风能火车的制作方法

本发明属于火车的动力技术领域，特别涉及一种风能火车。

背景技术：

雾霾已成为现代人的心头病，雾霾形成的原因很多，交通工具尾气、煤炭发电无疑是形成雾霾的主要原因。特别是对于动力机车而言，虽然很少步入人们的视野，但是由于其功率大——一般为几千千瓦，连续运行时间长——一般为连续开行几小时乃至于十几小时，所以其污染物排放总量也不可小视。而且，由于动力机车的质量较大，在减速过程中的能量损失也大，不但浪费的能量多而且导致车轮的磨损也较快。

技术实现要素：

针对现有技术中的缺陷，本发明提供一种风能火车，提高能源利用率，减少雾霾的产生。

本发明提供的风能火车，包括车体，车体顶面开有进风口，车体的顶部设有风力发电装置，风力发电装置与动力电池电连接，车体上还设有出风口，风力发电装置设置在从进风口到出风口的风道中。

根据本发明提供的一实施方式，动力电池以可拆卸的方式与车体连接。

根据本发明提供的一实施方式，风能火车为燃气机车。

根据本发明提供的一实施方式，风力发电装置包括成上下多行布置的风力发电机。

根据本发明提供的一实施方式，风力发电装置包括六相交流电机、逻辑算法电路、驱动电路、交直流转换模块、控制模块，六相交流电机具有甲三相绕组和乙三相绕组，

甲三相绕组和乙三相绕组为定子绕组，甲三相绕组和乙三相绕组之间存在公共的电气节点，驱动电路用于对输入其的信号进行功率放大；交直流转换模块用于对第一电源或第二电源所输入的直流电流进行直流变交流的转换或对六相交流电机所回流的交流电流进行交流变直流的转换；

交直流转换模块分别与第一电源和第二电源耦合，

第一电源为动力电池，第一电源与甲三相绕组形成供能匹配；第二电源为直流电源，第二电源与乙三相绕组形成供能匹配；

交直流转换模块耦合至六相交流电机的甲三相绕组的出线端以及乙三相绕组的出线端，驱动电路耦合至交直流转换模块，逻辑算法电路耦合至驱动电路，控制模块耦合至逻辑算法电路；控制模块配置逻辑算法电路，逻辑算法电路配置驱动电路，驱动电路配置交直流转换模块，完成对第一电源和第二电源以及六相交流电机的工作方式的控制；

第一电源和第二电源的工作方式包括第一电源接受六相交流电机提供的电能从而进行充电，第二电源不进行充电；或第二电源接受六相交流电机提供的电能从而进行充电，第一电源不进行充电；或第一电源和第二电源同时接受六相交流电机提供的电能从而进行充电；

六相交流电机的其中一组三相绕组出现缺相故障或两组三相绕组同时出现缺相故障时，控制模块配置驱动电路实现对甲三相绕组和乙三相绕组之间的电角度差、甲三相绕组的各分绕组之间的电角度差以及乙三相绕组的各分绕组之间的电角度差进行重新配置以使六相交流电机继续工作；或控制模块配置驱动系统使另一组未出现故障的三相绕组在与其所对应的电源供电下实现交流六相电机继续工作。

根据本发明提供的一实施方式，甲三相绕组，包括第一分绕组、第二分绕组、第三分绕组；乙三相绕组，包括第四分绕组、第五分绕组、第六分绕组；六相交流电机的两组三相绕组在未出现缺相的故障时，甲三相绕组的第一分绕组和第二分绕组之间的电角度相差120度、第二分绕组和第三分绕组之间的电角度相差120度、第三分绕组和第一分绕组之间的电角度相差120度；乙三相绕组的第四分绕组和第五分绕组之间的电角度相差120度、第五分绕组和第六分绕组之间的电角度相差120度、第六分绕组和第四分绕组之间的电角度相差120度；甲三相绕组和乙三相绕组之间的电角度相差30度或0度。

根据本发明提供的一实施方式，六相交流电机的两组三相绕组中的其中一组三相绕组出现故障时，控制模块配置驱动系统实现对甲三相绕组和乙三相绕组之间的电角度差、甲三相绕组的各分绕组之间的电角度差以及乙三相绕组的各分绕组之间的电角度差进行从新配置以使六相交流电机继续工作，或控制模块配置驱动系统使另一组未出现故障的三相绕组在与其所对应的电源供电下实现交流六相电机继续工作。

