[发明专利]高架无线供电高铁列车系统

权利要求书

1.一种高架无线供电高铁列车系统，包括高架通道、无缝钢轨、高电压绝缘子、高压长电线、变流变压器、变频调压无线控制器、霍尔传感器、直线电机组、条形板动子、前动力转向架、后动力转向架、电制动器、制动无线控制器、轮对轴、轴箱、前轮对、后轮对、空气弹簧、前动子轴、后动子轴、底盘、车厢、手动调速杆、手动制动杆、调速无线发射机、制动无线发射机、蓄电池组、光伏电池板，其特征在于：所述高架无线供电高铁列车系统通过车外的直线电机组的驱动系统，实现高铁列车牵引系统的无线供电，通过光伏电池板和蓄电池的供电系统，实现高铁列车内部控制系统的无线供电，从而实现高架无线供电高铁列车系统的整体技术方案；所述高架无线供电高铁列车系统设有高架通道，所述高架通道是无线供电高铁列车享有的独立路权的高铁通道，高架通道与地面公路之间是互不干涉的立体交通，高架通道设有多个丄字形立柱（1），丄字形立柱的底座埋入地下，多个丄字形立柱之间的距离等分，整齐排列在高铁线路上，多个丄字形立柱上端设有混凝土长平台（2），混凝土长平台上面设有多个横向的排水槽（3），混凝土长平台上面左边和右边铺设左无缝钢轨（4）和右无缝钢轨（5），左、右无缝钢轨与混凝土长平台平行、等长，左无缝钢轨和右无缝钢轨之间设有多个直线电机组，所述直线电机组是由4个直线电机组成，所述直线电机是一种4极三相交流异步感应式电机，包括直线定子和条形板动子，4个直线定子前、后排列，集中为一个长方形平台，长方形平台上面设有条形板动子（6），4个直线定子与多个条形板动子组成直线电机组，所述直线电机组设有第1直线定子（7）、第2直线定子（8）、第3直线定子（9）和第4直线定子（10），4个直线定子之间的空间内设有第1变频调压无线控制器（11）、第2变频调压无线控制器（12）和第3变频调压无线控制器（13），第4直线定子后端设有第4变频调压无线控制器（14），4个变频调压无线控制器的结构均相同，其中第2变频调压无线控制器的右端设有霍尔传感器控制盒（15），霍尔传感器控制盒上端设有霍尔传感器（16），每个变频调压无线控制器内部均设有无线接收模块、变频调压控制模块、电源开关模块和直流电源模块，4个无线接收模块的输出端分别连接4个变频调压无线控制器的调速输入端，4个电源开关模块的输入端并联后连接霍尔传感器的输出端，4个电源开关模块的输出端分别连接在4个变频调压无线控制器的电源端的开关电路上；所述直线定子设有定子铁芯（17），定子铁芯由多片硅钢片冲片叠加组成，定子铁芯的上端设有多个齿牙，多个齿牙之间形成多个线槽，多个线槽内绕制多个线圈，多个线圈平均分布为3个线圈组，组成3相线圈（18），3相线圈之间电角度为120度，3相线圈连接为Y形电路，引出直线定子的3相输出线，4个变频调压无线控制器的输出端分别连接与其对应的4个直线定子的3相输出线；定子铁芯下端设有前螺丝钉孔和后螺丝钉孔，定子铁芯下端设有左连接板（19）和右连接板（20），左、右连接板为L形，对称于定子铁芯左、右端，4个直线定子的结构均相同，4个直线定子的排列长度等于左、右连接板的长度，左、右连接板均设有8个螺丝钉孔，8个螺丝钉孔与4个定子铁芯的前、后螺丝钉孔对应，8个螺丝钉孔设有8个长螺丝钉（21）和螺丝帽（22），8个长螺丝钉将左、右连接板与4个定子铁芯紧固为一体化的定子组，4个变频调压无线控制器所在的定子组的位置上均设有连接板，4个变频调压无线控制器与4个直线定子紧固为一体，4个定子铁芯的上端平面与4个变频调压无线控制器的上端平面均在同一个水平面上，形成长方形平台；所述左无缝钢轨和右无缝钢轨的底座均设有多个左固定螺丝（23）和右固定螺丝（24），多个左、右固定螺丝的下