混合動力無軌電車的製作方法

2023-05-10 09:20:56

專利名稱：混合動力無軌電車的製作方法
混合動力無軌電車[一] 技術領域 本發明涉及無軌電車，尤其是涉及到使用電網電能帶動電動機和使用燃 料能帶動內燃機的混合動力無軌電車，包括客運車和貨用車。[二] 背景技術 目前已有油電混合動力公交汽車，還沒有混合動力無軌電車，也有電瓶 電和電網電供電的雙電源無軌電車。前者，原動力都來自油料燃燒的熱動力，它使內燃機保 持在最佳運行功率輸出狀態，其在慢速時內燃機拖動有多餘的部分的動力就對電瓶充電儲存 電能，在高速時內燃機動力不夠部分的動身就由電瓶放電補充不夠部分，這種油電混合動力 公交車能節油約10%，減少有害氣體排放20-30%，因此，受到政府和公交部門很高評價和資 助，很多城市用它替換城市公交汽車和無軌電車。後者，雙電源的原動力都來自供電網，一 但電網停電就無法長時間運行(短時運行靠電瓶)。本發明創新思路是提出將油電混合動力公 交汽車上的"電並電"改用"電網電"，或者將雙電無軌電車上的"電瓶電"拖動電機改用"燃料能"帶動內燃機。由於電瓶使用壽命短、價格高、重量重，車上用電瓶儲能所儲存的 電量都很有限，而電網電只要電網有電就可連續無限量供應，因此，我要發明以廉價電網電 能為主，以油料、乙醇、天然氣等燃料能為輔的混合動力無軌電車。它在有電網電供應電的 路段，就不需要用燃料拖動而實現零排放，它就具有現有無軌電車的優點，只有在無電網電 供應路段，才使用燃料內燃機拖動，也就具有汽車機動，於是就發明了比現有無軌電車具有 更多機動性，比現有油電混合公交汽車更具節能環保的雙能(電網電能和燃料熱能)和雙動 力(電機和內燃機)傳動的混合動力無軌電車，它給無軌電車家屬增添一類電網電和燃料二 者都能單獨運行的無軌電車新品種——電油混合動力無軌電車和電氣混合動力無軌電車等。無軌電車發明和運行近百年，目前運行的無軌電車都在大中城市做公交，電車供電系統都 是將交流電網整流成直流供給電車滑觸網的直流供電體制，為保證公交無軌電車的可靠運行， 每個電車整流站都要求高壓雙迴路供電，防止某路供電線路停電會嚴重影響城市公交車的停 運，由於這種供電體制存在缺陷，因此，同一發明人在直流電機橋全晶閘管調速裝置(申請 號2001000781.4)和三相交流電車(申請號200810137424.1)提出採用單相和三相交流直 供電車滑觸網的交流供電體制。這樣無軌電車就有了直流和交流兩種供電體制。目前無軌電 車只有直流電直供電車滑觸網的公交無軌電車，並且只有大中城市中有，還未見有交流無軌 電車和用於公路貨運和客運的無軌電車。如何將這項最節能、最環保的交通運輸工具推向地市級中小城市，推向公路客運和貨運是一個全球性節能減排研究的大課題，混合動力無軌電 車技術方案就是這個大課題研究成果的一大進展。無軌電車只有不斷改革創新才會迎來大發展，同一發明人在上二項發明專利申請中提出使用單相(包括二相)和三相交流直供滑觸網的交流電體制，這是對無軌電車供電體制的一重 大改革創新。本發明是要對無軌電車上所用的拖動裝置進行重大改革創新，它同時也引出了 無軌電車高壓單迴路電網供電的新技本方案。通過這些大重大改革創新，無軌電車將會迎來兩種供電體制和多種燃料能源做停電時，拖動無軌電車的大發展時期。