一种磁悬浮列车的开关箱的制作方法

本发明涉及一种开关箱，具体涉及一种新型磁悬浮用开关箱，属于轨道交通控制设备技术领域。

背景技术：

随着国民经济的发展,交通运输日益紧张并成为制约经济发展的一个重要因素,缓解并改善交通状况是当前迫切需要解决的问题。作为新型的陆上交通工具,磁浮列车依靠电磁力将列车悬浮于轨道上,用直线电机推进,它没有车轮及相应的传动机构,与地面无机械接触,可以高速、平稳地运行,并且运营维护费用低,无环境污染,具有良好的发展前景。其中高速磁浮列车的最高时速可达到500公里以上，是当今世界最快的地面客运交通工具。中低速磁浮列车的时速在100-120公里之间，具有节能、环保、噪音小、转弯半径小，爬坡能力高等特性，造价略高于轻轨，而远低于地铁。

列车牵引与电制动动能、悬浮导向功能和辅助供电功能是磁浮列车最为基本的三大功能，也是影响列车运行品质的三个根本性因素。因此，设计最为优化、最为故障导向安全的车载电网方案是确保磁浮列车安全和高品质运行的重要保证之一。

在高速磁浮列车车载电网中，由440v升压斩波器构成的440v直流电网是主电网，车上所有的电气部件都是直接或者间接从440v主电网获取能量。而bv440开关箱作为440v直流电网中最重要的中继站，其性能的优劣直接影响到磁浮列车能否安全、高速运行。

技术实现要素：

本发明正是针对现有技术中存在的技术问题，提供一种新型磁悬浮用440v开关箱，该技术方案满足磁悬浮车辆不同工作制、特殊工作环境以及轻量化的要求，可保证主回路状态可靠切换，使磁悬浮车辆在不同工况下正常运行，具有可靠性高、可维护性好等特点。

本发明提供了一种磁悬浮列车的开关箱，用于控制磁悬浮列车的直流主电网与车载电网控制器、升压斩波器、dc-dc变换器、逆变器、涡流制动器及蓄电池的连接，其中车载电网控制器用于完成开关箱的合分闸控制，并接收开关箱的合分闸控制反馈信息；升压斩波器将车载发电装置的电能通过整流和升压后提供至开关箱以对蓄电池进行充电，并实时接收开关箱反馈的蓄电池电流模拟信号；dc-dc变换器用于改变开关箱提供的直流电电压；逆变器用于将开关箱提供的直流电变换为交流电；涡流制动器用于制动磁悬浮列车。该开关箱具有外壳，该外壳由机箱基体、顶板以及侧板组成，该开关箱的该外壳内具有低压开关组件和/或电流传感器组件。

优选地，机箱基体由铝合金整体铸造一体成型。

通过将机箱基体由铝合金整体铸造一体成型，使得在铸造时在保证工艺经济性的同时，包含了机箱基体的各结构特征(如散热翅片等)，铸造成型后再按要求进行机加工。通过上述一体成型避免了焊接、挤压等工艺，从而避免了加工残余应力及变形，提高了箱体强度和性能，有利于减少箱体尺寸，避免了由于机加等工艺而需额外增加的尺寸，提高了柜体紧凑度，减低了整个箱体的重量。同时由于机箱基体散热翅片与机体为一体成型，没有了散热翅片与基板之间的接触热阻，降低了元件整个传热路径的热阻，在有限的散热面积下提高了散热器的散热效率，为进一步减少柜体的尺寸创造了有利条件。由上述可知采用铸造铝合金提高了箱体的强度，可在保证满足垂向及横向的加速度幅值为30m/s2，纵向为50m/s2，时间均为30ms冲击要求下重量仅为钢板的三分之一，显著的降低了箱体的重量，满足了开关箱苛刻的重量要求。

优选地，通过l型压条和螺栓，顶板、把手组件和侧板分别与机箱基体连接，l型压条具有内嵌有密封发泡条的槽。

采用l型压条增加了各个连接部件间的接触面积，再加上密封发泡条，进一步提高了连接的密封性能，除此之外在各个连接处均涂覆了密封胶，通过上述措施本发明箱体可达到ip65的防护等级。

