将电能传送至车辆的技术的制作方法

专利名称：将电能传送至车辆的技术的制作方法
技术领域：
本发明涉及用以将电能传送至车辆、尤其至诸如轻轨车辆(例如电车)的轨道行 走车辆的系统与方法。
背景技术：
特定地，轨道行走车辆(track bound vehicle)、诸如常规的轨道车辆、单轨车辆、 无轨电车及沿藉由其它方式(诸如其它机械方式、磁方式、电子方式和/或光学方式)在轨 道导引的车辆，需要电能来沿该轨道推进以及操作不产生对该车辆的牵引的辅助系统。此 类辅助系统例如为照明系统、加热和/或空气调节系统、该空气通风及乘客信息系统。然 而，较特定而言，本发明涉及将电能传送至未必(但优选地)是一轨道行走车辆的车辆。一 般而言，该车辆可以是例如具有一电气操作推进马达的车辆。该车辆也可以是具有一混合 动力推进系统的车辆，该混合动力推进系统例如可以是藉由电能或诸如一电化储存能量或 燃料(例如天然气、汽油或石油)的其它能量来操作的系统。轨道行走车辆、尤其用于公共乘客运输的车辆，通常包含用以机械地和电气地接 触沿着该轨道(诸如一电轨道或一架空线)的线导体的接触器。具有至少一个车载推进马 达的车辆受来自该外部轨道或线的电功率来馈送并产生机械推进能量。电车及其它局部或区域性的列车通常通过城市内的架空线来操作。然而特别地， 在城市的历史城区，是不希望有架空线的。另一方面，在地面下或靠近地面的导电轨导致安 全问题。WO 95/30556A2描述了一道路供电的电气车辆系统。该全电气车辆具有一个或多 个车载能量储存组件或装置，该组件或装置可快速地以自一电流所获得的能量来充电或激 励，诸如机电蓄电池的网络。可在该车辆运行时给能量储存组件充电。该充电通过功率耦 合组件(例如嵌入在该道路中的线圈)的网络来进行。感应加热线圈位于载客/卸客区以 增加乘客的安全。沿着该道路的长度将线圈设置在已选定的位置具有如下缺点具有车载能量存储 装置的车辆需要大的储存容量。另外，如果该车辆没有及时到达下一线圈，该车辆可能耗尽 用于推进或其它用途的能量。因此，至少对于一些应用，沿着该行进路径(即，沿着该轨道) 将能量连续地传送至该车辆是优选的。将能量感应地自该轨道传送至该车辆(即，产生电磁场)易遭受与EMC(电磁兼容 性)有关的限制。一方面，电磁场可能干扰其它技术装置。另一方面，人及动物不应该永久 地遭受电磁场。至少，必须遵守场强度的相应极限值。

发明内容
本发明的目的是提供用以将电能传送至车辆、尤其至轨道行走车辆的系统及方 法，其允许在行进期间持续传送电能并有助于满足针对EMC的相应极限值。依据本发明的基本概念，在车辆与导体配置之间没有电气接触的情况下，自沿该轨道配置的导电体配置将能量传送至在该轨道上行进的车辆。该导体配置传输产生相应电 磁场的交流电流，且该电磁场被用来将该电能传送至该车辆。优选地 ，该导体配置位于该轨道中和/或轨道下，特别地在该车辆行进时的地面 下。然而，本发明也包括该导体配置的至少一部分位于该轨道侧面的情况，例如当该轨道位 于乡村或隧道中时。流经该导体配置的该交流电流的频率可在5-100kHZ之间的范围中，具体地在 10-30kHz之间的范围中，优选地大约20kHz。由电磁场传送该能量的原理具有该导体配置可电气绝缘而不接触的优点。例如， 该导体配置的导线或线可埋藏在地下。没有行人可无意的接触埋藏的线。此外，解决了用 来接触标准的架空线或导电轨的接触器的磨损问题。