北京對城市無軌電車創新發展做出很大貢獻，與株洲合作研製成功交流電氣傳動新型城市 無軌電車獲得一致好評，現已有260輛這種新型無軌電車在運行。現在正在著手開展取消現 在有人值班整流站，用無人箱式整流站線路替代有人值班整流站的研究，原整流站為保證電 車公交正常運行，在每個整流站都採用高壓電網雙迴路供電，用無人箱式整流站線路替代有 人值班整流站最大困難是電網雙迴路供電問題，採用本發明的混合動力無軌電車的發明就解 決了這個問題。{三}發明內容本發明的內容是在無軌電車(包括單相、三相和直流電直接供滑觸網的 三糞)上再按裝一套內燃機拖動裝置，使無車電車成為雙能(電網電能和燃料熱能)源和雙 動力(電機和內燃機)拖動的混合動力無軌電車。它可簡化無軌電車的供電(只要單迴路供 電)，和在無軌電車經過的道路交叉口、立交橋和一切影響城市視覺美觀的地方都可以不架設 輸電線和滑觸網。在沒有電車滑觸網的路段，或滑觸網停電上時，混合動力電車就可以使用 電車上的內燃機像汽車一樣運行，因此，本發明的混合動力無軌電車比現有城市無軌電車具 有更大的機動性和可靠性，能最大成度解決無軌電車線網對城市的視覺汙染問題。它能使城 市無軌電車"起死回生"，而且還可使無軌電車走進公路，參與客運和貨運業務。其次目的是 要改革創新無軌電車的供電體制。再次目的是要將現有城市無軌電車(現在全部都是直流600 伏)都改造為單迴路供電。在今後更新無軌電車車輛時就選用直流混合動力無軌電車，便於 今後拆除部分影響城市美觀的無軌電車供電線和滑觸線路段，不會影響無軌電車在本條線路 上運行，並為以後整流站改造為無人箱式線路創造節省(單供電迴路)投資。本發明是一個非常重大的改革創新，在世界上將出現一種介於無軌電車和汽車之間的運輸 車輛——電網電能和燃料熱能做能源的雙動力無軌電車，它就可使所有無軌車由多迴路供電 (以前公交電車必需多迴路供電才能保證一路停電時，還能正常運行)簡化為單迴路供電(停 電後可由內燃機保障電車正常運行)，這樣不但可以節省無軌電車投資和運行維護費，而且更 重要的是使無軌電車具有更大的機動性，在架設電車供電網和滑觸網會影響城市景觀的道路 交叉口、立交橋等電車經過路段就可以不架設，而減少電車線網對城市景觀的影響，在此路 段無軌電車可以使用車上內燃機行駛。目前城市無軌電車走下坡路的原因主要是電車供電線 和滑觸網在交叉口和立交橋等路段的架設影響城市改造和城市美觀。本發明的混合動力無軌 電車就能很好解決這個難題。本發明的混合動力無軌電車，它由三相高壓電網(l)、降壓變壓器(2)、整流器(7)、滑 觸線(3)、絕緣片(9)、集電器(4)、電動機(5)、內燃機(6)和電車(8)等部分組成，轉 特徵在於無軌電車(8)上有a)收集電車滑觸線(3)上的三相交流電，或單相交流電，或直流電的集電器(4);b) —套電動機拖動裝置(5);C) —套內燃機拖動裝置(6)。本發明的三相混合動力無軌電車，其特徵在於無軌電車上能獲得電網三相交流電；有一 套電動機(5)拖動裝置；有一套內燃機(6)拖動裝置。本發明的單相混合動力無軌電車，其特徵在於電車上能獲得電網單相交流電；有一套電 動機(5)拖動裝置；有一套內燃機(6)拖動裝置。在電車上有單交流電時用電動機拖動， 在電車上沒有單相交流電時用內燃機拖動。本發明的直流混合動力無軌電車，其特徵在於電車上能獲得電網整流直流電；有一套電 動機(5)拖動裝置；有一套內燃機(6)拖動裝置。