优选地，顶板和侧板厚度为1mm。

优选地，在顶板和/或侧板上设置有加强筋。

通过将具有较大面积的顶板2、侧板4设计为1mm厚，能够减少开关箱的重量。同时，在顶板和/或侧板上设置有加强筋，能够通过简单的冲压工艺可有效提高顶板、侧板的刚度和强度，在不增加重量的情况下能够满足车载设备的冲击振动要求。

优选地，机箱基体的前面板安装有电连接器，电连接器通过螺栓与机箱基体可靠连接，并且电连接器与机箱基体之间有密封圈。

通过螺栓连接至机箱基体并且设置密封圈，使得该电连接器能够具备ip67的防护等级。

优选地，低压开关组件中包括熔断器、继电器、接触器和限流分压电阻，且熔断器、继电器、接触器和限流分压电阻中的至少两个安装在同一个安装板上。

通过在开关箱集成有塑壳断路器、接触器与熔断器，能够实现系统短路保护功能，防止短路时故障扩大化。而将熔断器、继电器、接触器和限流分压电阻中的至少两个安装在同一个安装板上，即通过将内部器件模块化设计、使用预布线设计方案柜体外布线组装器件，一方面能使得上述部件间距离尽可能近地布置，充分利用开关箱内的空间，同时能够能够在柜体外布线组装器件，使得操作空间大，安装效率高，可显著提高整机的可维护性。

优选地，低压开关组件中包括2n个熔断器，2n个熔断器排列成相互平行且分别具有n个熔断器的第一排和第二排，其中n为正整数。

优选地，低压开关组件中包括10个熔断器。

优选地，第一排的n个熔断器通过第一连接铜排短接，且第一排的n个熔断器与第二排的至少一个熔断器通过第二连接铜排短接。

优选地，第一铜排与第二铜排连接为形成l形。

上述设计可有效利用开关箱的深度尺寸，避免了宽度尺寸狭窄的问题，采用最少的铜排将第一排的n个熔断器与第二排的至少一个熔断器短接在一起。

优选地，第一连接铜排的一端设有用于外部分线连接的孔。

该孔用于外部分线连接，能够使得端子方便地连接方便并且解决与另外一组熔断器干涉问题

优选地，用于将电连接器连接至熔断器的为斜v字形。

因此，电缆从电连接器19出来后斜向下自然连接，端子无需拐弯，螺栓从上往下拧紧，操作空间大，能够解决当熔断器与电连接器间距离接近时，线缆从电连接器出来后连接到熔断器上的拐弯半径与走线空间不足的问题。

优选地，在低压开关组件中具有线托，线托用于固定熔断器的线缆和/或继电器的线缆。

优选地，在低压开关组件中设置有纵向低压开关组件扎线杆和横向低压开关组件扎线杆。

纵向低压开关组件扎线杆能够用于固定接触器、电阻、外接电缆的纵向走线，横向低压开关组件扎线杆能够用于固定接触器、电阻、外接电缆的横向走线。

优选地，电流传感器组件包括多个电流传感器，多个电流传感器在特定平面上的相应多个投影具有重叠的部分。

优选地，多个电流传感器分为第一层传感器和安装在支撑架上的第二层电流传感器，第一层电流传感器与第二层电流传感器上下相叠。

优选地，第一层电流传感器与第二层电流传感器前后反装。

上下叠层布置有效利用了柜体的高度空间，支撑架极大的节省了上层与下层之间的空间，方便安装布置下层的电流传感器，结构简单可靠，并且美观，而上层传感器与下层传感器前后反装错开了传感器外接插头。

优选地，电流传感组件包括4个第一层电流传感器和4个第二层电流传感器26。

优选地，电流传感组件中具有端子支撑座27，电流传感组件的外接电缆与电流传感组件的内部电缆共接于端子支撑座27上。

由此，多个电流传感器均通过统一电缆外接到外部蓄电池，而每一个传感器可单独维护，使得后续传感器维护与安装更方便。

附图说明

本发明的以上内容以及下面的具体实施方式在结合附图阅读时会得到更好的理解。需要说明的是，附图仅作为所请求保护的发明的示例。在附图中，相同的附图标记代表相同或类似的元素。