如原理上在WO 95/30556A2中所揭露的，行进在该轨道上的该车辆可包含至少一 个线圈，且电磁场在该线圈中产生交流电压，该交流电压可用来操作该车辆中的任何电气 负载(例如，推进马达)或可用来为诸如常规蓄电池和/或超级电容器的能量储存系统充 H1^ ο特定地，提出如下内容一种用以将电能传送至一轨道行走车辆、尤其至诸如电车 的轻轨车辆的系统，其中-该系统包含导电体配置，其用以产生一电磁场并藉此将能量传送至车辆；_该导电体配置包含用以传输一交流电流的一个相的至少一条线；_该线沿着该轨道延伸；-该线配置成使得其当该交流电流流经该线时在每一时间点上产生一电磁场的一 列连续磁极，其中连续磁极具有交流磁极性；-该列连续磁极沿着由该轨道限定的该车辆的该行进方向延伸。备选地，该系统可由如下特征限定
-该系统包含一导电体配置；-该导电体配置包含用以传输交流电流的一个相的至少一条线；-该线沿着该轨道延伸；-该线包含横向于由该轨道所限定的该车辆的该行进方向延伸的多个区段；-同一线的区段沿着该轨道配置成一列，以使得当交流电流流经该线时在每一时 间点上该交流电流交替地以相反方向流经在该列中的连续区段。一种用以将能量传送至该车辆的相应方法，其包含如下特征-电磁场由沿该轨道设置的导电体配置产生，藉此将能量传送至该车辆；-该电磁场通过传导在该导电体配置的线中的交流电流的一个相的至少相电流来 产生；-该相电流在该线中沿着该轨道传导，以使得其当该相电流流经该线时在每一时 间点上横向于该车辆的行进方向流经该线的多个区段，其中所述相电流以第一方向流经区 段的第一群组并以相反方向流经区段的第二群组，且其中该第一群组和该第二群组的区段 在该行进方向上交替。该导电体配置包含如上所述的线当中的至少一条线。优选地，其包含这些线中的 至少两线，其中每条线适于传输多相交流电流的一个相。实际上，优选地是，该导电体配置包含三条线且每条线适于传输三相交流电流的该三相当中的一个相。然而，也可能的是，藉 由多于三条线传输相应数量的相。由线和/或不同线的区段产生的磁极在每一时间点上以 一重复序列沿该行进方向延伸，其中该重复序列与相的序列相对应。例如，在具有相位U、 V、W的三相交流电流的情况下，传输相位U的区段之后是传输相位V的区段，接着传输相V 位的该区段之后是传输相位W的区段，且相位u、v、w的该序列沿着该轨道的方向(即，沿着 该行进方向)重复多次。随后将参考附图描述一例子。该至少一条线当该交流电流流经该线时在每一时间点上产生电磁场的一列连续 磁极，其中连续磁极具有交流磁极性。换言之在一给定时间点上，在线中的该交流电流 沿着行进方向产生具有一磁场向量的磁场，该磁场向量在该线的第一区域中定向在第一方 向、该线的该第一区域之后是该线的第二区域，该磁场的场向量在该第二区域中定向在与 该第一方向相反的方向，该线的该第二区域之后是该线的另一区域，该磁场向量在该另一 区域中再次定向在该第一方向，等等。然而，并非总是如下这种情况该第一方向与在该线 的后续区域中该磁场的方向准确地以相反方向定向。一个原因可能是该线不是准确地以规 贝U、重复的方式来配置。另一原因可能是该导体配置的其它线的非对称性的影响。进一步 的原因可能是外部电磁场。而且，行进在该轨道上的该车辆将影响所产生的电磁场。然而，由该导体配置的该同一线在每一时间点上产生的交流磁极的原理具有以下 优点在该导体配置的侧向的该得到的电磁场强度随着到该导体配置距离的增加而快速地 减小至非常小的强度。换言之，在该线的区域中相反定向的磁场在该线的侧向相迭加并互 相补偿。