一种有轨电车地面充电系统的制作方法

本实用新型涉及有轨电车充电技术领域，具体涉及一种有轨电车地面充电系统。

背景技术：

储能式有轨电车主要是靠储能装置(超级电容)存储的电量释放给牵引系统驱动车辆运行。现有轨道车辆供电方案大概有三种型式：一种是最常用的接触网-受电弓用供电，靠车辆受电弓升弓接触电网来供电或为车辆储能装置(超级电容)充电，此种供电方案需要在地面以上的空间架设线杆和接触网，会占用地面以上的空间，破坏了景观，给人压抑感。第二种是采用受流器和旁路第三轨受流，即在两钢轨的外侧铺设一条高于地面的供电轨，车辆转向架上安装有带受电靴的受流器，搭触在供电轨上取电，由于有高压带电轨架设在地面以上，所以此种供电方式只适用于具有专用线路的地铁车辆，不适用于有共享路权的有轨电车等车辆。第三种是意大利安萨尔多的tramwave有轨电车供电系统，是一种常接触式动态供电装置，原理是地面供电模块中间铁磁性导电柔性带，车载永久磁铁集电模块，通过永久磁铁集电极吸附铁磁性导电柔性带实现接触式受流，此方案通过两次动态接触式供电，接触电阻大，容易造成受电过程产生接触式火花，供电质量差。

综上所述，亟需提供一种充电性能好、安全可靠并能提高车辆运行效率的有轨电车地面充电系统。

技术实现要素：

本实用新型的目的是提供一种充电性能好、安全可靠并能提高车辆运行效率的有轨电车地面充电系统。

上述目的是通过如下技术方案实现：一种有轨电车地面充电系统，包括车载受电模块和地面供电模块，所述车载受电模块包括控制单元、驱动件、支架和设置在支架下方的托板，所述托板由绝缘材料制备，所述托板上设有两个集电极和两个供电极，所述控制单元与所述驱动件通信连接，所述控制单元用于控制所述驱动件动作并驱动所述托板运动，进而改变所述托板与所述支架之间的距离；所述地面供电模块包括绝缘密封壳体、电磁体和托架，所述绝缘密封壳体内设有容置腔，所述绝缘密封壳体的顶部设有与所述集电极相匹配的两个供电轨以及与所述供电极相匹配的两个电极轨，所述供电轨设有静触点，所述静触点向下延伸至所述容置腔内，所述电磁体固定在所述容置腔内并与所述两个电极轨电连，所述托架设置在所述容置腔内并位于所述电磁体的下方，所述托架上设有衔铁以及与所述静触点相配合的两个动触点，所述集电极与供电轨的接触点不高于所述供电极与电极轨的接触点。

本实用新型应用过程中，车载受电模块安装在有轨电车的转向架构架的底部中心位置，地面供电模块纵向安装在两钢轨的中心位置，且只在车站位置的车辆长度范围以内局部范围铺设，地面供电模块埋设在轨面及以下位置，将两个集电极与有轨电车上的超级电容的充电输入端电连，两个供电极与有轨电车上的电源电连，地面供电模块的两个动触点分别与供电线路的正负极电连接；当有轨电车到达站点指定位置且车辆停车，车载受电模块的液压控制单元同时检测到位置信号和停车信号后，车载受电模块集电极通过驱动件向下动作先后接触地面供电模块的供电轨和电极轨，地面供电模块的电磁体通电吸附衔铁带动供电动触点接触供电轨静触点后便接通了高压充电电路对有轨电车上的超级电容进行充电；当检测到超级电容充满的信号或者车辆启动信号后，控制单元控制驱动件动作，托板抬升到初始位置，供电极先与电极轨脱离，电磁体失电，托架及动触点复位，动触点与供电轨的静触点脱离，供电轨断电，完成充电。

车载受电模块可通过其支架安装到车辆转向架构架上，托板由高强度绝缘材料制造而成，集电极优选为高压集电极，供电极优选为低压供电极，两个集电极及两供电极按一定间距平行纵向布置安装到托板上，两供电极设置在中部，集电极设置在两供电极的两侧。两集电极通过柔性电缆与车上超级电容充电输入端连接；两供电极通过柔性电缆与车上的蓄电池(电源)连接，两者均由铜等强导电材料制成，确保导电性能。