图1示出本发明的用于磁悬浮列车的开关箱的在磁浮列车中的主要关联对象。

图2为本发明的用于磁悬浮列车的开关箱的柜体外形图。

图3为本发明的用于磁悬浮列车的开关箱的电连接器的安装图。

图4为本发明的用于磁悬浮列车的开关箱的详细结构爆炸图。

图5为本发明的用于磁悬浮列车的开关箱的俯视图。

图6为本发明的用于磁悬浮的低压开关组件的布置图。

图7为本发明的用于磁悬浮的电流传感器组件的布置图。

具体实施方式

以下在具体实施方式中详细叙述本发明的详细特征以及优点，其内容足以使任何本领域技术人员了解本发明的技术内容并据以实施，且根据本说明书所揭露的说明书、权利要求及附图，本领域技术人员可轻易地理解本发明相关的目的及优点。

如图1所示，开关箱bv440为本发明的用于磁悬浮列车的开关箱，其主要关联对象为车载电网控制器bns、升压斩波器hs_1，hs_2，hs_3，hs_4、dc440v/dc24直直变换器、逆变器wr、涡流制动器及440蓄电池。

下面将分别描述本发明的用于磁悬浮列车的开关箱的上述关联对象的作用。

(1)车载电网控制器：根据整车控制逻辑，完成开关箱bv440内部开关合分闸控制，并接收各开关状态反馈信息。

(2)升压斩波器：将直线发电机输出的交流电和非接触式接收线圈输入电源通过整流和升压后提供给开关箱bv440，并实时接收开关箱bv440反馈的440v蓄电池电流模拟信号。

(3)dc440v/dc24直直变换器：开关箱bv440的负载之一，用于将dc440v变换成dc24v。

(4)逆变器：开关箱bv440负载之一，用于将dc440v变换成ac230v。

(5)涡流制动器：开关箱bv440负载之一，用于实现整车制动功能。

(6)440v蓄电池：440v蓄电池与开关箱bv440之间实现能量双向流动，升压斩波器hs_1，hs_2，hs_3，hs_4输出能量通过开关箱bv440对蓄电池进行充电，440蓄电池通过开关箱bv440为440v其它负载供电。

图2为开关箱bv440的柜体外形图，如图2所示，开关箱bv440外壳由机箱基体1、顶板2、把手组件3以及2个侧板4组成，其中机箱基体1材质为铸造铝合金，整体铸造一体成型，铸造时在保证工艺经济性的同时，包含了机箱基体1的各结构特征如散热翅片等，铸造成型后再按要求进行机加工。通过上述一体成型避免了焊接、挤压等工艺，从而避免了加工残余应力及变形，提高了箱体强度和性能，有利于减少箱体尺寸，避免了由于机加等工艺而需额外增加的尺寸，提高了柜体紧凑度，减低了整个箱体的重量。同时由于机箱基体1散热翅片与机体为一体成型，没有了散热翅片与基板之间的接触热阻，降低了元件整个传热路径的热阻，在有限的散热面积下提高了散热器的散热效率，为进一步减少柜体的尺寸创造了有利条件。由上述可知采用铸造铝合金提高了箱体的强度，可在保证满足垂向及横向的加速度幅值为30m/s2，纵向为50m/s2，时间均为30ms冲击要求下重量仅为钢板的三分之一，显著的降低了箱体的重量，满足了开关箱bv440苛刻的重量要求。

如图3所示，机箱基体1与顶板2、把手组件3、侧板4之间采用l型压条加螺栓的形式进行连接，l型压条中开了小槽内嵌入了密封发泡条。采用l型压条增加了各个连接部件间的接触面积，再加上密封发泡条，进一步提高了连接的密封性能，除此之外在各个连接处均涂覆了密封胶，通过上述措施本发明箱体可达到ip65的防护等级。为了减重，特将具有较大面积的顶板2、侧板4设计为1mm厚，但由于该柜体为车载设备，需要满足冲击振动的要求，为了提高顶板2、侧板4的强度，在顶板2、侧板4上设计了若干加强筋，通过简单的冲压工艺可有效提高顶板2、侧板4的刚度和强度，并且不增加重量。