由于希望在该轨道的两侧具有非常小的电磁场强度，优选的，将该导电体配置的至 少一条线设置在该轨道中和/或该轨道下面，其中横向于行进方向延伸的该线的区段沿水 平面延伸。在上下文中，“水平”也涵盖该轨道可形成弯道或轻微倾斜的情况。因此，线区段 的相应“水平”面也可轻微倾斜。因此，水平指该轨道以水平面延伸的标准情况。相同的情 况适用于该轨道向上通向山或自该山向下的情形。该轨道的一些百分比的倾斜对于在该轨 道的侧向上的磁场的补偿而言是可忽略的。由于该轨道的侧向的场强度非常小，所以可以高功率将能量传送至该车辆，且同 时可轻易地满足EMC极限值(例如，针对该侧向磁场强度的5uT)。依据一特定优选实施例，该导电体配置的至少一条线沿着该轨道以蛇纹的方式延 伸，即在每一情况下以行进方向延伸的线区段跟随横向于该行进方向延伸的区段，该横向 于该行进方向延伸的区段又跟随以行进方向延伸的区段。在多相系统的情形中，优选地该 导体配置的所有线都以此方式配置。该线可由一缆线实现。 该短语“蛇纹”涵盖具有一弯曲构型和/或具有至相邻区段的急转弯过渡区的直 区段。直区段是优选的，因为它们产生较均勻的场。特定的，在该导体配置的该至少一条线中的交流电流产生电磁波，该电磁波以与 该线的连续磁极的距离成比例且与该交流电流的频率成比例的速度沿行进方向或相反于 行进方向移动。优选地，横向于该行进方向延伸的区段的至少一些区段、优选地所有这些区 段延伸的宽度大于在轨道上的车辆的用以接收该传送能量的接收装置的宽度。例如，区段 的宽度可大于占据该轨道的车辆的最大宽度。本实施例的一个优点是流经区段的该交流电流在该接收装置可被设置于其中的 区域中产生近乎均勻的磁场强度。
本发明的系统或方法的进一步的实施例保证了该交流磁场强度随时间保持恒定。 为了实现本目标，该至少一条线连接至一 AC (交流)恒流源，该AC恒流源适于以一交流电 流馈送该线，该交流电流的平均值是常量(或接近常量)，而与自该导电体配置传送至在该 轨道上的该车辆的功率无关。依据该AC恒流源的优选实施例，其包含将AC电压变换成AC电流的电气配置。此 电气配置在每条线中可包含在该恒流源的输入端的输入电感器以及在该恒流源的输出端 的输出电感器，其中该输入端连接至一电压源，其中该输出端连接至沿着该轨道的线区段， 其中每条线包含该输入端与该输出端之间的连接点且其中每个连接点经由一电容器被连 接到公共相同星点。如果一次只有一辆车辆受初级侧(primary side)电源(馈送该导体配置)供电， 可选择地，一恒定AC电压可施加到该轨道端导电体配置上。因为只存在一辆车辆，所以避 免了任何负载分布的干扰。在此情况下，流经该导体配置的AC电流(由该恒定AC电压源 所导致)视该负载强度而定。因此，初级侧导电体配置的电损失是负载相依的，且该电流不 是恒定的，恒定AC电流源的情况同样如此(如上所述)。该能量源(或电源)可以是(这也适用于本系统的其它实施例)用以自一恒定DC 电压产生一 AC电压的常规逆变器。优选地，该导电体配置位于该轨道下面，例如在地下。
