專利名稱：市電無軌電車的制作方法
技術領域：
本發明涉及無軌電車，尤其是涉及直接使用市電電壓電源的無軌電車。[ 二 ]背景技術城市無軌電車已發明和運行近百年，可是城市無軌電車供電系統至今都還是沿用著電車發明初時采用的直流供電體制，并且電車供電站和電車都屬于同一單位(電車公司)管理。目前世界上無軌電車只有在城市內運行的公交電車，還沒有城鄉、城外公路和高速公路上運行的無軌電車，更沒有用于城外公路和高速公路上做貨運的無軌電車。城市無軌電車的線網架設對某些交叉路口存在著一定視覺污染，有很多城市已將無軌電車拆除或退出城市中心區。但它不排放有害氣體、綠色、環保、低碳，近幾年有些已拆除無軌電車的城市又在考重建無軌電車。重建和新建無軌電車的城市都希望有投資更省，視覺污染更少，運行經濟效益和社會效益更好的新無軌電車，這就需要無軌電車技術創新和管理機制創新！《美國科學院學報》2008年刊登的研究報告稱，過去10年，全球二氧化碳排放總量增加了 13%，而源自交通工具的碳排放量增長率達25%。另有研究認為，運輸業對二氧化碳排放量要占全球二氧化碳排放總量的30 %以上。全球運輸業使用的能源主要是石油這種不可再生能源，而運輸業中使用石油最多的是公路運輸，全球公路運輸所排放的二氧化碳對全球氣候變暖負有極重要責任，公路節能減排就成為全球減少二氧化碳排放的重大研究課題。我國提出到2020年國內生產總值二氧化碳排放比2005年下降40_45%的奮斗目標。我國公路總里程數量居世界第二，汽車產銷量都居世界首位，石油消耗總量的52%要依賴進口，這些進口石油主要用于公路汽車運輸，因此，我國對減少公路運輸所使用的石油依賴，不僅是節能減排的需要，也是能源安全戰略需要。我國推出“十城千輛”新能源汽車示范工程，就是要減少我國對進口石油的依賴，減少公路運輸二氧化碳的排放量。我國提出低碳綠色交通，無軌電車是公路交通中最低碳的綠色交通運輸工具，這給無軌電車迎來一個“起死回生”向低碳運輸發展的“綠色”機遇，只要國家對無軌電車基礎設施——電車供電網的建設重視、政策引導和資金支持，中國人發明的以交流電直供電車滑線網為特色的“新無軌電車”就有可能由城內公交客運，走向城鄉、中小城市、城外公路和高速公路客運，由客運擴大到公路和高速公路大宗貨物運輸，為我國和世界公路節能減排和電氣化做出貢獻。同一發明人在直流電機橋全晶閘管調速裝置(申請號20010007811，4)、三相交流電車(申請號200810137424. 1)和混合動力無軌電車(申請號20091016868. 2)中提出高壓降壓變壓器次級交流電直供電車滑線網的無軌電車——交流供電體制的無軌電車，它們都還要使用電車專用的高壓降壓變壓器供電，電車上的供電電壓未能與三相市電供電壓相統一，因此，在還存在著成本較高和運行費用較高的不足。本發明就是要用與市電高壓降壓變壓器替代三相交流電車中專用的三相高壓降壓變器，使無軌電車的交流供電電壓與三相市電供電電壓相接軌，做到兩者做到完全統一，這樣無軌電車就可以使用地面通用技術和設備(變壓器、低價空調、電機、調速裝置、電功率表和開關電器等)，從而大大降低制造成本和運行費用，使無軌電車這一公認為最經濟、零排放、綠色環保的運輸工具能
