CN102991357B - 用于车辆的能量再充装置 - Google Patents

Abstract

本发明的目的是一种用于车辆的能量再充装置（1），包括位于车辆（2）外部的至少一个电源装置（8）、固定于车辆（2）上的至少一个电力收集器（9），电力收集器（9）包括设置有至少一个摩擦带的中央部分，旨在当车辆（2）移动时对车辆（2）供电，中央部分横向地延伸，至少一个角状件由金属材料形成一个构件并形成上表面。角状件的上表面的至少一部分形成接触区域，当车辆（2）在车站（7）中停止时，所述接触区域能够与电源装置（8）的相应接触表面直接接触，以便确保电力收集器（9）与电源装置之间经由所述接触区域的能量传递。

Description

用于车辆的能量再充装置

技术领域

本发明涉及一种对装载于车辆上的一件存储设备再充能量的装置，包括位于车辆外部的至少一个电源装置、固定于车辆上的至少一个电力收集器（powercollector），所述电力收集器包括设置有至少一个摩擦带的中央部分，旨在当车辆移动时对车辆供电，中央部分横向地延伸，至少一个角状件由金属材料形成一个构件并形成上表面。

背景技术

这种再充装置特别用于轨道车辆和城市运输电动车辆，例如有轨电车或无轨电车，这些车辆在其全部或部分行程上自供电。实际上，这些线路的越来越多的操作员并不希望其城市中心中存在电缆吊线（catenaries），这降低了附近地区的美观性。

在此情况中，当车辆停在车站时，通过车辆的动臂装置（pantograph）的摩擦带与电源线路之间的静电接触，可以提供车辆的能量再充。在车站中执行这种再充的持续时间最多等于为乘客上车和下车而设定的时间，典型地在15至30秒之间。此持续时间应尽可能短，以便不用不必要地增加车辆的行程持续时间。在不超过30秒的短时间内对用于储存电能的装置进行再充，例如考虑到车辆所施加的尺寸限制目前具有大约几百千瓦功率的的电池或一组超级电容器，要求再充装置的实用性允许交换这样的电力，而不会由于过热或任何对用户的危险而损坏装置的组成部分。

现在，将现有技术中的电力收集器设计为通过滑动接触而收集电力。实际上，动臂装置的摩擦带的碳用于其耐磨特性和导电特性。然而，碳并不是一种在不发热至通常导致其毁坏的温度的前提下承受几秒钟时间的几千安培的电流传递的十分良好的电导体：因此，滑动接触是必须的，以便避免接触材料的过热。

发明内容

本发明的一个目的是提供一种允许对装载于车辆上的能量存储设备进行再充的电力再充装置，其没有现有技术的装置的缺点，并且不会引起导致组成其的元件的损坏或甚至毁坏的发热过程。更具体地，其旨在当车辆停止时改进再充过程中的能量传递。

为此目的，本发明的目的是一种上述类型的能量再充装置，其特征在于，角状件的上表面的至少一部分形成接触区域，当车辆在车站中停止时，该接触区域能够与电源装置的相应接触表面直接接触，以便确保电力收集器与电源装置之间经由接触区域的能量传递。

根据本发明的能量再充装置还可包括一个或几个以下的特征，这些特征单独地采用或者根据任何一个或全部技术上可能的组合：

-角状件的上表面至少在接触区域中及其附近是连续的；

-角状件由具有高导热性和导电性的材料制成，例如铝、铜、金或银；

-接触区域沿着角状件的上表面的位置是可变的，在每个车站中，接触区域被限定为，当车辆在车站中停止时面向电源装置的相应接触表面的上表面区域；

-角状件包括倾斜区域以及与中央部分基本上对准的水平区域；

-接触区域由水平区域的上表面的一部分和/或由倾斜区域的上表面的一部分形成；

-角状件装配在中央部分上；

-电力收集器是包括两个弓形件的动臂装置；

-每个弓形件包括横向地延伸的中央部分以及位于中央部分的任一侧上的两个角状件，每个角状件能够与一个电源装置配合；并且

-角状件由用于在车辆移动过程中引导电缆吊线的装置形成。

附图说明

在阅读以下仅作为实例给出并参考附图进行的描述的基础上，将更好地理解本发明，附图中：

图1是运行轨道上的根据本发明的再充装置的实现方式的示意图；

图2是图1的再充装置的电力收集器的示意性透视图；

图3是图2的电力收集器的与运行轨道成横向的一部分的示意性截面图；

图4是根据第一实施方式的再充装置的与运行轨道成横向的示意性截面图；

图5是根据第一实施方式的一个替代方式的再充装置与图4类似的示意图；

图6是根据第二实施方式的再充装置与图4类似的示意图；以及

图7是根据第二实施方式的一个替代方式的再充装置与图4类似的示意图。

具体实施方式

图1代表用于车辆2的根据本发明的再充装置1的实现方式的示意图，车辆在轨道3上运行，轨道包括由电缆吊线5提供电力的部分4和不提供电力的部分6。车辆2的车站7沿着轨道3布置。例如，车站7相当于车辆2可以在其中停止以允许乘客上车和下车的站台。一些车站7位于不提供电力的部分6中，其他车站7位于提供电力的部分4中。

