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行的大、中運量城市公共交通工具，是一種在城市公共客運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能大、快速準(zhǔn)時、安全性高、能耗低、污染少、用地省等優(yōu)點[1]，成為各國綜合交通運輸體系建設(shè)的重點。城軌車輛作為軌道交通中的運輸載體，是城市軌道交通裝備的核心。牽引電源是城軌車輛的動力來源，其涉及電力電子、微機(jī)原理、電機(jī)控制等多個領(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)域重點研究的技術(shù)分支，對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是龐巴迪運輸有限公司于2013年7月3日在中國申請的一件專利，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，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，同族數(shù)量為11件，2007年05月23日獲得授權(quán)。

該專利針對電源變換器中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，包括一個開關(guān)矩陣將電壓源與電流源相連，每個開關(guān)有兩個置于各自獨立的平行平面上的端子，和一個置于開關(guān)的兩個端子之間的光電導(dǎo)金剛石襯底，每個開關(guān)通過一個光源照射置于開關(guān)的兩個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，同族數(shù)量為7件，2011年03月30日獲得授權(quán)。

該專利針對在直流電壓側(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)給定的控制信號來控制網(wǎng)絡(luò)變換器，網(wǎng)絡(luò)變換器控制信號為跟隨參考矩形信號的矩形信號;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，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多相變換器進(jìn)行控制的方法，變換器包括至少兩個相位模塊，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，使每個相位模塊的兩個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）三個方向進(jìn)行了研發(fā)。這些重點專利的應(yīng)用曾對軌道交通牽引系統(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.