CN103795156B - 一种蜂窝式线圈的轨道交通非接触供电装置及其供电方法 - Google Patents
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Abstract
一种蜂窝式线圈的轨道交通非接触供电装置及其供电方法，供电装置包括机车底部的拾取线圈，供电所的控制器、控制器与交-直-交变频器相连、交-直-交变换器同时与轨道供电段地表下方埋设的供电线圈相连，所述的供电线圈为大小相等、蜂窝式排满轨道供电段地表下方的多个小供电线圈并联组成，每个小供电线圈上均串联有开关管，开关管的控制端与控制器相连；轨道供电段地表中心线上每隔一个小供电线圈的距离设置一个检测拾取线圈的信号接收器，信号接收器也与控制器相连；拾取线圈上设有信号发生器。该种非接触供电装置的供电功率高，磁场利用率高，节约能源，并且明显减少电磁辐射。
Description
技术领域
本发明涉及一种蜂窝式线圈的轨道交通非接触供电装置及其供电方法。
背景技术
当前轨道交通工具的主要供电方式为机车的受电弓与轨道沿线的接触网接触，从接触网上取电。这种直接接触供电方式存在诸多问题：导线直接接触的传输方式容易受到外界的腐蚀、水粉尘及污物影响；磨损裸露的导线容易产生碳积、磨损、电火花等存在危险；长距离的输电线路占用大量的空间和金属，在遇到特殊的地理运行环境（如山地、湖泊等）将严重制约有线网络的布线工程。而采用非接触式电能传输技术则可以避免以上各种类似事故而简化供电系统。
感应式非接触电能传输（ICPT）技术是一种基于电磁场近场松耦合感应原理，综合利用电力电子变换技术、磁场耦合技术以及控制理论，实现用电设备以非导线接触方式从电网获取能量的技术，具有供电灵活、安全可靠、维护成本低等特点。
现有的轨道交通非接触供电装置，其组成是：机车底部的拾取线圈，供电所的控制器、控制器与交-直-交变频器相连、交-直-交变换器同时与轨道供电段地表下方埋设的供电线圈相连，供电线圈为绕轨道供电段的两根长直导线构成的长矩形线圈。机车进入供电段后，交-直-交变频器在控制器（4）的控制下，向供电线圈供电，供电线圈产生交变磁场，拾取线圈感应产生感应电动势，实现对机车的非接触供电。其存在的问题是：线圈分布稀疏，产生的磁场强度低，供电功率低；且机车进入供电段感应取电的整个时间段内，整个长矩形供电线圈均处于通电状态，而每一时刻拾取线圈只能从长矩形供电线圈内一个小面积的局部感应取电，有效感应面积很小，磁场利用率低，产生能源的浪费以及较大的电磁辐射。
发明内容
本发明的目的是提供一种蜂窝式线圈的轨道交通非接触供电装置，该种非接触供电装置的供电功率高，磁场利用率高，节约能源，并且明显减少电磁辐射。
本发明实现其发明目的所采用的技术方案是，一种蜂窝式线圈的轨道交通非接触供电装置，包括机车底部的拾取线圈，供电所的控制器、控制器与交-直-交变频器相连、交-直-交变换器同时与轨道供电段地表下方埋设的供电线圈相连，其特征是：所述的供电线圈为大小相等、蜂窝式排满轨道供电段地表下方的多个小供电线圈并联组成，每个小供电线圈上均串联有开关管，开关管的控制端与控制器相连；轨道供电段地表中心线上每隔一个小供电线圈的距离设置一个检测拾取线圈的信号接收器，信号接收器也与控制器相连；拾取线圈上设有信号发生器。
本发明的另一发明目的是提供一种使用上述的蜂窝式线圈的轨道交通非接触供电装置对机车进行非接触供电的方法。
本发明实现另一发明目的所采用的技术方案是，一种使用上述的蜂窝式线圈的轨道交通非接触供电装置对机车进行非接触供电的方法，其具体做法是：
a、当机车未进入供电所，供电段上所有的信号接收器均不能检测到拾取线圈上的信号发生器发射的信号时，控制器控制每个小供电线圈串联的开关管关断，供电段上所有的小供电线圈断电；
b、当机车进入供电所，拾取线圈进入供电段，拾取线圈正下方的信号接收器检测到拾取线圈上的信号发生器发射的信号时，控制器控制以该信号接收器为中心的多个小供电线圈上串联的开关管导通，导通的小供电线圈的总面积为拾取线圈的1.8-2.2倍；交-直-交变频器输出的高频交流电流过导通的小供电线圈，产生交变磁场，拾取线圈感应到交变磁场，产生感应电动势，实现对机车非接触供电；
c、随着机车及拾取线圈的前进，检测到信号发生器发射信号的信号接收器也不断向前更替，控制器控制更替后的信号接收器为中心的多个小供电线圈串联的开关管导通，并关断其余的开关管，使导通的小供电线圈的总面积为拾取线圈的1.8-2.2倍，且拾取线圈始终位于导通的小供电线圈的正上方；
d、当机车的拾取线圈驶出供电段时，所有的信号接收器均不能检测到拾取线圈上的信号发生器发射的信号时，控制器控制每个小供电线圈上串联的开关管关断，供电段上所有的小供电线圈断电。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
一、蜂窝式布局的线圈有效提高了线圈的分布密度，提高了磁场强度，使其供电功率高。
二、机车进入供电段感应取电的整个时间段内，始终只有拾取线圈正下方的相应小供电线圈通电工作，通电小供电线圈产生的磁场被有效地利用，磁场利用率高；而不能被拾取线圈感应的其它位置的小供电线圈处于断电状态，减少了电磁辐射，节约能源。