供电轨优选为高压供电轨，供电轨、静触点、动触点及电极轨均由强导电材料制成，两供电轨、两电极轨与车载受电模块上的集电极、供电极具备相应的相同的横向位置尺寸，且相应的地面供电模块的轨槽宽度要大于车载模块对应的电极的宽度，以兼容轮轨横向间隙。两动触点的位置与供电轨的静触点相对应，动触点与静触点的间隙要小于电磁体的铁芯与衔铁之间的间隙，确保电磁体通电时，动、静触点能够相互充分接触。两动触点通过柔性电缆分别与供电线路的正负极相连接。两个电极轨分别与电磁体的线圈端子连接。

进一步的技术方案是，所述集电极与供电轨的接触点低于所述供电极与电极轨的接触点，所述集电极和供电极设置在所述托板的下方，所述集电极和供电极通过弹性件与所述托板相连。如此设置，保证托板向下运动时集电极与供电轨的接触时间要早于供电极与电极轨的接触时间，同时保证充电完成后，托板回升时集电极与供电轨的脱离时间要迟于供电极与电极轨的脱离时间，即保证动触点和静触点接触前集电极与供电轨的已经接触，动触点和静触点脱离后集电极与供电轨的再脱离，保证充电过程的安全性。集电极、供电极与托板之间设置弹簧，以实现弹性接触，导电性能好。

进一步的技术方案是，所述托板设有连接件，所述弹性件为弹簧，所述连接件的上部设有限位件，底部依次穿接所述托板和弹簧后与所述集电极或供电极相连。具体，限位件的尺寸大于托板的通孔，用于限制连接件的向下运动。集电极、供电极与托板之间设置弹簧，以实现二者与托板的弹性接触，保证充电效果。当然，动触点与托架的连接方式也采用带弹簧的弹性接触结构，与上述结构类似。

进一步的技术方案是，所述支架和所述托板之间设有第一拉簧，所述第一拉簧的两端分别与所述支架和托板相连，所述托架与所述绝缘密封壳体的底部之间设有第二拉簧，所述第二拉簧的两端分别与所述托架和绝缘密封壳体相连。如此，第一拉簧和第二拉簧的设置用于确保托板和托架的快速复位。第一拉簧和第二拉簧的数量和分布可根据设计结构的实际情况设置，如第二拉簧可设置在所述托架的两侧，保证受力的均衡。

进一步的技术方案是，所述托板与所述支架通过第一导向件相连，所述托架与所述绝缘密封壳体通过第二导向件相连，所述第一导向件和第二导向件均包括伸缩结构件。如此，第一导向件和第二导向件确保整个托板和托架有正确的垂向运动方向和位置。第一导向件和第二导向件可以是导向柱，第一导向件根据移动的距离可设计为多级导向柱，第一导向件和第二导向件的数量和分布可根据设计结构的实际情况设置，保证预定的导向效果即可。托板与支架以及托架与绝缘密封壳体由垂直布置的多级导向柱和拉簧连接，可以实现较大的行程，结构紧凑可靠、简单易行。

进一步的技术方案是，所述驱动件为液压伸缩件，所述液压伸缩件包括液压缸体、液压泵、油箱、电磁阀和溢流阀，所述控制单元与所述液压泵通信连接，所述液压伸缩件的固定端和伸缩端分别与所述支架和托板相连。液压伸缩件可选用多级双作用液压缸，液压缸体与液压泵和油箱液压采用软管连接。

相比于现有技术，本实用新型的有益效果包括：

1、本实用新型的地面供电模块埋设在轨面以下，仅供电轨槽外露，不占用地面以上的空间，确保了地面以上空间的景观；

2、仅在车辆到站停车充电时，车辆下部的供电轨才有高压电，充电完成即断电，路人及乘客无触电风险，安全可靠；

3、超级电容充电启动和充电完成终止由位置传感器和停车信号实现自动控制，无需手动操作，方便快捷，提高了车辆运行效率；

4、本实用新型采用电磁体结构实现静态接触供电，电磁吸力大，触点接触电阻小，供电更可靠；

6、本实用新型中的集电极、供电极以及动触点采用弹性接触结构，确保充分接触、导电性能好；

7、本实用新型结构简单紧凑可靠，有利于实现自动充电过程控制的自动、方便快捷，极大的提高了车辆运行效率。

附图说明

构成本实用新型的一部分的附图用来提供对本实用新型的进一步理解，本实用新型的示意性实施例及其说明用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的不当限定。