3“起死回生”，獲得大發展。無軌電車供電電壓與工業民用市電電壓相統一這是一項史無前例，非常重大的創新成果，它能大大降低無軌電車基礎設備投資建設費和無軌電車綜合運行費。秦始皇統一度量衡和統一貨幣，它們對推動經濟社會發展所起的作用非常大，同樣本發明將電車滑線網的供電與三相市電供電統一，肯定能推動無軌電車這綠色環保經濟的發展，為公路節能減排、電氣化、減少二氧化碳排放做貢獻。從節能與新能源汽車，特別是電動汽車發展前景可從看到，電動汽車的充電原來只是用車單位的事，為推動電動汽車的發展，國家將電動車充電站建設立為交通基礎設施建設。供電公司投資電動汽車充電站和充電樁的建設，電動汽車用戶向充電站和充電樁購買電能，電動汽車充電站和充電樁就成為獨立的新興產業，它定能促使電動汽車的大發展。 如果無軌電車也能參照這種模式，將電車供電站與電車分離成二個獨立經營單位，電車供電站滑線網的建設與現在電動車充電站建設一樣立為國家供電網公路基礎設施建設，那么 “新無軌電車”也就能獲得大發展。因電車的制造成本與傳統汽車相近，它遠遠低于公交電動汽車和公交混合動力汽車，電池占整個電動汽車成本比例很大，并且壽命僅2-3年(進口鋰電池3年)，這使新能源汽車內的電池每百公里的折舊費要比電費還高得多，而新發明的油電混合動力無軌電車上沒有動力電池，因此，新無軌電車不但購車成本遠遠低于大中型電動汽車，而且運行綜合成本也遠低于大中型電動汽車，混合動力電車就有可能成為公路運輸節能環保最有經濟效益的大中型車輛。現在城市無軌電車有整流站、直流輸電線和電車滑線網三大基礎設施建設，為節省基礎設施建設投資和提高運行經濟效益，已發明沿電車線路用多個高壓降壓變壓器取代多個電車整流站的交流供電體制的新無軌電車，它節省直流輸電線和整流站的建設地皮和資金，將整流站內的大變壓器變成多個小變壓器，按裝在電車線路沿線，其初級與三相高壓電網相連，次級交流直供電車滑線網相連，這種新無軌電車就不但可比城市無軌電車的基礎設施投資減少50 %，而且沒有直流輸電線的視覺污染，大大提高電車運行經濟效益。后又發明混合動力無軌電車，使新無軌電車既具有汽車的機動性，又具有電車的節能環保性，并且電車可以單高壓回路供電就能保安全運行。本發明又提出電車滑線網電壓與三相市電壓相統一，不但進一步減少基礎設施投資，同時也進一步降低新無軌電車制造成本和運行費用。本發明還提出在公路和高速公路繁忙地段的公路上架設三相市電直接供電的電車滑線網，由國家投資電車滑線網的單位單獨管理，使無軌電車基礎設施(電車滑線網)與電車兩者分開經營，每輛無軌電車都只相當于電車滑線網管理單位的一個用戶，管理單位可向每輛電車預售電車電能消費卡(相當于汽車向加油站買油)來經管電能，電車使用電能消費卡消費。由于電車的價格和運行費，要比現有電動汽車價格和運行費用都要低得多，甚至比現有混合動力汽車都要低得多。電車壽命又長達15年以上，而混合動合汽車和電動汽車中的動力電池壽命僅2-3年，也就是說在電車壽命期間內，電動汽車和混合動力汽車內的動力電池要換很多次，這是一筆很大的費用，而無軌電車沒有這筆電池折舊費，其經濟效益會比大電動汽車和大混合動力汽車要好得多。如果國家在公路上架設有市電電車滑線網，作為國家公路基礎設施建設投入，運輸單位就會從經濟效益考慮，即使沒有政府財政補貼也會主動購混合動力無軌電車替代運貨和客運汽車，這樣混合動力無軌市電電車有可能成為公路節能減排和電氣化的主力大車，它有可能比現有混合動力大客車和純電動大客車更節能環保，有更大經濟和社會效益的新無軌電車新興產業群。
4
