[发明专利]用于在车辆中产生功率的系统和方法

说明书

技术领域

本文所公开的主题的实施例涉及用于在车辆中产生电功率的系统和方法。

背景技术

在一些列车中，电功率可在列车中的一个车辆处产生并分配到列车的其它车辆。例如，机车或发电车可包括称为头端功率(HEP，head-end-power)交流发电机的交流发电机，该交流发电机将电功率分配到列车中的其它车厢。在例如客运列车中，由HEP交流发电机产生的电功率可分配到客车厢以用于乘客的照明、电力和其它餐宿(hotel)需求。在一个示例中，轨道车辆中的HEP交流发电机由定位在轨道车辆中的HEP交流发电机外部的功率电子器件(例如，包括电池、永久磁体、驱动电路)激励。

在一些情况下，向HEP交流发电机提供激励的外部功率电子器件向轨道车辆增加了额外的成本。例如，外部功率电子器件可增加轨道车辆的总成本和重量。作为另一示例，外部功率电子器件可能需要通过冷却系统进行冷却。由于燃烧额外的燃料以产生用于操作冷却系统的电功率，冷却系统增加了轨道车辆的燃料消耗。

发明内容

在一个实施例中，一种车辆系统包括与发动机的传动轴操作地联接的发电单元。发电单元包括牵引交流发电机和头端功率(HEP)交流发电机。牵引交流发电机由定位在牵引交流发电机外部的功率电子器件激励。HEP交流发电机由定位在HEP交流发电机中的激励器绕组自激励。

通过采用自激励的HEP交流发电机，可从轨道车辆消除本来需要用来激励交流发电机的外部功率电子器件。这样，HEP系统可相对于其中HEP交流发电机由外部功率电子器件激励的构型制得更加紧凑和轻质。

根据一方面，本发明提供了一种车辆系统，其包括操作地与发动机系统的至少一个传动轴联接的发电单元，该发电单元包括：牵引交流发电机，其由定位在牵引交流发电机外部的功率电子器件激励；以及头端功率(HEP)交流发电机，其中HEP交流发电机由定位在HEP交流发电机中的激励器绕组自激励。

优选地，该车辆系统还包括一个或多个牵引马达，其中牵引交流发电机联接到至少一个传动轴中的第一传动轴，并且其中牵引交流发电机可操作以将电功率提供至一个或多个牵引马达以推进车辆系统。

优选地，HEP交流发电机联接到第一传动轴，并且其中HEP交流发电机可操作以将电功率提供至联接到车辆系统的一个或多个无动力车厢。

优选地，牵引交流发电机可操作以通过具有第一电压范围的第一牵引母线将电功率提供至一个或多个牵引马达，并且HEP交流发电机可操作以通过具有小于第一电压范围的第二电压范围的第二牵引母线将电功率提供至一个或多个无动力车厢。

优选地，无动力车厢操作以使用电功率用于取暖、照明、通风、空调、通信设备、娱乐装置、风扇、插孔/插座或厨房设备中的一个或多个。

优选地，该车辆系统还包括控制器，其被构造成监测HEP输电线的车厢间完整性并报告是否存在短路或HEP输电线的劣化的指示。

优选地，该车辆系统还包括控制器，其被构造成根据需要利用由HEP交流发电机提供的功率来补充由牵引交流发电机提供至一个或多个牵引马达的功率。

优选地，控制器被构造成基于指定的层级关闭从HEP交流发电机接收功率的一个或多个电气构件，以根据需要向一个或多个牵引马达提供功率。

优选地，该车辆系统还包括受电弓，其可操作以在可行时将功率提供至餐宿负载，并且其中HEP交流发电机可操作以在受电弓不向餐宿负载提供功率时提供功率至餐宿负载。

优选地，发电单元还包括联接到传动轴的辅助交流发电机，并且其中辅助交流发电机可操作以提供功率至车辆系统的辅助构件。

优选地，该车辆系统还包括储能系统，其可操作以在可行时从HEP交流发电机接收功率，并且在HEP交流发电机不向电气构件提供功率时将功率提供至电气构件。

优选地，该车辆系统还包括控制器，其被构造成控制HEP交流发电机，以基于发动机负载和排放速率阈值将一定量的功率提供至联接到车辆系统的一个或多个无动力车厢。

优选地，该车辆系统还包括控制器，其被构造成平衡在车辆系统和联接到车辆系统的多个有轨车厢之间的HEP负载，以维持指定的马力和/或燃料消耗速率。

优选地，激励器绕组包括一个或多个激励器绕组，其与提供从HEP交流发电机输出的电功率的三相输出绕组在物理上分离。

优选地，激励器绕组是提供从HEP交流发电机输出的电功率的三相输出绕组的一部分，其中三相输出绕组的部分被抽头以提供小于HEP交流发电机的输出功率水平的激励功率水平。