三相、單相和直流三種供電方式的混合動力無軌電車上用的電動機有1)採用交流電相 控整流調速，或直流斬波調速的直流電動機，2)採用交流變頻調速的變頻調速交流電機。混合動力無軌電車的發明，不但會使大中城市無軌電車"起死回生"，而且還可以使無軌 電車走進地、市級中小城市，不但可以發展城市公交，而且還可以發展公路客運和貨運業務， 為全球公路交通運輸的電氣化和減少有害氣體排放提供一條節能減排的新途徑，對全球公路 運輸的節能減排在推進作用，因此，本發明對城市公交和公路運輸都較很大的社會效益和經 濟效益。[四]


附圖是本發明的混合動力無軌電車枝術方案框圖。由於電網電能直供電 車滑觸網線的電有單相交流，、三相交流電和直流電三種供電形式，因此，本發明的混合 動力無軌電車按供電形式分也分成三大類，在每一大類根據採用電動機是直流傳動電動機還 是變頻傳功交流電機又可分成二類；在每一大類按運客還是運貨又可分成二類；在每一大類 根據內燃機所使用的燃料不同又可分成燃油和燃氣等多種。用得最多的是電油無軌客運電車 和貨運電車。附圖(a)是三相交流混合動力無軌電車技術方案框圖，它由三相高壓電網(l)、三相高壓降 壓變壓器(2)、與降壓變壓器輸出次級三相交流相連接的三條電車滑觸線(3)以及滑觸線分 段供電所需的絕緣片(9)、與三條滑觸線滑行接觸的個三個集電器(4)、電機拖動裝置(5) 和內燃機拖動裝置(6)和電車(8)等部分組成，其特證在於在無軌電車上有一套使用燃 料能的內燃機拖動裝置(6)，便於在無電網電供應時使用內燃機拖動電車運行。.附圖(b)是直流混合動力無軌電車技術方案框圖，它由三相高壓電網(l)、箱式整流器(7)、 與箱式整流器輸出的直流(通常600伏)相連接的二條電車滑觸線(3)以及滑觸線分段供電所需的絕緣片(9)、與二條滑觸線滑行接觸的二個集電器(4)、電機拖動裝置(5)、內燃機拖動裝 置(6)和電車(8)等部分組成，箱式整流器{7}由三相高壓降壓變壓器和三相橋式整流器組 成，其特證在於在無軌電車上有一套使用燃料能源的內燃機拖動裝置(6)，便於在無電網 電供應時使用內燃機拖動電車運行。附圖(c)是單相交流混合動力無軌電車的系統方框圖，它由三相高壓電網(l)、單相高壓 降壓變器，或者三相/單相降壓變壓器(2)、與降壓變壓器輸出次級輸出交流相連接的二條電 車滑觸線(3)以及滑觸我分段供電所需的絕緣片(9)、、與二條滑觸線滑行接觸的二個集電 器(4)、電機拖動裝置(5)和內燃機拖動裝置(6)等部分組成，降壓變壓器(2)可以是二 相高壓輸入，單相低壓輸出的變壓器，或者三相高壓輸入，單相輸出的變壓器，其特徵在於 無軌電車上有一套使用燃料能源的內燃機拖動裝置(6)，便於在無電網電供應時使用內燃機拖 動電車運行。本發明上述三種供電形式的混會無軌電車上所使用電力拖動電動機有二種類型， 一種是 串激直流電動機，它在直流混合動力無軌電車上是採用傳統斬波調速，它在單相交流和三相 交流混合動力無軌電車上是採用橋全可控整流調速和三相全控橋整流調速。另一種是變頻交 流調速電動機，它在北京直流供電的新型調速無軌電車上已開始應用，將它用於三相無軌電 車上，只要在它的前面增加三相橋式整流模塊和濾波電容就可以使用，將它用單相無軌電車 上，只要在它的前面增加單相全控橋和功率因數校正裝置就可使用。