{三}發明內容本發明提供一種類似于用電動汽車和充電站的管理模式，來管理電車和電車滑線網，將無軌電車滑線網及其供電劃為一個獨立單位管理，其服務對象是在電車滑線網運行的貨運和客運電車。無軌電車滑線網與電動汽車充電站一樣都屬于公路節能減排和電氣化的公用交通基礎施設，都應由國家有關單位投資建設。這就是一種電車行業前所未有的管理運行模式。本發明人發明的“新無軌電車”就和現在“新能源汽車”一樣，它們都是既節能減排、綠色、低碳、環保，又能發展成有社會效益和經濟效益的“新無軌電車”產業群。新無軌電車是指電車滑線網交流供電的無軌電車(現有無軌電車都是電車滑線網直流供電的無軌電車)，它是中國一大發明，因此，新無軌電車也可稱“交流無軌電車”、 “中國特色無軌電車”、“特色無軌電車”。本發明的新無軌電車是使用市電電壓的無軌電車， 由于市電有380伏、和220伏二種電壓，因此，本發明的無軌電車就有三桿(三相380伏) 市電無軌電車、二桿(二相380伏或單相380伏和單相220伏)市電無軌電車，并且都可在電車內裝內燃機成為混合動力市電電車。本發明的技術特征在于公路上架設的電車三條或二條滑線網上，直接連接三相或二相或單相市電電壓的電源三桿市電電車是通過集電桿受電器在三條電車滑線網上獲得三相380伏市電運行，二桿市電電車是可通過集電桿受電器在二條電車滑線網上獲得 380伏或220伏市電運行，每輛電車上都有電功率計量裝置，每輛電車就是一個單獨的用電戶，因此，每輛電車就可單獨經濟額算，實現“包車到人”，充份發揮積極性。就能將新無軌電車推廣到城鄉公路、城際公路和高速公路的貨運和客運，推動公路節能減排和電氣化。市電無軌電車，它由電車的市電供電網和市電電車兩大部分組成，電車的市電供電網由高壓電網、多個高壓降壓變壓器、多段電車滑觸線和連接多段滑觸線的絕緣片組成， 高壓變壓器初級與高壓電網相連，高壓變壓器次級輸出電壓與市電電壓相同，次級與三條或二條滑觸線網相連。電車有三桿和二桿兩種，二桿電車有380伏和220伏。電車內都有電功率計量裝置、雙能源(電網電能和電池電能，或電網電能和燃料熱能)拖動裝置，它們可單獨使電車行駛。在沒有架設電車滑線網的地段(城區)，使用電池拖動電機使電車行駛，或燃料拖動內燃機使電車行駛，這樣就使特色電車具有汽車的機動靈活性，當電車行駛到架有電車滑線網的公路和高速公路時，裝在電車上的集電桿自動升起與架在公路上方的滑線網連通，駕駛員按下動力切換開關以后，車上動力由油動力或電池動力轉換為電網動力拖動，當電車即將駛出架有滑線網時，再收起電車集電桿電車切換到電池電拖動，或燃料能拖動電車到目的地。本發明是一種市電無軌電車，它由三相高壓電網(l)、10kv/400v高壓降壓變壓器 (2)、滑線網(3)、滑觸線(4)、絕緣片(5)、受電器(6)、(7)、市電電功率計量裝置(10)、市電電車(8)、(9)組成，其特征在于市電直供電車三條或二條滑線網(3)，電車通過受電器在三條或二條滑線網( 上獲得市電做動力的電車(8)、(9)，電車上有市電電功率計量裝置 (10)，因此，每輛電車就是一個市電用電戶。本發明的市電無軌電車，它由市電供電網和市電電車兩大部分。市電電車供電網由三相高壓電網(1)、三相降壓變壓器O)、滑線網(3)組成。滑線網(3)又是由滑觸線⑷ 和絕緣片(5)組成。滑線網(3)有三條滑觸線和二條滑觸線兩種。市電電車供電網的特征在于電車滑線網上的電壓與市電電壓相同。市電電車有三桿市電電車(8)、二桿市電電車(9)，二桿市電電車又有380伏和220伏兩種電壓。