一种基于中继极板的车地多负载同步无线供电系统技术方案

本发明专利技术公开了一种基于中继极板的车地多负载同步无线供电系统，涉及车地多负载供电领域，包括车头发射端、地面中继端、地面接收端和车厢接收端，所述车头发射端与地面中继端形成耦合提供电能；所述地面中继端向地面接收端传输交流电，并与车厢接收端形成耦合提供电能；所述地面接收端将交流电转换为直流电，并为地面负载供电；所述车厢接收端将交流电转换为直流电为车厢端负载供电；所述车头发射端、地面中继端、地面接收端和车厢接收端整体构成CL

【技术实现步骤摘要】
一种基于中继极板的车地多负载同步无线供电系统


[0001]本专利技术涉及车地多负载供电领域，具体涉及一种基于中继极板的车地多负载同步无线供电系统。

技术介绍

[0002]为保证长达干线铁路货运列车的安全运行，需要在无源车厢内安装传感器等基础监测设备对无源车厢的振动情况、温度、气压等参数进行实时监测，在钢轨地面侧也需要安装传感器监测钢轨的温度，压力等健康状态。而无论车厢内或是地面侧的在线监测设备，正常工作的重要前提都是持续稳定的电能供应。
[0003]传统的传感器供电方式从电源（市电/电池）引出线路供电，存在易损坏和难维护等突出问题，严重制约了铁路基础设施监测系统的推广应用。而运用多负载CPT技术将列车车头的电能以无线的形式传输至各个无源车厢，即可为无源车厢内的在线监测设备提供持续稳定电能。电容式无线电能传输技术(Capacitive Power Transmission, CPT)是一种以交变电场为传输媒介的非接触式供电方式，目前存在的多负载CPT系统主要分为级联型多负载CPT系统和并联型多负载CPT系统。级联型多负载CPT系统的结构如图1所示，T
X0
表示发射机构，R
T1
~R
TN
表示N个中继机构，U
DC
为直流电源，inverter为逆变器，AC为交流电源，DC为直流电源，C1~ C
（N+1）
、C
p1
~ C
p（N+1）
和C
S1
~ C
SN
>为补偿电容, L1~ L
（N+1）
、L
P1
~ L
P（N+1）
和L
S1
~ L
SN
为补偿电感,C
M1
和C
M2
为等效互容， U
OUT1
~ U
OUTN
为负载等效交流输出电压，R
L1
~R
LN
为负载，其中级联型多负载CPT系统需要多个中继单元，每个中继单元都承担着拾取电能并为与之相连的负载供电，同时将电能传递给后续中继单元。中继单元将电能逐级向后传递，造成系统损耗较大，特别是当中间某个中继单元发生故障时，电能传输将由此中断，后面的负载无法获得持续稳定的电能。并联型多负载CPT系统的结构如图2所示，Inverter为逆变器，Primary Compensation为发射端补偿网络，Capacitive Coupling为耦合机构，Secondary Compensation为接收端补偿网络，Rectifier为整流器，Load为负载，V
in
为直流输入电压，并联型多负载CPT系统采用多个接收端从一个大的发射端（或多个发射端）获取电能，导致发射端需要布置面积足够大的发射极板或与接收极板数量相同的发射极板，造成系统体积过大，成本较高。
[0004]并且，目前存在的级联型多负载CPT系统以及并联型多负载CPT系统如果运用于铁路基础监测设施的无线供电，只能同时实现为无源车厢或者地面钢轨侧两者其中一个的在线监测设备供电，而无法实现车地监测设备同步无线供电。