本发明提供的风能火车的工作原理如下：通过在火车的顶部设置风力发电装置，可以在火车减速时使得车顶表面的风流入到风道中，风能可以风力发电装置的机械能，进而转化成动力电池上的电能。该电能可以满足火车的照明、采暖、空调等需要。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。在所有附图中，类似的元件或部分一般由类似的附图标记标识。附图中，各元件或部分并不一定按照实际的比例绘制。

图1为本发明一实施例提供的风能火车结构示意图；

图2为本发明实施例2中的风力发电装置的结构示意图；

图3为本发明的实施例2中的两组三相绕组间电角度分别相差30度和0度时的示意图。

附图标记说明

11、进风口；12、出风口；13、风道；14、风力发电装置；15、车体；16、动力电池；1、甲三相绕组；1a、第一分绕组；1b、第二分绕组；1c、第三分绕组；2、乙三相绕组；2a、第四分绕组；2b、第五分绕组；2c、第六分绕组；3、六相交流电机；4、第一电源；5、第二电源；6、逻辑算法电路；7、驱动电路；8、交直流转换模块；9、控制模块。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明技术方案的实施例进行详细的描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，因此只作为示例，而不能以此来限制本发明的保护范围。

需要注意的是，除非另有说明，本申请使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属领域技术人员所理解的通常意义。

实施例1

参照图1，本实施例提供的风能火车，包括车体15，车体15顶面开有进风口11，车体的顶部设有风力发电装置14，风力发电装置14与动力电池16电连接，车体上还设有出风口12，风力发电装置14设置在从进风口11到出风口12的风道13中。

通过在火车的顶部设置风力发电装置14，可以在火车减速时使得车顶表面的风流入到风道13中，风能可以风力发电装置14的机械能，进而转化成动力电池16上的电能。该电能可以满足火车的照明、采暖、空调等需要。

具体地，动力电池16以可拆卸的方式与车体连接。将来，该电能可以随电池再一起收集可以供居民或普通的电动车辆或插电式混合动力汽车使用。

更具体地，风能火车为燃气机车。特别是对于燃气机车而言，制动时，无法通过将制动能量回馈电网的形式将能量回收再次使用，只能白白通过磨损的方式消耗掉。当燃气机车设置了风能回收系统之后，可以将能量回收，用于车内的照明、采暖等需要。从而降低了对车内燃油的消耗，不但节约了能源，而且也降低了内燃机燃烧所造成的污染。

更具体地，风力发电装置14包括成上下多行布置的风力发电机。通过将风力发电机呈多行布置，可以提高对于风道13内的空气流动的利用率，从而可以回收更多的风能。

在列车制动时，可以打开进风口11和出风口12，风从风道13中通过，带动风力发电装置14发电，风力发电装置14将风能转化成电能，储存在动力电池16中。动力电池16中的电能可以用于车厢的照明、供暖、热水等。或者，可以等到列车开到车站或车库时，将动力电池从车体上取下，动力电池可以改作他用，例如可以作为电动汽车或插电式混合动力汽车的电池使用。

实施例2

参照图2-图3，本实施例提供的风能火车，风力发电装置14包括六相交流电机3、逻辑算法电路6、驱动电路7、交直流转换模块8、控制模块9，六相交流电机3具有甲三相绕组1和乙三相绕组2，

甲三相绕组1和乙三相绕组2为定子绕组，甲三相绕组1和乙三相绕组2之间存在公共的电气节点，驱动电路7用于对输入其的信号进行功率放大；交直流转换模块8用于对第一电源4或第二电源5所输入的直流电流进行直流变交流的转换或对六相交流电机3所回流的交流电流进行交流变直流的转换；

交直流转换模块8分别与第一电源4和第二电源5耦合，

第一电源4为动力电池16，第一电源4与甲三相绕组1形成供能匹配；第二电源5为直流电源，第二电源5与乙三相绕组2形成供能匹配；

交直流转换模块8耦合至六相交流电机3的甲三相绕组1的出线端以及乙三相绕组2的出线端，驱动电路7耦合至交直流转换模块8，逻辑算法电路6耦合至驱动电路7，控制模块9耦合至逻辑算法电路6；控制模块9配置逻辑算法电路6，逻辑算法电路6配置驱动电路7，驱动电路7配置交直流转换模块8，完成对第一电源4和第二电源5以及六相交流电机3的工作方式的控制；

第一电源4和第二电源5的工作方式包括第一电源4接受六相交流电机3提供的电能从而进行充电，第二电源5不进行充电；或第二电源5接受六相交流电机3提供的电能从而进行充电，第一电源4不进行充电；或第一电源4和第二电源5同时接受六相交流电机3提供的电能从而进行充电；