如图3所示，机箱基体1前面板安装了12个电连接器19，电连接器19通过4个螺栓与机箱基体1可靠连接，电连接器19与机箱基体1之间有三层密封圈，使得该连接器具备ip67的防护等级，满足开关箱的要求。开关箱有8个单孔插座，其中4个为开关箱bv400的4组输出电源正极，1个涡流制动电源正极，1个电源的公共负极，2个为440v蓄电池输入的正极与负极；2个14针插座，其中一个为24v电源输入端口，一个为dc/dc装置的电源接口；2个37针信号插座，其中一个为监测440v蓄电池电流的电流传感器26输出信号端口，另一个为输出/输入控制/监测信号端口。

如图4所示，开关箱集成有塑壳断路器7、接触器15与熔断器组13，熔断器组13包括10个熔断器fu1-fu10，用于实现系统短路保护功能，防止短路时故障扩大化。通过控制接触器15及塑壳断路器7状态，实现440v电源系统蓄电池、负载的投切功能。为了进一步降低开关箱的重量，熔断器组13采用直接安装而不配置熔断器座，设计考虑更换便捷性；主电路连接尽量采用铜排。外部信号输入输出线直接进入开关器件，中间不设置过渡端子排。内部设置8个蓄电池充放电电流传感器26，供外部升压斩波器采集相关模拟量信号，传感器电源由对应的升压斩波器供给，电源相互独立。

如图4及图5所示，如果开关箱结构紧凑，整机尺寸较小，内部集成器件较多，将导致安装维护空间十分有限，器件的安装和维护将会变的困难。在本发明的开关箱中，通过下述改进，将能够提升开关箱的安装维护性能。具体地，在本发明中，将内部器件模块化设计，使用预布线设计方案，将低压开关器件如熔断器fu1-fu10、继电器14、接触器15、限流分压电阻16集成在一个安装板上形成低压开关组件5，以及将8个电流传感器26上下叠层设计集成形成电流传感器组件6。通过上述两个组件可在箱体组装件前先预布线，完成低压开关组件5与电流传感器26组件6的组装，后再将低压开关组件5与电流传感器26组件6放置于柜体内。在柜体外布线组装器件，操作空间大，安装效率高，可显著提高整机的可维护性。

如图6所示，低压开关组件5集成了熔断器组13、继电器14、接触器15、限流分压电阻16等器件。熔断器组13包括10个熔断器fu1-fu10，10个熔断器fu1-fu10主要起短路保护功能，其中熔断器fu1-fu4需与外部设备连线，由于柜内空间狭小，导致低压开关组件5左边与外接电连接器19之间的距离十分狭窄，因此熔断器fu1-fu4与电连接器19连线十分困难。线缆从电连接器19出来后连接到熔断器fu1-fu4上的拐弯半径与走线空间均不够，故特将连接铜片12设计成斜v字形，电缆从电连接器19出来后斜向下自然连接，端子无需拐弯，螺栓从上往下拧紧，操作空间大，有效解决了上述问题。

如图6所示，按电路要求，熔断器fu1、fu2、fu3、fu4、fu7、fu8需短接在一起，熔断器fu9、fu10需短接在一起，但由于开关箱bv440宽度尺寸有限，无法一排摆下6个熔断器，最多只能摆下5个熔断器，故将10个熔断器分成两排，fu1、fu2、fu3、fu4、fu7为一排，fu5、fu6、fu8、fu9、fu10为一排。其中fu1、fu2、fu3、fu4、fu7通过一个第一连接铜排20短接在一起，再在fu7底部伸出一个第二连接铜排21连接fu8，形成一个大l型。上述设计可有效利用开关箱bv440的深度尺寸，避免了宽度尺寸狭窄的问题，采用最少的铜排将熔断器fu1、fu2、fu3、fu4、fu7、fu8短接在一起。另由于第一连接铜排20需分线到柜体外，考虑到端子连接方便以及与另外一组熔断器干涉问题，将第一连接铜排20设计成长l型，在上部折弯处开了两个m6螺纹孔，用于外部分线连接。熔断器fu9、fu10之间短接，则设计一个矩形铜排平躺在熔断器下，简洁可靠，方便外部接线。