其特征在于三桿市電電車(8)通過車上三桿受電器(6)獲得三相380伏市電，電車上有市電電功率計量裝置(10) ；二桿市電電車 (9)通過二桿受電器(7)獲得380伏或220伏市電，電車上也有市電電功率計量裝置(10)。本發明的三桿市電電車(8)和二桿市電電車(9)是一種裝有電動機和內燃機的混合動力市電無軌電車，或者一種裝有電動機市電拖動和動力電池拖動的雙電源市電無軌電車，它們在沒有市電電車滑線網的公路上都能使用內燃機，或電池拖動電車運行，在有市電電車滑線網公路上就可升起集電桿與滑線網接能使用三相市電或二相市電拖動運行，因此，就具有汽車的機動靈活性和電車的節能環保等優點。管理機制的創新有時比技術創新更重要更有經濟效益和社會效益，本發明的技術創新就是將無軌電車滑線網上供電電壓與市電供電電壓相統一；本發明的管理運行機制的創新是將無軌電車的供電系統和電車分開管理，電車的供電由一個單位負責，向在電車滑線網上運行電車收費服務(售電能消費卡)，電車的供電系統與現在電動汽車充站和充電樁一樣，都由國家投資建設和管理。擁有電車單位或個人使用電車滑線網上電源時使用電能消費卡消費。由于使用電車運貨和運客的綜合運輸成本要比用大公交電動汽車和大公交混合動力汽車低得多，因此，可用經濟效益推動市電無軌電車的迅速發展。[四]
附圖是本發明的市電直供電車三條和二條滑線網的市電無軌電車方框圖。其中三相高壓電網(l)、10kv/400v三相降壓變壓器O)、滑線網(3)及其滑觸線(4)和絕緣片( 是市電無軌電車基礎設施建設，屬國家公路基礎設施投資建設的一部分，由國家投資方管理，它相當于汽車加油站和電動汽車充電站，為擁有市電電車單位或個人收費服務。三桿市電電車(8)和二桿市電電車(9)由購車者管理。滑觸線(4)和絕緣片 (5)連接成電車的滑線網(3)，滑觸線是由三相降壓變壓器次級提供市電。(6)是三桿電車上的受電器，(7)是二桿電車上的受電器，(10)是電車⑶和(9)內的電功率計量裝置。三條市電滑線網同時允許使用三桿市電電車(8)和二桿380伏市電電車(9)，三相市電電車多是大宗貨運電車和大公交電車。[五]具體實施方式
本發明的電車供電網與三相交流電車發明專利申請中的供電網結構相同，所不同的只是電車滑線網上采用的三相電壓，每個三相降壓變壓器輸出都有電度表計量，本發明的電車滑線網上的電壓與市電電壓相同，這是一項史無前例，具有很大經濟效益和社會效益的重大科技創新發明，因為，本發明的特色無軌電車的基礎設施投資比現有運行的城市無軌電車的基礎設施投資減少一半，大幅度降低無軌電車的運行成本和提高經濟效益，使特色無軌電車能走進量大面廣的城鄉公路、地市級中小城市、城際公路和高速公路，為公路節能減排和電氣化做較大貢獻。我國在北京、廣州等城市運行的DC/AC雙電源交流變頻調速的無軌直流電車，它是在直流600V電車滑線網上運行，電車額定工作電壓范圍是420-750V。因此，具體實施本發明方式最簡便的方法，是在現有最先進的雙電源直流無軌電車上做為如下改裝1)380V 市電三相橋式整流輸出直流電壓513V，正好在雙電源直流電車的額定工作電壓范圍之內， 因此，只要在這種車上用三集電桿受電器替換原電車上二集電桿受電器，再增加市電電度表、三相橋式整流模塊就可改裝成本發明中的無軌三相380伏市電電車(8) d)380V二相市電橋式整流，再加功率因數校正(PFC)電路就可獲得690V直流電壓，也正好在雙電源直流電車額定工作電壓范圍之內，因此，只要在這種電車上增加市電電度表、單相橋式整流模塊