在一优选实施例中，该多相导体配置的线在一星点连接，S卩，线在为所有相位公共 的连接点互相连接。这样的星点构型尤其易于实现且确保多个相位的行为是对称的，即所 有相位传输相同的有效电流，当然尽管在相位之间存在一相移。例如，在三相系统的情况 下，该相移通常是120°。在每个相位中的交流电流可为一正弦或接近正弦的电流。一星点 连接的额外的优点是，不需要到该电源的向后的导体。该导体配置至该电源系统的所有的 连接可在该轨道的同一轨段中完成。该至少一条线包含用来将该电能传送至该车辆的电感器且进一步包含对将该能 量传送至该车辆没有帮助的泄漏电感特征，其中该泄漏电感特征由位于同一线中的一电容 器来补偿，以使得该电容器和该泄漏电感特征的得到阻抗为零。这样的零阻抗具有使该系 统的该无功功率最小化并藉此使有功功率组件的设计最小化的优点。优选地，该导电体配置的至少一条线(及优选地所有线)包含多个线节段，其中每 个线节段沿着该轨道的不同轨段延伸并可独立于其它线节段来接通或关闭。每个线节段通 常包含横向于该行进方向延伸的多个区段。因此，本方法的实施例包含独立于其它线节段来接通或关闭线节段的步骤，以使 在为该车辆所占据的该轨道的轨段处的车辆设置有来自该导电体配置的能量且以使沿着 未被车辆所占据的该轨道的至少一些轨段被关闭。因此，减少了在该系统操作期间的损失。 此外，可较容易满足EMC需求，因为避免了不必要的电磁场。尤其优选的是，在该行进方向上该轨道的轨段短于车辆的长度，且该系统适于仅 在车辆正占据该线节段所在的该轨道的相应轨段时操作(及具体地，接通)线节段。由于 该轨道下(或在一些情况下，如在隧道中侧向于该轨道)的仅有线节段被接通，所以车辆使 环境免受由该导体配置产生的电磁场。优选地，只操作被车辆完全占据的节段，即沿着行进 路径的长度方向，受操作的节段不延伸超过该车辆的前部且不延伸超过该车辆的末端。
可使用关闭的线节段来控制该切换程序。优选地，可检测车辆对该轨道的各自轨 段的占用，特定地藉由检测在该线节段中的由该车辆至该线节段的感应耦合所导致和/或 由该车辆产生的电磁场所导致的电压和/或电流来进行。因此，测量装置可连接至线节段 的至少一线节段。优选地，多个或所有线节段连接至测量装置和/或同一测量装置。该测 量装置适于通过检测在该线节段的由该车辆至该线节段的感应耦合所导致和/或由该车 辆产生的电磁场所导致的电压和/或电流来检测车辆对该轨道的各自轨段的占用。该系统可适于在用以接收该传送能量的车辆的接收装置进入一线节段所在的该 轨道的轨段之前接通该线节段。例如，线节段的长度可以这样的一方式来定尺寸线节段的至少两线节段在长度 方向上被在该轨道上的车辆覆盖，即在该轨道上的车辆的最小长度是一线节段长度的两倍 长(优选地，所有的线节段具有相同的长度)。因此，用以接收该传送能量的该车辆的接收 装置可沿长度方向设置于该车辆的该中间区段。此外，优选的是只接通完全为在该轨道上 的车辆所覆盖的线节段。另一方面，可检测到车辆进入在一特定线节段上面的该区域的事 件(如上所述)，且一旦该车辆进入在该下一随后的线节段上面的区域，接通此线节段。 因此，在该车辆离 开在该线节段上面的该区域之前关闭线节段。优选地，它们在不 再受该车辆完全覆盖之前关闭。如果该导体配置包含多于一线，可只使用线中的一条线来执行检测该车辆进入或 离开一特定线节段的事件。然而，其它的线可相对应地接通及关闭，即，该导体配置包含区 段，其中在其它区段中的所有线可一起接通和关闭。参考附图将描述与在该车辆中能量接收有关的原理与细节。然而，一些特征描述 如下该车辆的该接收装置可包含导体的线圈或其可包含多个线圈。多个相接收装置的多 个线圈的优点在于，较容易及意味着较少的努力来平滑所接收的电流或电压的波动。优选地，该至少一线圈只高于该初级侧导体配置几厘米被设置，因为初级与次级 线圈之间的该磁耦合将随着距离的增加而减小。例如，该至少一线圈高于该地不超过IOcm 被设置，优选地，高于该地不超过5cm及最优选地为2-3cm。