技术实现思路

[0005]针对现有技术中的上述不足，本专利技术提供的一种基于中继极板的车地多负载同步无线供电系统，可以以无线的形式将车头发射端的电能同时同步地传输至地面接收端和车厢接收端的监测设备，提供稳定可靠的电能。
[0006]为了达到上述专利技术目的，本专利技术采用的技术方案为：
一种基于中继极板的车地多负载同步无线供电系统，包括车头发射端、地面中继端、地面接收端和车厢接收端，所述车头发射端用于将直流电转换为交流电，并为车头发射端与地面中继端之间的耦合提供电能；所述地面中继端用于与车头发射端形成耦合接收电能，并向地面接收端传输交流电，并与车厢接收端形成耦合提供电能；所述地面接收端用于将地面中继端的交流电转换为直流电，并为地面负载供电；所述车厢接收端用于与地面中继端形成耦合接收电能，并将交流电转换为直流电为车厢端负载供电；所述车头发射端、地面中继端、地面接收端和车厢接收端整体构成“CL
‑
LCLC
‑
CL”型补偿网络，所述车头发射端、地面中继端和车厢接收端构成“CL
‑
L
‑
CL”型补偿网络，用于实现地面接收端和车厢接收端的各负载的恒压输出并且使整个系统呈现谐振状态。
[0007]进一步地，所述车头发射端包括串联的直流电源、高频逆变器、发射端补偿网络单元和发射极板；所述直流电源用于产生直流电，所述高频逆变器用于将直流电源产生的直流电转换为交流电，所述发射端补偿网络单元用于保持地面中继端和地面接收端之间的电压恒定，所述发射极板安装在列车车头的底部外侧，发射极板与车体之间用绝缘介质隔开，用于接收经过发射端补偿网络单元的交流电，并与地面中继端形成耦合传输交流电。
[0008]进一步地，所述地面中继端包括串联的中继极板和中继端补偿网络单元，所述中继极板安装在铁轨之间的枕木上，并通过中继端补偿网络单元与钢轨形成接地回路；所述中继极板用于与车头发射端形成耦合构建交流电传输通道，并与车厢接收端形成耦合构建交流电传输通道，并向地面接收端传输交流电，所述中继端补偿网络单元用于使整个系统呈现谐振状态。
[0009]进一步地，所述地面接收端包括串联的地面接收端补偿网络单元、地面接收端整流器和地面负载；所述地面接收端补偿网络单元用于保持地面负载输出电压恒定，所述地面接收端整流器用于将经过地面接收端补偿网络单元的交流电转换为直流电，然后为所述地面负载供电。
[0010]进一步地，所述车厢接收端包括串联的接收极板、车厢接收端补偿网络单元、车厢接收端整流器和车厢负载；所述接收极板安装在列车车头的底部外侧，接收极板与车体之间用绝缘介质隔开，用于与地面中继端形成耦合构建交流电传输通道，所述车厢接收端补偿网络单元用于保持车厢负载输出电压恒定，所述车厢接收端整流器用于将经过车厢接收端补偿网络单元的交流电转换为直流电，然后为所述车厢负载供电。
[0011]进一步地，本专利技术实现地面接收端各负载的恒压输出的条件为：其中：U
doutm
为地面接收端负载m的交流输出电压，U
in
为系统输入电压，，C
p
为发射端补偿电容，C
p1
为发射极板与中继极板之间的耦合电容，，C
Dm
为地面接收端补偿电容，C
dm
为地面接收端补偿电容。
[0012]进一步地，本专利技术实现车厢接收端各负载的恒压输出的条件为：
其中：U
doutn
为车厢接收端负载n的交流输出电压，U
in
为系统输入电压，，C
p
为发射端补偿电容，C
p1
为发射极板与中继极板之间的耦合电容，,C
n
为车厢接收端补偿电容，C本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于中继极板的车地多负载同步无线供电系统，其特征在于，包括车头发射端、地面中继端、地面接收端和车厢接收端，所述车头发射端用于将直流电转换为交流电，并为车头发射端与地面中继端之间的耦合提供电能；所述地面中继端用于与车头发射端形成耦合接收电能，并向地面接收端传输交流电，并与车厢接收端形成耦合提供电能；所述地面接收端用于将地面中继端的交流电转换为直流电，并为地面负载供电；所述车厢接收端用于与地面中继端形成耦合接收电能，并将交流电转换为直流电为车厢端负载供电；所述车头发射端、地面中继端、地面接收端和车厢接收端整体构成CL
‑
LCLC
‑
CL型补偿网络，所述车头发射端、地面中继端和车厢接收端构成CL
‑
L
‑
CL型补偿网络，用于实现地面接收端和车厢接收端的各负载的恒压输出并且使整个系统呈现谐振状态。2.根据权利要求1所述的一种基于中继极板的车地多负载同步无线供电系统，其特征在于，所述车头发射端包括串联的直流电源、高频逆变器、发射端补偿网络单元和发射极板；所述直流电源用于产生直流电，所述高频逆变器用于将直流电源产生的直流电转换为交流电，所述发射端补偿网络单元用于保持地面中继端和地面接收端之间的电压恒定，所述发射极板安装在列车车头的底部外侧，发射极板与车体之间用绝缘介质隔开，用于接收经过发射端补偿网络单元的交流电，并与地面中继端形成耦合传输交流电。3.根据权利要求1所述的一种基于中继极板的车地多负载同步无线供电系统，其特征在于，所述地面中继端包括串联的中继极板和中继端补偿网络单元，所述中继极板安装在铁轨之间的枕木上，并通过中继端补偿网络单元与钢轨形成接地回路；所述中继极板用于与车头发射端形成耦合构建交流电传输通道，并与车厢接收端形成耦合构建交流电传输通道，并向地面接收端传输交流电，所述中继端补偿网络单元用于使整个系统呈现谐振状态。4.根据权利要求1所述的一种基于中继极板的车地多负载同步无线供电系统，其特征在于，所述地面接收端包括串联的地面接收端补偿网络单元、地面接收端整流器和地面负载；所述地面接收端补偿网络单元用于保持地面负载输出电压恒定，所述地面接收端整流器用于将经过地面接收端补偿网络单元的交流电转换为直流电，然后为所述地面负载供电。5.根据权利要求1所述的一种基于中继极板的车地多负载同步无线供电系统，其特征在于，所述车厢接收...

【专利技术属性】
技术研发人员：罗博，马林森，王竹林，张一鸣，邓君，
申请(专利权)人：成都西交轨道交通技术服务有限公司，
类型：发明
国别省市：