6和單相功率因數校正電路(由1個小電感、1個全控器件及其控制電路、1個二極管和1個大電容組成)就將它改裝成實施本發明中的無軌二相和單相380伏市電電車(9)。為使本發明新無軌電車更具有中國發明特色(采用國人發明的世界教學頂級電路——龔氏橋全電路)和成本更低，二桿市電電車(9)可采用同一發明人“直流電機橋全晶閘管調速裝置”中的交流電車拓撲橋全調速電路；三桿市電電車(8)可采用同一發明人 “三相無軌電車”中的拓撲三相全控橋直流電機調速電路；三桿市電電車⑶和二桿市電電車(9)都可采用同一發明人“混合動力無軌電車”中的內燃機替代雙電源無軌電車中的動力電池。由于雙電源直流無軌電車中的動力電池每離2-3年就要換一次，進口鋰電池使用壽命僅3年，每換一次電池需要10多萬元，而電車壽命長達15-年以上，電車從開始使用到報費就要換4-5次電池，換電池費就需40-50萬元。因此，從經濟效益考慮，雙電源電車還不如油電混合動力電車。油電混合動力電車比鋰電池雙電源電車造價低，混合動力電車上又沒有動力電池，混合動力電車不但每年就能省電池折舊費3-4萬元，而且電車的機性更好(雙電源受電池容限制脫線運行距離，而內燃機不受限止)，再加上本發明的混合動力市電電車上可以使用通用直流電機、通用市電空調、通用市電電功率計量裝置和開關電器等， 因此，本發明的三桿市電混合動力電車和二桿市電混合動力電車比不通用電壓的無軌混合動力電車的造價和運行成本更低，維修更方便等優點。北京投放800輛進口鋰電池混合動力汽車價格高達90多萬，而且3年就要換一次鋰電池又需要10多萬元，而本發明的混合動力無軌市電電車每輛價不會超過70萬，因此， 本設計的混合動力無軌市電電車不但購車費可節能20萬元，而且每年可節能鋰電池折舊費3萬多元，因而本發明的無軌市電電車從節能減排效果、社會效益和經濟效益都還遠大于公交混合動力汽車。至于公交鋰電池電動汽車，由于鋰電池容量遠比混合動力汽車中的鋰電池客量大幾倍，其價要比混合動力汽車高得多，也要每3年換一次電池，本設計市電電車的經濟效益遠遠大于大電動公交汽車，而它們節能減排效果相接近。國家為推廣以電動汽車為代表的新能源汽車，啟動“十城千輛”示范工程，國家電網、中石油和中石化爭先投資建設充電站，以電動汽車交換電池和充電為電能貿易對象。發明人認為國家可向全國征集公路運輸比較繁忙200公里以內的城鄉公路、城際公路或城際高速公路，啟動“十條公路電氣化”特色無軌電車示范工程，國家投資建設特色三相電車滑線網進行電能貿易——購賣買電車滑線網電能消費卡，由于混合動力特色電車既節能又環保，且綜合經濟效益遠好于混合動力公交汽車，購買特色電車就不需要國家財政補貼也能推動，在架設有三相電車滑線網公路段運輸單位就會有購置特色電車的積極性，因它可升起集電桿使用電力拖動節省一半運輸費。三條電車滑線網及其供電建設只需沿線有10千伏電網、變壓器、滑觸線等，建設 “十條百公里”特色無軌電車示范工程，僅需投資幾億元。當公踐上電車滑線網增加到一定數量后，再進行全國公路電車滑線網的聯網與統一經營和管理，它就能與高鐵一樣實現公路電氣化，為國家節能減排和減少石油進口量做出重大貢獻。
權利要求