车辆2特别是轨道车辆或城市运输电动车辆，例如有轨电车或无轨电车。

当车辆在由电缆吊线5提供电力的部分4中运行时，通过使车辆2的动臂装置的摩擦带与电缆吊线5接触，对车辆2提供电力。当车辆在不提供电力的部分6中运行时，车辆2消耗储存在装载于车辆2上的存储设备（例如电池或超级电容器组件）中的电能。根据本发明的再充装置1能够确保当车辆在车站7中停止时对这种存储设备再充能量。

再充装置1包括位于车辆2外部的电源装置8和位于车辆2上的电力收集器9。当车辆2在车站7中停止时，电力收集器9能够与电源装置8接触，以便确保电力收集器9与电源装置8之间的能量交换，从而对装载于车辆2上的用于储存能量的设备进行再充，电力收集器9电连接至所述存储设备。

电源装置8布置在位于不提供电力的部分6中的车站7处，或布置在位于提供电力的部分4中的车站7处。有利地，其位于不提供电力的部分6中。对于其电源，其连接至从电力分配网分配电力的已知类型的分站（未示出）。例如，电源装置8分配750伏的DC（直流）电压。

在所示实施方式中，电源装置8是高架电源装置。其包括至少一个刚性电缆吊线部段10，当车辆2在车站7停止时，该刚性电缆吊线部段能够与车辆2的电力收集器9配合。根据一个实施方式（图4和图6），其包括两个刚性电缆吊线部段10，每个刚性电缆吊线部段能够与车辆2的电力收集器9配合并位于运行轨道3的任一侧上，特别是相对于轨道3对称。例如，每个刚性电缆吊线部段10安装在车站7中的埋入于轨道3一侧上的支柱12上。替代地，多个刚性电缆吊线部段10安装在车站7中的埋入于轨道3一侧处的相同支柱12上。

在所示实施方式中，电力收集器9是位于车辆2的顶部上的动臂装置。如图2至图7所示，此电力收集器9包括单个或多个头部14以及能够使头部14在能量拾取位置与绝缘位置之间移位的连接结构15，在能量拾取位置中，头部14与电源装置8的刚性电缆吊线部段10接触，在绝缘位置中，头部14位于距电源装置8一定距离处，在车辆2的顶部上折叠。

头部14包括两个基本上彼此平行的弓形件16、18（图2）。弓形件16、18沿着与车辆2的延伸方向垂直并与轨道3垂直的延伸方向延伸。在以下描述中，弓形件16、18的延伸方向叫做横向方向。每个弓形件16、18相对于与横向方向垂直的中间平面P对称。

每个弓形件16、18包括横向地延伸的中央部分20，在其每个端部处是沿着横向方向延伸的端部或角状件22。因此，每个弓形件16、18包括位于中央部分20的任一侧上的两个角状件22。角状件22与中央部分20装配在一起，特别是通过螺纹连接或螺栓连接，以便形成弓形件16、18。角状件22形成用于相对于电力收集器9引导电缆吊线5的装置，能够避免电缆吊线5在电力收集器9的头部14下方通过，特别是在通过电闸（switch）时。在正常操作的过程中，即，当车辆2沿着直线轨道部分3运行时，角状件22将不与电缆吊线5接触。

中央部分20基本上是直线的。它基本上水平地延伸。它包括朝着车辆2的顶部定向的下表面24和与下表面24相对的上表面26。其上表面26的至少一部分由摩擦带28形成。此摩擦带28典型地由碳制成。当车辆2沿着轨道3的设置有电缆吊线5的部分4移动时，电力收集器9的摩擦带28能够与电缆吊线5接触，以便在车辆2运行时确保电缆吊线5与电力收集器9之间的能量传递。当车辆2移动时，电缆吊线5与电力收集器9的摩擦带28之间的接触是滑动的并且有效。当接触是摩擦的时，即，当车辆2沿着电缆吊线5移动时，用于形成摩擦带28的材料适于优化电力拾取，而不会发热至超过临界阈值。