图1为本实用新型一种实施方式下的有轨电车地面充电系统的安装结构的示意图；

图2和图3分别为本实用新型一种实施方式下所涉及的车载受电模块不同视角的结构示意图；

图4为本实用新型一种实施方式下所涉及的集电极/供电极与托板连接示意图；

图5为本实用新型一种实施方式下的地面供电模块的结构示意图；

图6为本实用新型一种实施方式下的地面供电模块的内部结构示意图；

图7和图8分别为本实用新型一种实施方式下的有轨电车地面充电系统的充电过程控制示意图以及充电完成后的控制示意图。

图中：

1车载受电模块；

11支架；12托板；13集电极；14供电极；15第一导向件；16控制单元；17液压软管；18液压缸体；19第一拉簧；110弹簧；111连接件；

2地面供电模块；

21绝缘密封壳体；22供电轨；23电极轨；24动触点；25第二导向件；26电磁体；27第二拉簧；28托架；29静触点；

3钢轨；4转向架构架；5位置信号发射器；6位置信号接收器；

7超级电容；8蓄电池；9供电线路；10柔性电缆；

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型进行详细描述，本部分的描述仅是示范性和解释性，不应对本实用新型的保护范围有任何的限制作用。此外，本领域技术人员根据本文件的描述，可以对本文件中实施例中以及不同实施例中的特征进行相应组合。

本实用新型实施例如下，参照图2～6，一种有轨电车地面充电系统，包括车载受电模块1和地面供电模块2，所述车载受电模块1包括控制单元16、驱动件、支架11和设置在支架11下方的托板12，所述托板12由绝缘材料制备，所述托板12上设有两个集电极13和两个供电极14，所述控制单元16与所述驱动件通信连接，所述控制单元16用于控制所述驱动件动作并驱动所述托板12运动，进而改变所述托板12与所述支架11之间的距离；所述地面供电模块2包括绝缘密封壳体21、电磁体和托架28，所述绝缘密封壳体21内设有容置腔，所述绝缘密封壳体21的顶部设有与所述集电极13相匹配的两个供电轨22以及与所述供电极14相匹配的两个电极轨23，所述供电轨22设有静触点29，所述静触点29向下延伸至所述容置腔内，所述电磁体固定在所述容置腔内并与所述两个电极轨23电连，所述托架28设置在所述容置腔内并位于所述电磁体26的下方，所述托架28上设有衔铁以及与所述静触点29相配合的两个动触点24，所述集电极13与供电轨22的接触点不高于所述供电极14与电极轨23的接触点。

本实用新型应用过程中，如图1以及图7和图8，车载受电模块1安装在有轨电车的转向架构架4的底部中心位置，地面供电模块2纵向安装在两钢轨3的中心位置，且只在车站位置的车辆长度范围以内局部范围铺设，地面供电模块2埋设在轨面及以下位置，将两个集电极13与有轨电车上的超级电容7的充电输入端电连，两个供电极14与有轨电车上的电源(蓄电池8)电连，地面供电模块2的两个动触点24分别与供电线路9的正负极电连接；当有轨电车到达站点指定位置且车辆停车，车载受电模块1的液压控制单元16同时检测到位置信号和停车信号后，车载受电模块1集电极13通过驱动件向下动作先后接触地面供电模块2的供电轨22和电极轨23，地面供电模块2的电磁体26通电吸附衔铁带动供电动触点24接触供电轨22静触点29后便接通了高压充电电路对有轨电车上的超级电容7进行充电；当检测到超级电容7充满的信号或者车辆启动信号后，控制单元16控制驱动件动作，托板12抬升到初始位置，供电极14先与电极轨23脱离，电磁体26失电，托架28及动触点24复位，动触点24与供电轨22的静触点29脱离，供电轨22断电，完成充电。