特定地，这适用于该导体配置 设置于该地下的情形。该导体配置的该线可设置在该地面下不超过20cm，优选地不超过 IOcm0优选地，接收该传送能量的接收装置在竖直方向是可移动的，以使其可移动至紧 密靠近地的位置且当不使用该接收装置时其可升至一较高位置。优选地，该接收装置包含沿行进方向在不同位置配置的多个线圈。例如，线圈之间 的距离可等于沿着该轨道的该导体配置的不同相位的区段的距离，其中这些区段是横向于 该行进方向延伸的区段。然而，将该车辆的不同的线圈像区段的距离一样以相对于彼此相 同的距离设置是不必要的。


现在将参考附图描述本发明的实施例及范例。附图示出了图1是沿着一轨道延伸的三相导体配置的示意图；图2是示出了流过依据图1的该配置的三相的交流电流根据时间而变化的曲线 图3是磁场的磁场线，所述磁场由依据图1的该导体配置产生，此时车辆的接收装 置位于该导体配置的该所示区域之上，其中该磁场分布的该前进方向沿该图的平面自右至 左或自左自右延伸；图4是显示该 磁场的区域的另一视图，所述磁场由该导体配置产生，此时负载连 接至该车辆的该接收装置；图5是示意地显示磁波的运动并显示由于该车辆沿该轨道的运动而引起该接收 装置的运动的视图，磁波由沿着该轨道的该导体配置产生图6是经由一电气配置连接至一 AC电压源的依据图1的该导体配置的示意性电 路图，该电气配置将该AC电压源的电压变换为馈送至该导体配置中的恒定交流电流；图7是显示具有用于三个不同相位的线圈的车辆的接收装置的电路图，其中该接 收装置连接至AC/DC转换器；图8是在导体配置沿其延伸的轨道上行进的轨道车辆；图9是在轨道车辆在轨道上运动的情况下在时间上的三个连续点，其中该轨道设 置有导体配置的多个连续的线节段，其中线节段可被接通或关闭用以向该车辆供应能量；图10是与在图8中所示的该配置类似的配置，包括沿着该轨道的导体配置的电路 图，其中该导体配置包含可接通或关闭的线节段；以及图11是与在图1中所示的该配置类似的配置，示意地说明介于铁路的两个轨条之 间的导体配置。
具体实施例方式图1显示沿着一轨道、例如沿着一铁路的轨条(例如见在图11中所示的该配置) 的可位于地下的导体配置。在沿着一铁路的轨条的情况中，轨条按图1的该视图自左至右 延伸。图1可理解为一示意图。该导体配置的三条线1、2、3包含横向于行进方向(自左 至右或自右至左)延伸的区段。只有线1、2、3的横向延伸区段中的一些用附图标记表示， 即线3的三个区段5a、5b与5c，该线3的另一些区段用“5”表示，线2的一个区段用5x表 示及线1的一个区段用5y表示。在该最优选的情况下，在图1中显示的该配置12位于该 轨道的地下，以使图1显示在该配置12上的一俯视图。轨条在图1的该顶部及底部可自左 至右延伸，即横向延伸线区段可完全在由轨条所限定的边界内(还可见图11)。例如，如在图6所示的方式，三条线1、2、3可连接至一个三相AC电流源。在图1 描述的该时间，一正电流Il流经线3。“正”意思是电流自该电流源流至该线。三条线1、2、 3在该配置的另一端一起连接到公共星点4。因此，其它电流当中的至少一电流(这里是经 过该线2的该电流12与经过该线1的该电流13)是负的。一般而言，应用该星点规则意思 是，在每一时间点上流至该星点与自该星点流出的所有电流的总和为零。电流经过线1、2、 3的方向如箭头所示。横向于该行进方向延伸的线3的区段与线1、2的相对应的区段优选具有相同的宽 度且互相平行。