1.一種市電無軌電車，它由三相高壓電網(l)、10kv/400v高壓降壓變壓器O)、滑線網 (3)、滑觸線(4)、絕緣片(5)、受電器(6)、(7)、市電電功率計量裝置(10)、市電電車(8)、(9) 組成，其特征在于市電直供電車三條或二條滑線網(3)，電車通過受電器在三條或二條滑線網(3)上獲得市電做動力的電車(8)、(9)，電車上有市電電功率計量裝置(10)，因此，每輛電車就是一個市電用電戶。
2.根據權利要求1所述的市電無軌電車，它由三相高壓電網(l)、10kv/400v高壓降壓變壓器O)、滑線網(3)、滑觸線0)、絕緣片(5)、受電器(6)、(7)、市電電功率計量裝置 (10)、市電電車(8)、(9)組成，其特征在于10kv/400v高壓降壓變壓器⑵初級與三相 IOkv高壓電網(1)相連按，次級與三條電車滑線網(3)相連接的電車供電網。
3.根據權利要求1所述的市電無軌電車，它由三相高壓電網(l)、10kv/400v高壓降壓變壓器O)、滑線網(3)、滑觸線0)、絕緣片(5)、受電器(6)、(7)、市電電功率計量裝置 (10)、市電電車(8)、(9)組成，其特征在于:10kv/400v高壓降壓變壓器(2)初級與IOkv高壓電網(1)相連按，次級與二條電車滑線網(3)相連接的電車供電網。
4.根據權利要求1所述的市電無軌電車，它由三相高壓電網(l)、10kv/400v高壓降壓變壓器O)、滑線網(3)、滑觸線0)、絕緣片(5)、受電器(6)、(7)、市電電功率計量裝置 (10)、市電電車(8)、(9)組成，其特征在于三桿受電器(6)獲得市電做動力的三桿電車 ⑶，電車上有市電電功率計量裝置(10)，因此，每輛電車就是一個市電用戶。
5.根據權利要求1所述的市電無軌電車，它由三相高壓電網(l)、10kv/400v高壓降壓變壓器O)、滑線網(3)、滑觸線0)、絕緣片(5)、受電器(6)、(7)、市電電功率計量裝置 (10)、市電電車(8)、(9)組成，其特征在于二桿受電器(7)獲得市電做動力的二桿電車 (9)，電車上有市電電功率計量裝置(10)，每輛電車就是一個市電用電戶。
6.根據權利要求4所述的市電無軌電車，其特證在于電車(8)是一種有市電電功率計量裝置(10)、電動機拖動裝置和內燃機拖動裝置的混合動力三桿市電無軌電車。
7.根據權利要求5所述的市電無軌電車，其特證在于電車(9)是一種電車上有市電電功率計量裝置(10)、電動機拖動裝置和內燃機拖動裝置的混合動力二桿市電無軌電車。
8.根據權利要求2或3所述的市電無軌電車，由三相高壓電網(l)、10kv/400v高壓降壓變壓器O)、滑線網(3)、滑觸線0)、絕緣片(5)組成的電車供電網由一個單位經營和管理，為電車(8)、(9)提供電能服務。全文摘要
市電無軌電車是一種市電直供電車滑線網的新無軌電車，它由高壓電網、高壓降壓變壓器、滑線網等組成“新電車”供電網，它具有簡單可靠、節省投資一半以上、提供市電是國家投資建設的公路基礎設施。“新電車”能走電進城鄉公路、地市級中小城市、城際公路和高速公路。“新電車”有物流車和客流車兩種，它們是新一代綠色、節能、環保、低碳的公路運輸下具，其運輸綜合成本遠遠低于公交電動汽車、混合動力汽車等“新能源汽車”。“新電車”供電網相當于電動汽車充電站，可由獨立單位管理(電能貿易)。三桿和二桿新電車憑證、憑電能卞消費，可實行“電車包車到戶”管理。
文檔編號B60L3/00GK102211532SQ201010138660
公開日2011年10月12日 申請日期2010年4月2日 優先權日2010年4月2日
發明者龔秋聲 申請人:龔秋聲