如图1和图2，车载受电模块1可通过其支架11安装到车辆转向架构架4上，托板12由高强度绝缘材料制造而成，集电极13优选为高压集电极13，供电极14优选为低压供电极14，两个集电极13及两供电极14按一定间距平行纵向布置安装到托板12上，两供电极14设置在中部，集电极13设置在两供电极14的两侧。两集电极13通过柔性电缆10与车上超级电容7充电输入端连接；两供电极14通过柔性电缆10与车上的蓄电池8(电源)连接，两者均由铜等强导电材料制成，确保导电性能。

如图5和图6，供电轨22优选为高压供电轨22，供电轨22、静触点29、动触点24及电极轨23均由强导电材料制成，两供电轨22、两电极轨23与车载受电模块1上的集电极13、供电极14具备相应的相同的横向位置尺寸，且相应的地面供电模块2的轨槽宽度要大于车载模块对应的电极的宽度，以兼容轮轨横向间隙。两动触点24的位置与供电轨22的静触点29相对应，动触点24与静触点29的间隙要小于电磁体26的铁芯与衔铁之间的间隙，确保电磁体26通电时，动、静触点29能够相互充分接触。两动触点24通过柔性电缆10分别与供电线路9的正负极相连接。两个电极轨23分别与电磁体26的线圈端子连接。

在上述实施例的基础上，本实用新型另一实施例中，如图3和图8，所述集电极13与供电轨22的接触点低于所述供电极14与电极轨23的接触点，所述集电极13和供电极14设置在所述托板12的下方，所述集电极13和供电极14通过弹性件与所述托板12相连。如此设置，保证托板12向下运动时集电极13与供电轨22的接触时间要早于供电极14与电极轨23的接触时间，同时保证充电完成后，托板12回升时集电极13与供电轨22的脱离时间要迟于供电极14与电极轨23的脱离时间，即保证动触点24和静触点29接触前集电极13与供电轨22的已经接触，动触点24和静触点29脱离后集电极13与供电轨22的再脱离，保证充电过程的安全性。集电极13、供电极14与托板12之间设置弹簧110，以实现弹性接触，导电性能好。

在上述实施例的基础上，本实用新型另一实施例中，如图4，所述托板12设有连接件111，所述弹性件为弹簧110，所述连接件111的上部设有限位件，底部依次穿接所述托板12和弹簧110后与所述集电极13或供电极14相连。具体，限位件的尺寸大于托板12的通孔，用于限制连接件111的向下运动。集电极13、供电极14与托板12之间设置弹簧110，以实现二者与托板12的弹性接触，保证充电效果。当然，动触点24与托架28的连接方式也采用带弹簧110的弹性接触结构，与上述结构类似。

在上述实施例的基础上，本实用新型另一实施例中，如图2～6，所述支架11和所述托板12之间设有第一拉簧19，所述第一拉簧19的两端分别与所述支架11和托板12相连，所述托架28与所述绝缘密封壳体21的底部之间设有第二拉簧27，所述第二拉簧27的两端分别与所述托架28和绝缘密封壳体21相连。如此，第一拉簧19和第二拉簧27的设置用于确保托板12和托架28的快速复位。第一拉簧19和第二拉簧27的数量和分布可根据设计结构的实际情况设置，如第二拉簧27可设置在所述托架28的两侧，保证受力的均衡。

在上述实施例的基础上，本实用新型另一实施例中，如图2～6，所述托板12与所述支架11通过第一导向件15相连，所述托架28与所述绝缘密封壳体21通过第二导向件25相连，所述第一导向件15和第二导向件25均包括伸缩结构件。如此，第一导向件15和第二导向件25确保整个托板12和托架28有正确的垂向运动方向和位置。第一导向件15和第二导向件25可以是导向柱，第一导向件15根据移动的距离可设计为多级导向柱，第一导向件15和第二导向件25的数量和分布可根据设计结构的实际情况设置，保证预定的导向效果即可。托板12与支架11以及托架28与绝缘密封壳体21由垂直布置的多级导向柱和拉簧连接，可以实现较大的行程，结构紧凑可靠、简单易行。

在上述实施例的基础上，本实用新型另一实施例中，如图2和图8，所述驱动件为液压伸缩件，所述液压伸缩件包括液压缸体18、液压泵、油箱、电磁阀和溢流阀，所述控制单元16与所述液压泵通信连接，所述液压伸缩件的固定端和伸缩端分别与所述支架11和托板12相连。液压伸缩件可选用多级双作用液压缸，液压缸体18与液压泵和油箱液压采用液压软管17连接。