每个角状件22包括与中央部分20基本上对准地延伸的水平区域30和与水平区域30形成非零角度的倾斜区域32。倾斜区域32相对于中央部分20且相对于水平区域30向下倾斜。它包括向下倾斜且远离中央部分20的基本上直线的近端部段34，伴随有基本上竖直的远端部段36。这种形状适于如上所述的引导。

每个角状件22由金属材料形成单个构件。所使用的金属材料是具有高导热性和高导电性的材料，特别是大于100W·m^-1K^-1的导热性。它特别由诸如铜、铝、金、银的材料或这些材料的合金制成。形成单个构件的角状件22限定有上表面40。此上表面40的至少一部分形成接触区域42，当车辆2在车站7中停止时，该接触区域能够与电源装置8的相应接触表面44直接接触，以便确保电力收集器9与电源装置8之间的能量传递。

可以以几种方式实现接触区域42与电源装置8之间的接触，例如以接触点（点状接触）、以接触线（线接触）或以接触表面（面接触）的方式。根据一个实施方式，该接触是面接触。

“直接”接触意味着，在上表面40与电源装置8的表面44之间不插入添加在角状件22上的元件。在电源装置8的接触表面44与电力收集器9的接触区域42之间接触时，形成角状件22的金属直接接触电源装置8的接触表面44，即不插入另一种材料。

上表面40是至少在接触区域42和后者附近的基本上连续的表面，即，其至少在接触区域42和后者附近没有任何尖锐的边缘。可选地，上表面40在其整个长度上是连续的。

上表面40的形成接触区域42的那部分与上表面40的其余部分没有任何结构差异。

接触区域42在上表面40上的位置是可变的。其取决于接触表面44的定位，当车辆2在相应的电源装置8处停止时，接触区域将与接触表面配合。对于每个车站7，接触区域42对应于车辆2在车站7中停止时上表面40的面向接触表面44的部分。接触区域42的尺寸基本上对应于接触表面44的尺寸，以便当车辆2停止时使电力收集器9与电源装置8之间经由接触区域42的能量传递最大。

每个刚性电缆吊线部段10能够与位于轨道3的相同侧上的两个弓形件16、18中的每个的接触区域42配合。因此，每个刚性电缆吊线部段10能够与两个接触区域42配合。

根据图4所示的再充装置1的第一实施方式，刚性电缆吊线部段10的接触表面44定位成使得接触区域42由角状件22的水平区域30的上表面40的一部分形成。

根据图6所示的第二实施方式，刚性电缆吊线部段10的接触表面44定位成使得接触区域42由角状件22的倾斜区域32的上表面40的一部分形成。

当车辆2在车站7中停止时，其通过连接结构15配置电力收集器9，以便使头部14的接触区域42与位于接触区域42顶点的刚性电缆吊线部段10的接触表面44接触。然后，在电力收集器9与电源装置8之间经由接触区域42执行能量传递。因此，在每个接触区域42处获得能量传递区域。此能量传递是静态传递，即在停止时执行能量传递。

在停止时，电路如下所述：从分配电力的分站朝着刚性电缆吊线部段10和接触表面44，从接触表面44通过接触表面44与接触区域42之间的接触朝着接触区域42，然后从接触区域42沿着弓形件16、18，一直到与车辆2的电源电缆（未示出）连接的区域，该电源电缆电连接至车辆2的能量存储设备。

图5和图7分别示出了第一和第二实施方式的替代方式，其与第一和第二实施方式的唯一差别是，电源装置8仅包括一个位于运行轨道3一侧上的刚性电缆吊线部段10，而不是位于轨道3的任一侧上的两个刚性电缆吊线部段10。刚性电缆吊线部段10的接触表面44能够与位于轨道3的和电缆吊线部段10同一侧上的电力收集器9的角状件22的接触区域42接触，当车辆在相应车站中停止时，接触区域42位于表面44的顶点处。因此，每个弓形件16、18中仅有一个角状件22能够与电源装置8接触。因此，在这些替代方式中，在每个弓形件16、18处仅有一个能量传递区域。该区域位于轨道3的单一侧上，即，轨道3的刚性电缆吊线部段10所定位的一侧。与根据第一和第二实施方式（图4和图6）的结构相比，此结构更容易实现，在材料上更经济。另一方面，根据第一和第二实施方式的结构在机械上是优选的（由于电源装置8与电力收集器9之间的支承区域的对称性，机械力更好地分布），并且由于可能的传递表面积的翻倍而允许更大的能量传递。