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的描述。
附图说明
图1是本发明实施例的电路原理图。
图2是本发明实施例拾取线圈不在供电段时的小供电线圈、信号接收器、拾取线圈和信号发生器的俯视分布示意图。
图3是本发明实施例拾取线圈进入供电段时的小供电线圈、信号接收器、拾取线圈和信号发生器的分布示意图，图3中粗线绘出的小供电线圈表示正在通电工作的小供电线圈。
具体实施方式
实施例
图1-3示出，本发明的一种具体实施方式，一种蜂窝式线圈的轨道交通非接触供电装置，包括机车底部的拾取线圈3，供电所的控制器4、控制器4与交-直-交变频器1相连、交-直-交变换器1同时与轨道供电段地表下方埋设的供电线圈相连，其特征是：所述的供电线圈为大小相等、蜂窝式排满轨道供电段地表下方的多个小供电线圈2a并联组成，每个小供电线圈2a上均串联有开关管2b，开关管2b的控制端与控制器4相连；轨道供电段地表中心线上每隔一个小供电线圈2a的距离设置一个检测拾取线圈3的信号接收器5，信号接收器5也与控制器4相连；拾取线圈3上设有信号发生器6。
使用本例的蜂窝式线圈的轨道交通非接触供电装置对机车进行非接触供电的方法，其具体做法是：
a、当机车未进入供电所，供电段上所有的信号接收器5均不能检测到拾取线圈3上的信号发生器6发射的信号时，控制器4控制每个小供电线圈2a串联的开关管2b关断，供电段上所有的小供电线圈2a断电，如图2所示。
b、当机车进入供电所，拾取线圈3进入供电段，拾取线圈3正下方的信号接收器5检测到拾取线圈3上的信号发生器6发射的信号时，控制器4控制以该信号接收器5为中心的多个小供电线圈2a上串联的开关管2b导通，导通的小供电线圈2a的总面积为拾取线圈3的1.8-2.2倍；交-直-交变频器1输出的高频交流电流过导通的小供电线圈2a，产生交变磁场，拾取线圈3感应到交变磁场，产生感应电动势，实现对机车非接触供电，如图3所示。
c、随着机车及拾取线圈3的前进，检测到信号发生器6发射信号的信号接收器5也不断向前更替，控制器4控制更替后的信号接收器5为中心的多个小供电线圈2a串联的开关管2b导通，并关断其余的开关管2b，使导通的小供电线圈2a的总面积为拾取线圈3的1.8-2.2倍，且拾取线圈3始终位于导通的小供电线圈2a的正上方，如图3所示。
d、当机车的拾取线圈3驶出供电段时，所有的信号接收器5均不能检测到拾取线圈3上的信号发生器6发射的信号时，控制器4控制每个小供电线圈2a上串联的开关管2b关断，供电段上所有的小供电线圈2a断电，如图2所示。
本发明的信号发生器6和信号接收器5可以是各种现有的信号发生器和信号接收器，如红外信号发生器和红外信号接收器，超声波信号发生器和红外信号接收器。
Claims (1)
1.一种使用蜂窝式线圈的轨道交通非接触供电装置对机车进行非接触供电的方法，所述的蜂窝式线圈的轨道交通非接触供电装置，包括机车底部的拾取线圈(3)，供电所的控制器(4)、控制器(4)与交-直-交变换器(1)相连、交-直-交变换器(1)同时与轨道供电段地表下方埋设的供电线圈相连，其中：所述的供电线圈为大小相等、蜂窝式排满轨道供电段地表下方的多个小供电线圈(2a)并联组成，每个小供电线圈(2a)上均串联有开关管(2b)，开关管(2b)的控制端与控制器(4)相连；轨道供电段地表中心线上每隔一个小供电线圈(2a)的距离设置一个检测拾取线圈(3)的信号接收器(5)，信号接收器(5)也与控制器(4)相连；拾取线圈(3)上设有信号发生器(6)，
使用所述的蜂窝式线圈的轨道交通非接触供电装置对机车进行非接触供电的方法，其具体做法是：
a、当机车未进入供电所，供电段上所有的信号接收器(5)均不能检测到拾取线圈(3)上的信号发生器(6)发射的信号时，控制器(4)控制每个小供电线圈(2a)串联的开关管(2b)关断，供电段上所有的小供电线圈(2a)断电；
b、当机车进入供电所，拾取线圈(3)进入供电段，拾取线圈(3)正下方的信号接收器(5)检测到拾取线圈(3)上的信号发生器(6)发射的信号时，控制器(4)控制以该信号接收器(5)为中心的多个小供电线圈(2a)上串联的开关管(2b)导通，导通的小供电线圈(2a)的总面积为拾取线圈(3)的1.8-2.2倍；交-直-交变换器(1)输出的高频交流电流过导通的小供电线圈(2a)，产生交变磁场，拾取线圈(3)感应到交变磁场，产生感应电动势，实现对机车非接触供电；
c、随着机车及拾取线圈(3)的前进，检测到信号发生器(6)发射信号的信号接收器(5)也不断向前更替，控制器(4)控制更替后的信号接收器(5)为中心的多个小供电线圈(2a)串联的开关管(2b)导通，并关断其余的开关管(2b)，使导通的小供电线圈(2a)的总面积为拾取线圈(3)的1.8-2.2倍，且拾取线圈(3)始终位于导通的小供电线圈(2a)的正上方；
d、当机车的拾取线圈(3)驶出供电段时，所有的信号接收器(5)均不能检测到拾取线圈(3)上的信号发生器(6)发射的信号时，控制器(4)控制每个小供电线圈(2a)上串联的开关管(2b)关断，供电段上所有的小供电线圈(2a)断电。
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