端预制在混凝土长平台内，多个左、右固定螺丝的上端均设有螺丝帽（25），左无缝钢轨和右无缝钢轨的底座均设有多个左压板（26）和右压板（27），多个左压板和右压板压紧左无缝钢轨和右无缝钢轨的同时也压紧直线电机组的左连接板和右连接板；混凝土长平台的右端面设有多个高电压绝缘子（28），高电压绝缘子右端连接高压长电线（29），高压长电线输送27KV的单相交流高压电源，混凝土长平台的右端设有多个变流变压器（30），每一个变流变压器与每一个直线电机组对应，变流变压器上端设有连接支架（31），连接支架左端连接右压板，变流变压器右端设有高压绝缘接线柱（32），高压绝缘接线柱与高压长电线连接，高压电源经过高压绝缘接线柱进入变流变压器内部的火线端，所述无缝钢轨设有多个接地回路线（33），多个接地回路线经过无缝钢轨和连接支架连接到变流变压器的接地端，高压长电线与多个接地回路线将27KV的单相交流高压电源输送到变流变压器的输入端，经过变流变压后，变流变压器输出4个相同的2KV的3相交流低压电源；所述混凝土长平台设有多个穿线孔（34），每个穿线孔均位于直线电机组的后端，变流变压器下端设有4根2KV的3相交流低压电缆（35），4根2KV的3相交流低压电缆通过穿线孔分别连接4个变频调压无线控制器的电源端；所述高架无线供电高铁列车系统设有多节动力车辆（36），包括车头动力车辆（37）和车尾动力车辆（38），多节动力车辆的结构均相等，多节动力车辆与车头动力车辆、车尾动力车辆组成整体列车，车头动力车辆与车尾动力车辆的结构相等，二者在动力车辆的基础上均增加了驾驶室（39），每节动力车辆均设有前动力转向架（40）和后动力转向架（41），前、后动力转向架的中部均设有左空气弹簧（42）和右空气弹簧（43），4个空气弹簧的上端设有底盘（44），底盘上端设有车厢（45），底盘的前、后端分别设有前挂勾（46）和后挂勾（47），前挂勾和后挂勾将多节动力车辆以及车头动力车辆和车尾动力车辆连接成整体列车，前动力转向架和后动力转向架的整体结构相同，所述动力转向架设有左直梁和右直梁（48），左直梁和右直梁之间设有前横梁（49）、后横梁（50）和中横梁（51），左直梁、右直梁、前横梁、后横梁和中横梁一体化铸造成动力转向架的构架，左直梁和右直梁上均设有前轴箱（52）和后轴箱（53），4个轴箱内均设有轴承，4个轴承内分别安装前轮对轴（54）和后轮对轴（55），前轮对轴两端设有前轮对（56），后轮对轴两端设有后轮对（57），前、后轮对均位于构架的内侧，前、后轮对定位在左无缝钢轨和右无缝钢轨之间前、后滚动，动力转向架沿着直线轨道的轨迹直线运行，或者沿着曲线轨道的曲线轨迹自动转向；所述高铁列车的所有车轮均设有电制动器，前电制动器（58）设置在前横梁的左、右端，后电制动器（59）设置在后横梁的左、右端，4个电制动器均设有左制动蹄片和右制动蹄片，所述转向架上的4个车轮均位于左、右制动蹄片之间的夹道内；所述中横梁中部设有轴套，轴套内设有动子轴，动子轴上端设有外卡簧（60），前动力转向架的动子轴为前动子轴（61），后动力转向架的动子轴为后动子轴（62），前、后动子轴的下端焊接动子板（63），动子板下端焊接动子铁芯（64），动子铁芯由多片硅钢片冲片叠加组成，动子铁芯的下端设有多个齿牙，多个齿牙之间形成多个线槽，多个线槽内浇铸多个铝线圈（65），多个铝线圈为栅栏形的短路线圈，动子板、动子铁芯和铝线圈组成条形板动子，条形板动子的长度略小于所述底盘的长度，条形板动子的宽度大于所述定子铁芯的宽度，条形板动子的下端平面为标准的水平面，条形板动子的下端平面与定子组的上端平面设有稳定的均匀气隙，条形板动子与定子组组成直线电机组，每一节动力车辆下面的条形板动子均与左