在本发明中，通常仅用于引导电缆吊线的头部的角状件用来确保新的功能，即用于停止时的车辆的电源功能。在头部的角状件与电源装置之间直接实现能量传递，并且，不需要对已经安装在车辆上的现有动臂装置进行结构改变。因此，本发明提供了一种当车辆停止时简单且便宜的再充系统，因为其只要求在车站中存在适合的电源装置。因此，本发明提出了一种双模式的（bimodal）动臂装置，当车辆运行时，能够经由在电缆吊线与弓形件的中央部分中的摩擦带之间实现的滑动接触而对该动臂装置提供能量，并且，当车辆停止时，能够经由角状件与电源装置之间的接触而对该动臂装置提供能量，不会使动臂装置的运动复杂（这些一直是头部的已知的配置运动和折回操作），也不需要附加元件。

根据本发明的再充系统进一步是特别灵活的。实际上，尽管并非必须增加装配在角状件上以形成接触表面的元件，但角状件的整个上表面可以形成接触区域，这是因为整个角状件由相同的金属材料形成单个构件。如之前所说明的，在每个车站，角状件上的接触区域的位置仅由电源装置的接触表面的布局限定。因此，对于相同的车辆，可以在第一车站中提供导致接触区域定位在角状件的水平部分中的接触表面的布局，并且可以在第二车站中提供导致接触区域定位在角状件的倾斜部分中的接触表面的布局。通过这种灵活性，在每个车站中，例如可以使电源装置的结构适应车站的特性，特别是在可用空间方面。

根据本发明的再充装置在电源装置与电力收集器之间产生非常良好的电能传递，同时，通过形成接触区域的材料的良好的导热性和导电性，避免了电力收集器的接触区域的过度发热。实际上，即使通过焦耳效应在动臂装置的角状件中产生热量来实现电能传递，所产生的热量也可通过角状件的传导来分配，因此，不会出现接触区域的过度局部发热。

Claims (11)

1.一种对装载于车辆(2)上的一件存储设备再充能量的再充装置(1)，包括位于所述车辆(2)外部的至少一个电源装置(8)、固定于所述车辆(2)上的至少一个电力收集器(9)，所述电力收集器(9)包括设置有至少一个摩擦带(28)的中央部分(20)，旨在当所述车辆(2)移动时对所述车辆(2)供电，所述中央部分(20)横向地延伸，至少一个角状件(22)由金属材料形成一个构件并形成上表面(40)，

其特征在于，所述角状件(22)的上表面(40)的至少一部分形成接触区域(42)，当所述车辆(2)在车站(7)中停止时，所述接触区域能够与所述电源装置(8)的相应接触表面(44)直接接触，以便确保所述电力收集器(9)与所述电源装置(8)之间经由所述接触区域(42)的能量传递。

2.根据权利要求1所述的再充装置(1)，其特征在于，所述角状件(22)的上表面(40)至少在所述接触区域(42)中及其附近是连续的。

3.根据权利要求1或2所述的再充装置(1)，其特征在于，所述角状件(22)由具有高导热性和导电性的材料制成。

4.根据权利要求1或2所述的再充装置(1)，其特征在于，所述接触区域(42)沿着所述角状件(22)的上表面(40)的位置是可变的，在每个车站(7)中，所述接触区域(42)被限定为，当所述车辆(2)在所述车站(7)中停止时面向所述电源装置(8)的相应接触表面(44)的所述上表面(40)的区域。

5.根据权利要求1或2所述的再充装置(1)，其特征在于，所述角状件(22)包括倾斜区域(32)以及与所述中央部分(20)基本上对准的水平区域(30)。

6.根据权利要求5所述的再充装置(1)，其特征在于，所述接触区域(42)由所述水平区域(30)的上表面(40)的一部分和/或由所述倾斜区域(32)的上表面(40)的一部分形成。

7.根据权利要求1或2所述的再充装置(1)，其特征在于，所述角状件(22)被装配至所述中央部分(20)。

8.根据权利要求1或2所述的再充装置(1)，其特征在于，所述电力收集器(9)是包括两个弓形件(16，18)的动臂装置。

9.根据权利要求8所述的再充装置(1)，其特征在于，每个弓形件(16，18)包括横向地延伸的中央部分(20)以及位于所述中央部分(20)的任一侧上的两个角状件(22)，每个角状件(22)能够与一个电源装置(8)配合。

10.根据权利要求1或2所述的再充装置(1)，其特征在于，所述角状件(22)由用于在所述车辆(2)的移动过程中引导电缆吊线(5)的装置形成。

11.根据权利要求3所述的再充装置(1)，其特征在于，所述具有高导热性和导电性的材料是铝、铜、金或银。