在混合動力無軌電車的技術方案中，由於在無軌電車(8)上有雙能(電網電能和燃料熱 能)麵和雙動力(內燃機和電動機)拖動系統，在電網停電時可用內燃機拖動，使混合動力 無軌電車比現有非混合動力無軌電車具有更大的機動性、可靠性，對城市的視覺汙染少、投 資和運行費用少(電網單迴路供電)。因此，混合動力無軌電車的發明，給無軌電車的發展開 拓一個很大市場發展空間，使無軌電車由大中城市走向地市級中小城市，由城市客運走向公 路和高速公路客運和貨運，將會迎來多種混合動力無軌電車迅速發展的新機遇。[五]具體實施方式
由於現有無軌電車都是使用單一電網電能帶動直流電機傳動，或者變頻交流電機傳動的城市無軌電車，而本發明的混合動力無軌電車的特徵是無軌電車上有雙能(電網電能和燃料熱能)源和雙動力(內燃機和電動機)拖動系統，因此，具體實施本發明就只要在無軌電車上安裝一套內燃機拖動裝置(6)就可實施本發明。又由於內燃機在沒在電網電時可以長期連續工作，因而又帶出了無軌電車的供電只要單迴路供電的實施方案。實施本發明後，在沒有架設電車滑觸網的路段，和架設有電車滑觸網的路段，在電網停電時，都可用內燃機拖動無軌電車，使這種無軌電車具有汽車的機動性和電車的節能環保性。它不但適用於大、中、小城市內公交。也適用於城際公路客運和貨運，在城市內用內燃機拖動為主，在城際高速公路上架設電車滑觸線網用電網電拖動。它特別適用於大城市內專線、高架 快速通道的城市公交，和城際之間運輸。本發明實質上是一種電和燃料油兩用的無軌電車，它具有汽車的機動性和無軌電車的零 排放和低運輸成本的特點，因此，如果在兩個城市高速公路的入口處和出口處之間架設有公 路電車滑觸線網，兩個城市的各個汽車站、旅客和貨物集中運輸點之間的運輸就可實現"城 內"用油運輸，"城外"高速公路上用價廉電網電運輸。就會開拓有較大經濟效益和社會效益 的公路電氣化運輸，特別是100座位的城際客運和100噸以上的城際貨運，它能將一個城市內某一地點物資直接送到另一城市內某一地點，實現二地直接低成本、低排放運輸，比火車 運輸節省時間，可節省二次上、下裝貨費。混合動力無軌電車按電車供電體制分有交流供電和直流供電二種，交流供電又分單相交 流電和三相交流供電二種。直流供電體制就是現有所有城市無軌電車的供電體制，由於現在 還交流供電體制的無軌電車在運行，因此，都將直流供電城市無軌電車稱為城市無軌電車， 或無軌電車。本發明的直流無軌電車的主要特徵就是在無軌電車上裝在一套內燃機拖動裝置， 也就是在現有所有城市無軌電車上裝有一套內燃機拖動裝置都是屬於本發明專利的保護範圍之內。附圖(b)示出實施直流混合動力無軌電車技術方案中一個最佳方案之一，它用沿電車運行路線裝置多個高壓單迴路供電的無人箱式整流器(7)替代現在有人值班的雙迴路高壓供電的 電車整流站，因而可節省投資和減少電車運行費用。箱式整流器之所以能單路供電就是因為 無車電車內按裝有一套內燃機，停電時可保證電車正常運行。箱式整流整是由高壓降壓變壓 器和矽整流器組成，整流器的可靠性遠比高壓降壓變壓器差，為便於維修箱式整流器，因此， 直流混合無軌電車適用於便於維修的城市內無軌電車。為提高電車運行線路供電的可靠性於 採用附圖(a)和(c)交流電直供滑觸網的本發明混合動力無軌電車技方案，由於三相供電供電功 率大，在相同供電功率時每相電流小；在供電功率相同時，供電電壓可以降低，因此，它和 單相供電有比具有供電電壓低、功力大的優勢，但它存在需要電車需要三條滑觸線的劣勢。 