、右无缝钢轨平行，多节动力车辆与车头动力车辆以及车尾动力车辆连接成整体列车，整体列车下面的多个条形板动子之间设有一定的间隔（66），多个条形板动子形成虚线形条形板动子，虚线形条形板动子组成条形板长动子；当3相交流低压电源送到定子组的输入端，定子组产生主动磁场，与定子组对应的条形板长动子下端面感应出被动磁场，被动磁场的运动频率低于主动磁场的运动频率，条形板长动子与定子组之间的均匀气隙形成运动磁场，运动磁场牵引条形板长动子前进或者后退；车头动力车辆下面前方第一个条形板动子右端的铝线圈上设有前凸头（67），前凸头下端设有凹坑，凹坑内安装前永磁颗粒（68），车尾动力车辆下面后方第一个条形板动子右端的铝线圈上设有后凸头（69），后凸头下端设有凹坑，凹坑内安装后永磁颗粒（70），前、后永磁颗粒的极性均为垂直方向，多个直线电机组之间的距离等于前永磁颗粒与后永磁颗粒之间的距离，前、后永磁颗粒与前、后两个直线电机组对应时，前永磁颗粒与前霍尔传感器对准，后永磁颗粒与后霍尔传感器对准，整体列车的长度略大于前、后两个直线电机组之间的距离；列车在转弯轨道上行驶时，直线的条形板动子与曲线的轨道对准位置产生一定的误差，因为前、后永磁颗粒的宽度大于霍尔传感器的宽度，条形板长动子的宽度大于多个定子组的宽度，所以前、后永磁颗粒与霍尔传感器的对准范围，以及条形板长动子与定子组的对准范围，始终保持在对准范围的误差以内；每个动力车辆的车厢顶上均设有光伏电池板（71），每个动力车辆的底盘中下端均设有机仓（72），机仓内设有蓄电池组（73）和制动无线控制器（74），光伏电池板的输出端连接蓄电池组的正负极给蓄电池组充电，蓄电池组的输出端连接制动无线控制器、调速无线发射机和制动无线发射机的电源端，制动无线控制器的输出端分别连接转向架上的4个电制动器；所述车头动力车辆和车尾动力车辆均设有驾驶室，驾驶室内均设有操作台（75），操作台内均设有调速无线发射机（76），操作台上右侧设有手动调速杆（77），操作台前端设有车速显示器（78），手动调速杆中部设有支点轴（79），支点轴两端安装在操作台的左、右端，手动调速杆下端设有上支架（80）和下支架（81），上、下支架组成等边的直角形，上支架前下端固定上方块永磁体（82），下支架前下端固定下方块永磁体（83），上、下方块永磁体的极性互为相反，上、下方块永磁体之间设有调速霍尔元件（84），调速霍尔元件位于以支点轴为圆心的上、下方块永磁体的弧线轨迹上，调速霍尔元件安装在底座（85）上，手动调速杆上端设有手柄（86），手柄向前推进到头，上方块永磁体接近调速霍尔元件，调速霍尔元件输出高电压信号，手柄向后拉退到底，下方块永磁体接近调速霍尔元件，调速霍尔元件输出低电压信号，调速霍尔元件位于上、下方块永磁体的中间，调速霍尔元件输出中电压信号，手柄前后推拉的过程中，调速霍尔元件输出的信号电压是线性变化的高低电压，调速霍尔元件输出端连接调速无线发射机的调速端，调速无线发射机设有发射天线，发射天线向空中发出无线电信号特征与调速霍尔元件输出的信号特征相同，所述多个变频调压无线控制器设有接收天线，接收天线接收到的调速信号经过无线接收模块到变频调压无线控制器的调速输入端，手动调速杆的手柄向前推的过程，是变频调压无线控制器控制多个直线电机组的3相交流电源的频率和电压由低到高的过程，从而驱动高铁列车由低到高的加速；手动调速杆的左侧设有手动制动杆，手动制动杆与手动调速杆的结构相同，手动制动杆设有制动霍尔元件，调速无线发射机的左侧设有制动无线发射机，手动制动杆的手柄前后推拉的过程中，制动霍尔元件输出的信号电压是线性变化的高低电压，制动霍尔元件输出端连接制动无线发射机的制动端，制动无线发射机设有发射天线，发射天线向