实际上，优选地在三条线的横向延伸区段之间在宽度方向上不存在移位。在 图1中显示了这样的一移位，原因是每个区段或每条线可被识别。优选地，每条线沿着该轨道遵循相同的类似蛇纹的路径，其中线在该行进方向上以横向于该行进方向延伸的同一线的连续区段之间距离的三分之一被移位。例如，如图1 中间所示，在连续区段5之间的该距离用Tp表示。在这些连续区段5之间的该区域内存在 横向于行进方向延伸的两其它区段，即线2的区段5x与线1的区段5y。连续区段5、5x、5y 的此图案沿行进方向以这些区段之间的规则距离重复。 在图1的该左区域中显示了流经区段的该电流的相对应的方向。例如，区段5a传 输自该配置12的第一侧A至该配置的该相对侧B的电流。如果该配置12埋在地下于该轨 道下，或较一般而言，沿一水平面延伸的话，侧A是该轨道的一侧(诸如沿行进方向的右侧， 当自一行进中车辆察看时)，而侧B是该相对侧(例如该轨道的左侧)。与此同时该连续区段5b因此传输自侧B流至侧A的电流。线3的下一连续区段 5c因此传输自侧A至侧B的电流。所有这些电流具有同一大小，因为它们同时由该同一线 所传输。换言之横向延伸的区段通过沿行进方向延伸的区段互相连接。由于此类似蛇纹的线配置，由该线3的区段5a、5b、5c、…所产生的磁场产生一电 磁场的一列连续磁极，其中连续磁极(由区段5a、5b、5c、…所产生的磁极)具有交流磁极 性。例如，由区段5a所产生的该磁极的极性在一特定时间点上对应一磁偶极，对于此磁偶 极，该磁北极面朝上且该磁南极面朝下。与此同时，由区段5b所产生的该磁场的该磁极性 同时以该相对应的磁偶极使得南极面朝上且北极面朝下的方式被定向。区段5c的该相对 应的磁偶极以与区段5a相同的方式被定向，等等。相同的情形也应用到线1与线2。然而，本发明也涵盖只存在一相、存在两相或存在多于三相的该情况。只具有一相 的一导体配置可如图1中的线3来配置，但该线3的该末端(位于图1的右手边)而非该 星点4可通过沿着该轨道延伸的连接器线(图1未示出)连接至该能量源(图1未示出)。 一两相配置可例如由线3与线2构成，但是在该两线(或较一般而言所有线)的横向延伸 的区段之间的距离优选地是恒定的(即该线3的横向延伸区段沿该行进方向以及沿该相反 方向至线2的两个最近的横向延伸区段之间的距离是相等的)。图11意图是说明例如在图1中所示的该导体配置的该导体配置的一些尺寸。在 图11中只显示了该三条线111、112、113的一部分，且省略了互相的连接(例如经由图1的 该星点4)以及与该电源的连接。类似蛇纹的线111、112、113位于用于铁路车辆(诸如区域性的或局部的列车，诸 如一电车)的铁路的两轨条116a、116b之间。该短语“之间”涉及在图11中所示的俯视图。 例如，线111、112、113可位于轨条116的高度以下。线111、112、113当中的每一线包含横向于该轨道方向(即，轨条116的该纵向方 向)延伸的线性区段。这些横向延伸区段通过沿轨条的该纵向方向延伸的纵向延伸区段来 连接至同一线的连续的横向延伸区段。横向线性延伸区段具有一长度LB，优选地，该长度 LB至少与轨条之间的该距离RB的一半一样长。例如，该距离RB可能是Im及横向延伸区段 的长度可能为50cm或在50至75cm的范围内。同一线的横向延伸区段与纵向延伸区段通过弯曲区段互相连接。该曲线与例如具 有150mm的半径的圆的曲线相对应。图11也示意地显示被在轨条116上行进的车辆的接收装置的线圈覆盖的阴影区 域118。