如图6所示，在两排熔断器之间、熔断器与继电器之间均放置有元宝线托，用于固定熔断器、继电器的二次线缆。在低压开关组件5两端设置了两个纵向低压开关组件扎线杆17，右边端部增加了一个横向低压开关组件扎线杆18。纵向低压开关组件扎线杆17用于布置熔断器组13、继电器14与后端传感器、断路器之间的纵向走线，横向低压开关组件扎线杆18用于固定接触器、电阻、外接电缆的横向走线。除此之外，如图5所示，在机箱基体1上增加了第一箱体扎线杆8、第二箱体扎线杆10两个较长的扎线杆，用于布置电连接器19进入柜体内与内部各个器件之间的走线。总的原则是各个组件的扎线杆只布置组内的线缆，箱体扎线杆则布置外接电缆，内部电缆与外接电缆各行其道，错开布置，一次线与二次线分开布置。

如图7所示，电流传感器组件6集成了8个电流传感器26，由于电流传感器26尺寸大且外接电缆多，需要一定的布线空间，所需安装空间较大，加上为了减小开关箱bv440尺寸，导致该组件的结构设计较为困难。最终将电流传感器26上下叠层布置，上层传感器与下层传感器前后反装，将上层的电流传感器26安装于几字型支撑架25上，解决了上述问题。上下叠层布置有效利用了开关箱bv440的高度空间，上层传感器与下层传感器前后反装错开了传感器外接插头，几字型支撑架25极大的节省了上层与下层之间的空间，方便安装布置下层的电流传感器26，结构简单可靠，并且美观。由于8个电流传感器26均通过统一电缆外接到外部蓄电池，考虑到后续传感器维护与安装方便，为了实现每一个传感器可维护的理念，增加了一个端子支撑座27，将外接电缆与内部电缆打断，共接于端子支撑座27上。

在此详细列出上述实施例中的各部件的数量，以使得本领域技术人员能够实施本发明。

然而本发明的开关箱中并不应局限于包括以下部件，也不应局限于以下部件的具体数量。例如把手组件是为了便于移动本发明的开关箱，并不是实施本发明技术方案必不可少的组件。本实施例中，低压开关组件中示例性地包括分为两排的10个熔断器，并且将10个熔断器与继电器14、接触器15、限流分压电阻16集成在一个安装板上形成低压开关组件5，而根据实际需求，选用的其它数量的熔断器、选用任意数量的继电器14、接触器15、限流分压电阻16与熔断器集成在一个安装板上形成低压开关组件5，也能够实现本发明便于安装、提高操作效率的技术效果。此外，本实施例中将10个熔断器中的六个熔断器fu1、fu2、fu3、fu4、fu7、fu8通过形成l形的第一连接铜排和第二连接铜排短接，但根据开关箱的实际设置，可以将不局限于6个的多个熔断器短接。此外，只要采用的连接铜排在满足多个熔断器的特定连接需求的情况下尽可能地少，也可以将该多个熔断器通过形成为其它形式的连接铜排短接，例如可选择将6个熔断器fu1、fu2、fu3、fu4、fu7、fu5短接以形成t字形，或者将5个熔断器fu1、fu2、fu3、fu5、fu6短接以形成u字形等。

类似地，本实施例中使用8个电流传感器26上下叠层设计集成形成电流传感器组件6，但电流传感器26的数量可根据实际需要任意选用，并不局限于8个，且本实施例中以每层4个的方式上下叠层放置该8个电流传感器目的在于充分利用开关箱bv440内的上下层空间，但多个电流传感器26也能够放置为大于2层的多层、放置为左右(水平)叠层布置、放置为每层数量不一致地布置，只要客观上能够实现节省空间、方便安装的技术效果，都应视为本发明的具体实施方式。

这里基于的术语和表述方式只是用于描述，本发明并不应局限于这些术语和表述。使用这些术语和表述并不意味着排除任何示意和描述(或其中部分)的等效特征，应认识到可能存在的各种修改也应包含在权利要求范围内。其他修改、变化和替换也可能存在。相应的，权利要求应视为覆盖所有这些等效物。

同样，需要指出的是，虽然本发明已参照当前的具体实施例来描述，但是本技术领域中的普通技术人员应当认识到，以上的实施例仅是用来说明本发明，在没有脱离本发明精神的情况下还可做出各种等效的变化或替换，因此，只要在本发明的实质精神范围内对上述实施例的变化、变型都将落在本申请的权利要求书的范围内。