六相交流电机3的其中一组三相绕组出现缺相故障或两组三相绕组同时出现缺相故障时，控制模块9配置驱动电路7实现对甲三相绕组1和乙三相绕组2之间的电角度差、甲三相绕组1的各分绕组之间的电角度差以及乙三相绕组2的各分绕组之间的电角度差进行重新配置以使六相交流电机3继续工作；或控制模块9配置驱动系统使另一组未出现故障的三相绕组在与其所对应的电源供电下实现交流六相电机继续工作。

由控制模块9根据其采集的第一电源4、第二电源5、六相交流电机3、以及车辆行驶信息、路况信息等，做出合理的电源供电方案，并向下级电路输出指令，从而实现第一电源4、第二电源5、甲三相绕组1和乙三相绕组2间的功率分配，以实现最佳的系统工作和节能效果。

具体地，甲三相绕组1，包括第一分绕组1a、第二分绕组1b、第三分绕组1c；乙三相绕组2，包括第四分绕组2a、第五分绕组2b、第六分绕组2c；六相交流电机3的两组三相绕组在未出现缺相的故障时，甲三相绕组1的第一分绕组1a和第二分绕组1b之间的电角度相差120度、第二分绕组1b和第三分绕组1c之间的电角度相差120度、第三分绕组1c和第一分绕组1a之间的电角度相差120度；乙三相绕组2的第四分绕组2a和第五分绕组2b之间的电角度相差120度、第五分绕组2b和第六分绕组2c之间的电角度相差120度、第六分绕组2c和第四分绕组2a之间的电角度相差120度；甲三相绕组1和乙三相绕组2之间的电角度相差30度或0度。当将各个分绕组的的电角度差如此设置时，可以选择具体由哪一绕组承担发电功能，或者可以选择由两个三相绕组联合发电，以满足较大的制动功率的需要。

更具体地，六相交流电机3的两组三相绕组中的其中一组三相绕组出现故障时，控制模块9配置驱动系统实现对甲三相绕组1和乙三相绕组2之间的电角度差、甲三相绕组1的各分绕组之间的电角度差以及乙三相绕组2的各分绕组之间的电角度差进行从新配置以使六相交流电机3继续工作，或控制模块9配置驱动系统使另一组未出现故障的三相绕组在与其所对应的电源供电下实现交流六相电机继续工作。当其中一套绕组系统发生故障时，可重新配置两套绕组之间的电角度差以及各套绕组的分绕组间的电角度差，或由未发生故障的那套绕组继续工作，以保证电动机正常运行；当两套绕组同时出现缺相故障时，也可通过从新配置两套绕组之间的电角度差以及各套绕组的分绕组间的电角度差，以保证电动机正常运行，提高了系统的可靠性。

具体说来，第一电源可以是动力电池，第二电源可以是超级电容。当需要列车以较大的功率制动时，可以让超级电容先充电，以充分发挥超级电容可以吸收大功率的特点。当制动过程结束，回馈电能被超级电容吸收之后，可以将电能由超级电容上转移到动力电池上，具体说来，可以由超级电容向乙三相绕组2供电，带动电机的转子转动，转子切割磁力线，甲三相绕组1上产生电动势，对动力电池充电，以充分利用电池的储能性能高的优点，从而实现了电能的转移。需要说明的是，本实施例中，六相电机与风力发电装置的机械传动部件之间应该设有离合器。当需要进行电能的转移时，六相电机的转子应该保持空转，所以此时离合器应该处于断开状态，电机的转子旋转，而风力发电装置的扇叶或风扇保持不动。

对于本发明中所提到得“耦合”，根据电气、电子、机械领域的定义，是指两个或两个以上的电路元件或电网络的输入与输出之间存在紧密配合与相互影响，并通过相互作用从一侧向另一侧传输信号或能量的现象，概括的说耦合就是指两个或两个以上的实体相互依赖于对方的一个量度。在本发明中可以理解为数字信号、电压、电流等能量流的传输方式，根据各模块之间的不同情况下作用关系本发明的中的“耦合”可以进一步理解为直接连接或间接连接。所以虽然本发明的实施例中公布了一种各个组件的示例性布局和结构，但该发明的保护主题内还包含在保护主题的范围内具有不同的耦合方式下的其他布局和结构。

在本申请的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个以上，除非另有明确具体的限定。

本发明的说明书中，说明了大量具体细节。然而，能够理解，本发明的实施例可以在没有这些具体细节的情况下实践。在一些实例中，并未详细示出公知的方法、结构和技术，以便不模糊对本说明书的理解。

在本说明书的描述中，具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围，其均应涵盖在本发明的权利要求和说明书的范围当中。