三相無軌多適用於城市專線快速公交，和城際貨運和客運。單相無軌多適用於城市內。本發明的混合動力無軌電車車箱上獲得的電網電能可以是單相交流電、也可以是三相交 流電，還可以是整流器供給的直流電的三種供電類型。內燃機的燃料可以是汽油、柴油和乙 醇等液體燃料，也可以天然氣等氣體燃料，還可以用固體燃料。無軌電車可用做客運，也可 用做貨運。因此，本發明的混合動力無軌電車也有多種多樣——電油混合動力單相客運無軌 電車、電油混合動力三相客運無軌電車、電油混合動力單相貨運無輸電車、電油混合動力三 相貨運無軌電車、電油混合動力單相公交無軌電車和電油混合動力直流無軌電車等等。
權利要求
1、一種混合動力無軌電車，它由三相高壓電網(1)、降壓變壓器(2)、整流器(7)、滑觸線(3)、絕緣片(9)、集電器(4)、電動機(5)、內燃機(6)和電車(8)等部分組成，其特徵在於無軌電車(8)上有a)收集電車滑觸線(3)上的三相交流電，或單相交流電，或直流電的集電器(4)；b)一套電動機拖動裝置(5)；c)一套內燃機拖動裝置(6)。
2、 根據權利要求1所述的混合動力無軌電車是一種混合動力三相交流無軌電車，其特徵 在於有三相上交流電直接供給三條電車滑觸線(3)，電車上三個集電器(4)從三條滑觸線(3)上獲得三相交流電，電車上除有一套電動機(5)拖動系統之外，還有一套內燃機(6) 拖動系統，在電車集電器上缺電時，使用電車上內燃機拖動，在電車集電器有電時，使用電 動機拖動。
3、 根據權利要求1所述的混合動力無軌電車是一種混合動力單相交流無軌電車，其特徵 在於有單相或二相交流電直接供給二條電車滑觸線(3)，電車上二個集電器(4)從二條滑觸錢(3) 上獲得單相交流電，電車上除有一套電動杌(5)拖動系統之外，還有一套內燃機(6)拖動系 統，在電車集電器上缺電時，使用電車上內燃機拖動，在電車集電器上有電時，使用電動機 拖動。
4、 根據權利要求1所述的混合動力無軌電車是一種混合動力直流無軌電車，其特徵在於有多個箱式整流器(7)將三相交流變整流成直流電供給二條電車滑觸線(3),電車上二個集電器(4) 從滑觸線上獲得直流電，電車上除有一套電動杌(5)拖動系統之外，還有一套內燃機(6)拖動 系統，在電車集電器上缺電時，使用電車上內燃機拖動，在電車集電器上有電時，使用電動 機拖動。
全文摘要
本發明屬於無軌電車，涉及到城市、公路和高速公路運客和運貨用的「電油」和「電氣」混合動力無軌電車，它由電網(1)、變壓器(2)、滑觸線(3)、絕緣片(9)、集電器(4)、電機(5)、內燃機(6)和電車(8)等部分組成，其特徵在於由於在無軌電車(8)上有一套內燃機拖動裝置。它具有電車的節能環保和經濟性，也有汽車的機動靈活性，而且還能最大限度地將無軌電車線網對城市景觀的影響減少到最低。「電油」和「電氣」無軌電車不但能使大中城市無軌電車「起死回生」，而且還能走進中小城市和城際高速公路，參與公路客運和貨運，具有廣泛市場前景，有很大經濟效益和社會環保效益，電油無軌電車適用於城市公交、城市專線、高架快速公交、100座位和100噸以上城際運輸。
文檔編號B60K6/20GK101628539SQ200910163868
公開日2010年1月20日 申請日期2009年8月7日 優先權日2009年8月7日
發明者龔秋聲 申請人:龔秋聲