该线圈的宽度等于线的横向延伸区段的长度。然而，实际上，优选地，此宽度小于横 向延伸区段的长度。这允许该线圈的位置在横向于该行进方向的该方向上有一移位，如在该阴影区域118下面的两箭头与一直线所示。如果该移位不会使该线圈移动超过横向延伸 区段的边界，那么这样的一移位将不影响该线圈对能量的接收。如下自图2中显示的随时间变化的曲线图，经过图1的相位1、2、3的电流是常规 三相交流电流的相电流。在图2中的Li、L2、L3表示的是类似蛇纹的线1、2、3形成电感。

如图2所示，电流的该峰电流值可分别地在300A至-300A的范围中。然而，较大 或较小的峰电流也是可能的。300A峰电流足以将推进能量提供给一电车用来使该电车沿着 几百米至几千米的一轨道移动，例如在一城市的该历史城镇中心内。另外，该电车可自诸如 常规电化蓄电池配置和/或超级电容器配置的车载能量存储装置获取能量。一旦该电车已 离开该城镇中心且连接至一架空线，该能量存储装置可再次完全地充电。在图3中的弯曲线是图1所示的线1、2、3的区段所产生的该磁场的场线。图3描 述在与图2的该时间尺度上的“0”、“30”、“60”、“90”相对应的四个不同的时间点的情况。 图2的该时间尺度也可解译为显示电流的正弦行为的角度的尺度，这就是说，图2显示电流 经过一完整周期的行为，即在“0”处该周期开始的电流值与在“360”处该周期结束的电流 值相同。在图3的四个部分图的左边，显示了线1、2、3的横向延伸区段的截面图。参考符 号“II”表示流经线路1的横向延伸区段的该电流II，等等。这些横向延伸区段垂直于图3 的该图像平面延伸，其中该图像平面是经过图1的该配置12的垂直切割平面，其中图1与 图3的图像平面互相垂直且其中图3的该图像平面沿该行进方向延伸，将图1的区段5切 割成两半。在图3的上方区域中，电磁线圈7被示意地显示为平坦矩形框化区域。在作为 车辆的接收装置的用以自该配置12接收能量的部分的这些线圈7的顶部上，设置铁磁主干 8以收集与转移磁场线。这些主干8具有一电磁铁的铁心的功能。图4显示一与在图3中所示的视图类似的视图。然而，该图意图是说明在该车辆 (其正在该轨道上行进)中的线圈在该轨道的该导体配置中感生电流的该假设情况。除了 图3以外，图4也显示经过在该线圈7的区域7a、7b、7c、7d中的导电体41a、41b的横截面。 在区域7a、7b中，自图4的该图像平面朝外向上定向的电流在该描述的时间点上正在流动。 在图4的该右手边，其中显示了线圈7的区域7c、7d，如穿越线所示，电流向下进入至图4的 该图像平面中。由线圈7所产生的该电磁场(以图4中的电场线说明)关于区段7b及7d 的该边界线对称，因为在区段7a至7d中的电流量也关于该边界线对称。图5显示沿着竖直延伸且在该行进方向上延伸的切割平面的另一切面图。在图5 的该上半部分显示了位于线1、3、2的区段中、横向于该行进方向延伸的线1、3、2的导线或 导线束。总计，在图5中至少部分地显示了横向于该行进方向延伸的该配置12的七个区段。 在该列中的该第一、第四及第七区段(自左至右)属于线1。由于经过区段5b (在图5中的 该第四区段)的该电流Il的方向与经过区段5a、5c (在图5中的该第一与该第七区段)的 该电流Il的方向相反，且由于电流I1、I3、I2是交流电流，所以该所产生的电磁波沿着该行 进方向以一速度w移动。该波用9来表示，该配置12的该电感器用Lp来表示。在图5的上半部显示的横截面表示沿该行进方向且以一速度vm行进的车辆的接 收装置，且在图5的该顶部“2TP”表示的是，图5显示配置12的线节段，配置12的该线节 段的长度等于在线(这里是线1)的三个连续横向延伸区段之间的该距离的两倍。
