個懸浮控制器，一列車共有60個懸浮控制器。只要60個懸浮控制器之中的1個出現故障，此列車就要退出運行，并且以故障狀態慢速回庫維修。這樣的狀況使得磁浮列車的可用性很差，不能達到商用運營的要求，成為制約磁浮列車進一步發展和應用的瓶頸。解決這個問題的基本途徑有兩個：一個是從結構上對中低速磁浮列車進行全面改造，使系統能夠適應任何一個懸浮控制器故障都能夠維持正常運行，如德國TR08系列高速磁浮列車“二托一”式的懸浮架結構。顯然這樣大規模改造的代價是高昂的，并且改造后會出現車輛結構不再適應原有的線路條件等問題；另一個途徑是對懸浮控制器進行冗余設計，使得一個懸浮控制器故障后，另一個懸浮控制器接替故障控制器繼續工作，比如每個懸浮點配置兩個懸浮控制器。然而此種冗余式設計也有明顯的缺點，如懸浮控制器數量增加一倍、成本增加、可靠性低、維護困難等問題以及兩者之間通訊、故障判斷和工作接管等技術性問題。

發明內容

本發明的目的就是為了克服上述現有技術存在的缺陷而提供一種功能優化、占用體積小的磁浮列車懸浮控制器。

本發明的目的可以通過以下技術方案來實現：

一種磁浮列車懸浮控制器，用于控制磁浮列車電磁鐵，其特征在于，包括三個控制單元，分別為第一主控制單元、第二主控制單元和冗余控制單元，其中第一主控制單元與第二主控制單元結構相同，均包括主控制電路、主選通功率開關、為所述主選通功率開關提供功率的主功率變換電路以及為所述主控制電路和主功率變換電路供電的主輔助電源，兩個所述的主選通功率開關與電磁鐵兩端的串聯線圈組一一對應連接，

所述的冗余控制單元包括冗余控制電路、兩個冗余選通功率開關、功率輸出端分別與兩個冗余選通功率開關連接的冗余功率變換電路以及為所述冗余控制電路和冗余功率變換電路供電的冗余輔助電源，所述的兩個冗余選通功率開關與電磁鐵兩端的串聯線圈組一一對應連接，

第一主控制單元的主選通功率開關的通斷同時受第一主控制單元的主控制電路與冗余控制電路控制，第二主控制單元的主選通功率開關的通斷同時受第二主控制單元的主控制電路與冗余控制電路控制，兩個冗余選通功率開關的通斷均受冗余控制電路控制，冗余控制電路分別與兩個主控制電路通信，形成冗余控制。

兩個所述的主控制電路分別與對應串聯線圈組的懸浮傳感器連接，所述的冗余控制電路同時與電磁鐵兩端的串聯線圈組的懸浮傳感器連接，用以計算串聯線圈組所需電流，并控制主功率變換電路或冗余功率變換電路在對應串聯線圈組上產生相應大小的電流。

所述的主功率變換電路和冗余功率變換電路均為H型功率變換電路，且均包含全控型功率器件和續流二極管。

所述的全控型功率器件為IGBT或MOSFET。

所述的主選通功率開關和冗余選通功率開關均為全控型電子功率開關。

所述的全控型電子功率開關為IGBT或MOSFET。

所述的主控制電路、冗余控制電路、主功率變換電路和冗余功率變換電路集成在一個箱體中，所述的冗余控制電路和冗余功率變換電路為主控制電路和主功率變換電路的熱備份。