空中发出无线电信号特征与制动霍尔元件输出的信号特征相同，所述多个制动无线控制器设有接收天线，接收天线接收到的制动信号到达制动无线控制器的制动输入端，手动制动杆的手柄向后拉的过程，是多个电制动器的输出电压由小到大的过程，从而使左、右制动蹄片产生由小到大的制动力来制动车轮；手动制动杆与手动调速杆之间设有电机无线控制盒，电机无线控制盒内设有无线发射机，无线控制盒内上端设有前进、后退切换开关（87），手动前进、后退切换开关，开关信号经过无线发射机传输到多个变频调压无线控制器的输入端，经过变频调压无线控制器的相位控制，切换多个直线电机组的3相交流电源的相位，即可切换高铁列车的前进和后退；列车在轨道上行驶，当前永磁颗粒与前霍尔传感器对准时，前霍尔传感器触发前变频调压无线控制器的电源开关模块导通，前直线定子组开机驱动条形板长动子的前端，同时后永磁颗粒与后霍尔传感器对准，后变频调压无线控制器的电源开关模块导通，后直线定子组开机驱动条形板长动子的后端，所述永磁颗粒与霍尔传感器离开后，电源开关模块自动保持导通，列车继续向前行驶，条形板长动子的后端很快离开后直线定子组，后直线定子组的3相线圈电感量变小，电流变大，后变频调压无线控制器内的过流保护电路触发电源开关模块截止，后直线定子组关机停电，前直线电机组从头到尾驱动高铁列车，直到离开条形板长动子的后端后关机停电，高铁轨道上的多个直线定子组按照上述开机、关机的自动模式，不间断地无缝接力地连续驱动条形板长动子，牵引高铁列车高速运行。

2.根据权利要求1所述的高架无线供电高铁列车系统，其特征在于：无线供电高铁列车的动力是多个固定在轨道中间的直线电机组提供，高架上设置27KV高压长电线和多个变流变压器，安全、可靠，多个变流变压器给多个直线电机组提供电力，高铁列车内部的控制电源由光伏电池板和蓄电池提供，高铁列车的无线供电系统既取代了受电弓与架空线路滑动接触的供电方式，也取代了传能线圈的动态无线电能传输的供电方式，高架高压长电线供电系统与光伏电池板和蓄电池供电系统保证了高铁列车无线供电系统的高速、安全、稳定的运行；所述直线电机是高速电机，直线电机组的4个直线定子集中在一起驱动整个高铁列车的条形板长动子，高铁列车高速行驶的期间长，直线电机组的工作效率最高，高铁列车起步的期间短，直线电机组的工作效率最低，为了满足高铁列车在起步时必需的牵引力，每个直线定子的功率大于2000千瓦；因为每个直线定子的工作时间短，所以为了节省电机材料，允许每个直线定子的体积小、耗散功率大；相比高铁列车的动力用电，高铁列车内部其他所需的用电量小，光伏电池板和蓄电池产生的电能除了满足控制电源外，还能为车厢的空调、照明和通讯设备提供电源；无线供电的高铁列车在设定的轨道线路两端的车站地点运行时，高铁列车不分车头车尾，向前向后可来回行驶，手动前进、后退切换开关，控制高铁列车前进或者后退，高铁列车无论前进运行或者后退运行，多个直线定子组均能正常地不间断地无缝接力地连续驱动条形板长动子运行；因为所述混凝土长平台平整度高，动力转向架在轨道上运行震动小，所以动力转向架省去一系悬挂减震系统，并且使条形板长动子的下平面与多个直线定子的上平面之间保持稳定的均匀气隙；所述动力转向架设置二系悬挂减震系统，二系悬挂减震系统位于动力转向架与底盘之间，由左空气弹簧和右空气弹簧组成，所述空气弹簧不仅具有良好的垂直方向的减震效果，使人乘坐舒适，而且具有水平方向的弹性连接特点，动力转向架在曲线轨道上转弯时，动力转向架与底盘之间产生一定的位移，空气弹簧就发挥了柔性连接的作用，前动力转向架与后动力转向架之间连接条形板动子，动力转向架在曲线轨道上转弯时，前、后动力转向架之间产生一定的位移，空气弹簧同样发挥了柔性连接的作用。