本实用新型还提供一种有轨电车的地面充电方法，实施例如下，如图1、图7和图8，包括如下步骤：

(1)上述任一所述的有轨电车地面充电系统的安装布置：车载受电模块1安装在有轨电车的转向架构架4的底部，地面供电模块2纵向安装在两钢轨3之间，将两个集电极13与有轨电车上的超级电容7的充电输入端电连，两个供电极14与有轨电车上的电源电连，地面供电模块2的两个动触点24分别与供电线路9的正负极电连接；

(2)检测模块检测有轨电车的位置信息、速度信息以及超级电容7的电压信息，并将检查信号传递给控制单元16；

(3)控制单元16接收的检测信号中的有轨电车的位置信息和速度信息并进行判断，当确定有轨电车上的车载受电模块1在地面供电模块2的上方，并且有轨电车的速度为零时，发送控制命令至所述驱动件；

(4)驱动件接受控制命令驱动托板12向下运动，两个集电极13先与两个供电轨22接触，托板12继续下降两个供电极14与两个电极轨23接触使得电磁体26通电，电磁体26吸附衔铁并带动托架28上移，托架28上的两个动触点24分别与两个供电轨22的静触点29接触，充电电路接通对有轨电车上的超级电容7进行充电；

(5)控制单元16接收到的检测信号中的超级电容7的电压信息等于预定值，或接收到的检测信号中的速度信息大于零时，控制单元16控制驱动件动作，托板12回升，供电极14先与电极轨23脱离，电磁体26失电，托架28及动触点24复位，动触点24与供电轨22的静触点29脱离，供电轨22断电，完成充电。

本实用新型充电时需要确保有轨电车停靠在预定的位置，即要保证车载受电模块1在地面供电模块2的上方，还要保证此时车辆已停止，保证充电过程的安全性；断电时有两种情况，超级电容7已经充满电，第二种就是没充满电，车辆需要开走，当检测到车辆有启动速度的进行断电。

在上述实施例的基础上，本实用新型另一实施例中，如图1、图7和图8，所述检测模块包括车辆速度信号检测单元、车辆位置检测单元和电压检测单元，所述车辆速度信号检测单元包括设置在有轨电车的牵引电机上的速度传感器，所述车辆位置检测单元包括设置在地面供电模块2预定位置上的位置信号发射器5和有轨电车的转向架构架4的位置信号接收器6，所述位置信号接收器6可在位置信号发射器5的预定范围内接收到位置信号发射器5发出的位置信号，所述电压检测单元包括用于检测超级电容7的电压传感器，所述速度传感器、位置信号接收器6和电压传感器与所述控制单元16通信连接；所述步骤(2)和步骤(3)中，速度传感器将检测的速度信号传递至所述控制单元16，所述位置信号接收器6在位置信号发射器5的预定范围内接收到位置信号发射器5发出的位置信号后将其传递至所述控制单元16，所述控制单元16接收到位置信号的同时接收的速度信号为零时发送控制命令至所述驱动件；所述步骤(2)中电压传感器将检测的电压信号传递至控制单元16，所述步骤(5)中控制单元16将接收到电压信号的电压值与预存的满额电压值进行比较，当控制单元16接收到电压信号的电压值等于满额电压值，或者接收到的速度信号的速度大于零时，控制单元16控制驱动件动作进行断电。优选，预定范围设定为车载受电模块1在地面供电模块2上方区域的范围，

在上述实施例的基础上，本实用新型另一实施例中，所述驱动件为液压伸缩件，所述液压伸缩件包括液压缸体18、液压泵、油箱、电磁阀和溢流阀，所述步骤(4)中集电极13与供电轨22的接触压力达到一个设定的阈值时，所述溢流阀开始溢流并保持液压力，进而保持集电极13与供电轨22的接触压力，所述步骤(5)中控制单元16控制液压缸体18泄压，所述托板12复位。

在上述实施例的基础上，本实用新型另一实施例中，所述液压伸缩件设有控制所述液压伸缩件启停的手动控制开关。如此设置，具体应用过程中，可切换成手动控制模式，利用手动控制开关控制液压伸缩件的启停实现充电和断电。

对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。