城軌車輛牽引電源的重要專利研究

歐陽麗

摘 要 本文介紹了城市軌道交通領(lǐng)域的關(guān)鍵技術(shù)分支城軌車輛牽引電源。通過對(duì)城軌車輛牽引電源相關(guān)重要專利進(jìn)行分析和解讀，以期為我國城市軌道交通列車牽引技術(shù)的研發(fā)提供參考。

關(guān)鍵詞 軌道交通;牽引電源;專利研究

前言

城市軌道交通是在不同類型軌道上運(yùn)行的大、中運(yùn)量城市公共交通工具，是一種在城市公共客運(yùn)交通中起骨干作用的現(xiàn)代化交通系統(tǒng)。相比城市道路交通，城市軌道交通以其運(yùn)能大、快速準(zhǔn)時(shí)、安全性高、能耗低、污染少、用地省等優(yōu)點(diǎn)[1]，成為各國綜合交通運(yùn)輸體系建設(shè)的重點(diǎn)。城軌車輛作為軌道交通中的運(yùn)輸載體，是城市軌道交通裝備的核心。牽引電源是城軌車輛的動(dòng)力來源，其涉及電力電子、微機(jī)原理、電機(jī)控制等多個(gè)領(lǐng)域，在一定程度上代表著城市軌道交通裝備的技術(shù)水平[2]。

因此，本文將城軌車輛牽引電源作為城市軌道交通領(lǐng)域重點(diǎn)研究的技術(shù)分支，對(duì)城軌車輛牽引電源的重要專利進(jìn)行分析。

1重要專利分析

1.1 CN104487279B

CN104487279B是龐巴迪運(yùn)輸有限公司于2013年7月3日在中國申請(qǐng)的一件專利，該專利還在歐洲、美國、日本、俄羅斯、加拿大、澳大利亞、韓國等地遞交了專利申請(qǐng)，同族數(shù)量為16件，2016年11月9日獲得授權(quán)。

該專利提出車輛的電功率供應(yīng)系統(tǒng)，包括逆變器、電機(jī)、適用于接收交變電磁場(chǎng)并且通過電磁感應(yīng)來產(chǎn)生交變電流的接收設(shè)備以及適用于連接逆變器、電機(jī)和接收設(shè)備的無源電路布置，無源電路布置包括用于在接收設(shè)備與電機(jī)之間傳輸電能的第一傳輸電路、用于在接收設(shè)備與逆變器之間傳輸電能的第二傳輸電路，以及用于在逆變器與電機(jī)之間傳輸電能的第三傳輸電路，無源電路布置被設(shè)計(jì)為使得在給定充電頻率下，由第一傳輸電路提供的阻抗高于預(yù)定的第一阻塞阻抗，并且由第二傳輸電路提供的阻抗低于預(yù)定的第二傳遞阻抗;可減小在充電模式和操作模式期間控制能量流或電流的復(fù)雜性、減小能量損耗。

1.2 CN1317812C

CN1317812C是阿爾斯通股份有限公司于2003年1月15日在中國申請(qǐng)的一件專利，該專利還在歐洲、美國、日本、韓國等地遞交了專利申請(qǐng)，同族數(shù)量為11件，2007年05月23日獲得授權(quán)。

該專利針對(duì)電源變換器中IGBT元件不能耐高壓，提出一種以光電導(dǎo)金剛石襯底連接開關(guān)端子的矩陣變換器，包括一個(gè)開關(guān)矩陣將電壓源與電流源相連，每個(gè)開關(guān)有兩個(gè)置于各自獨(dú)立的平行平面上的端子，和一個(gè)置于開關(guān)的兩個(gè)端子之間的光電導(dǎo)金剛石襯底，每個(gè)開關(guān)通過一個(gè)光源照射置于開關(guān)的兩個(gè)端子間的金剛石襯底來控制;其能在高電壓工作而體積緊湊。

1.3 CN101071989B

CN101071989B是ABB瑞士有限公司于2007年4月5日在中國申請(qǐng)的一件專利，該專利還在歐洲、美國、日本等地遞交了專利申請(qǐng)，同族數(shù)量為7件，2011年03月30日獲得授權(quán)。

該專利針對(duì)在直流電壓側(cè)設(shè)置濾波電路重量很重、需要很多位置，具有損耗、降低牽引變換器電路的可靠性的問題;提出用于操作牽引變換器電路以耦合到直流電壓網(wǎng)的方法，其牽引變換器電路借助用于調(diào)節(jié)網(wǎng)絡(luò)變換器交流電壓的可預(yù)給定的控制信號(hào)來控制網(wǎng)絡(luò)變換器，網(wǎng)絡(luò)變換器控制信號(hào)為跟隨參考矩形信號(hào)的矩形信號(hào);從而在網(wǎng)絡(luò)變換器的直流電壓側(cè)上僅僅得到低幅度的非常低頻的功率振蕩，這樣可以省去直流電壓電路上的濾波電路，并且由此極大地簡(jiǎn)化了牽引變換器電路。

1.4 CN101971475B

CN101971475B是西門子公司于2008年11月11日在中國申請(qǐng)的一件專利，該專利還在歐洲、美國、俄羅斯等地遞交了專利申請(qǐng)，同族數(shù)量為8件，2015年04月29日獲得授權(quán)。

該專利為有效控制電壓紋波、導(dǎo)通損耗和開關(guān)損耗，提出一種在低輸出頻率下對(duì)多相變換器進(jìn)行控制的方法，變換器包括至少兩個(gè)相位模塊，相位模塊各具有上閥臂和下閥臂，上閥臂和下閥臂各具有至少兩個(gè)彼此串聯(lián)的兩極子系統(tǒng)，其中，在閥臂電壓的額定值上各疊加共模電壓，使每個(gè)相位模塊的兩個(gè)閥臂電壓之和等于多相變換器的中間電路電壓。

2結(jié)束語

城市軌道交通牽引電源的重要專利，其評(píng)判標(biāo)準(zhǔn)包括專利同族數(shù)量、被引用次數(shù)及法律狀態(tài)等。從重點(diǎn)專利的主要技術(shù)內(nèi)容分析，城市軌道交通牽引電源降低損耗、減小體積、改善耐高壓性能、提高可靠性等方面是以上專利所涉及的主要內(nèi)容;而為實(shí)現(xiàn)牽引電源的改進(jìn)，全球幾大牽引系統(tǒng)供應(yīng)商主要從電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)（CN104487279B）、新材料的應(yīng)用（CN1317812C）、先進(jìn)的控制算法（CN101071989B 、CN101971475B）三個(gè)方向進(jìn)行了研發(fā)。這些重點(diǎn)專利的應(yīng)用曾對(duì)軌道交通牽引系統(tǒng)的小型化、智能化發(fā)展起到了重要的推動(dòng)作用，未來沿著上述方向改進(jìn)的新技術(shù)仍待進(jìn)一步的研究和完善。

參考文獻(xiàn)

[1] 羅欽.城市軌道交通概論[M].成都：西南交通大學(xué)出版社，2017：217.

[2] 趙雷廷.地鐵牽引電傳動(dòng)系統(tǒng)關(guān)鍵控制技術(shù)及性能優(yōu)化研究[M].北京：北京交通大學(xué)，2014：51.