在图6中所示的该配置包含可以是依据图1的该导体配置12的导体配置103、 104、105。为了显示它们的电气性质，在图6中使用等效的电路符号。该三相系统103、104、 105传送处于相位1、2、3的相电流II、12、13。相位1、2、3的固有感应特征可由Lpl、Lp2、 Lp3来表示，其等产生用以将能量传送至在该轨道上的任车辆的该电磁场。然而线1、2、3也 包含如在图6中的区块104中所示的泄漏电感器Lsl、Ls2、Ls3。这些不希望的泄漏感应特 征的该阻抗由在线1、2、3中的电容器Ckl、Ck2、Ck3来补偿，如在区块103所示。在线1、2、3中用来产生电磁场的该电能由三相电压源101产生。针对相位的相源 用区块101中的V1、V2、V3来表示。在线1、2、3中的所产生的电压用U1、U2、U3来表示。该 电压源连接至一恒流源102的该输入。此源102的输出连接至区块103中的电容器。在源 102的该输出处，产生电流11、12、13。这些电流随时间是恒定的，与自线1、2、3传送至在该 轨道上的任车辆的该能量无关。在恒流源102的该输入端处，该源102在每条线1、2、3中 包含一输入电感器Lla、L2a、L3a。在该源102的该输出端处，每条线1、2、3包含一输出电 感器Lib、L2b、L3b。于输入与输出电感器之间，每条线1、2、3经由一电容器Cl、C2、C3连接 至公共星点61。图7显示可位于在该轨道上行进的车辆中的配置的电路图。该配置包含用以自该 轨道接收该电磁场并用以从其产生电能的三相接收装置。该接收装置包含针对每一相位 13、2133的线圈或线圈配置，其中线圈用1^71丄72丄73(区块201)表示。在所示的实施例 中，相位la、2a、3a在公共星点71处连接至一起。相位la、2a、3a的泄漏感应特征(在图7 中未单独显示)由电容器C71、C72、C73来补偿，如在区块202中所示。该接收装置201、202的该输出端(图7于此显示相电流Isla、Is2a、Is3a)连接至 AC/DC(交流/直流)转换器203。该转换器203的该DC端连接至中间电路的线76a、76b。 线76a、76b经由用“204”表示的平滑电容器C7d互相连接。可在该车辆内被提供能量的该 电气负载用在“205”的可连接至该中间电路的线76a、76b的电阻RL来表示。“Ud”表示该 负载RL可导致压降，其中Ud例如是在该中间电路中的该电压。图8显示被诸如一区域性公共运输列车或一电车的轨道行走车辆81占据的轨道 83 (这里具有两轨条的铁路轨道)。 所示的该配置包含用来产生电磁场的导电体配置，藉此将能量传送至在该轨道上 的该车辆。该导体配置89为示意地显示。例如，该导体配置可如图1中所示设计。该导体 配置89 (且此应用到其它配置，不仅应用到在图8所示的该例子)可位于地下或地上。特 定地，在铁路具有轨道车辆的轮可于其上滚动的两轨条的情况下，该导体配置可位于地上 在一铁路轨枕的高度之上介于轨条之间，或部分地在地上但在该铁路轨枕之下。如果铁路 轨枕例如由混凝土制成，用以保持轨条的轨枕或其它构造可包含孔和/或腔，该导体配置 的该线延伸经过这些孔和/或腔。因此，该铁路构造可用来保持该线成该所希望的蛇纹形 状。该轨道行走车辆81在其下面包含用来接收该导体配置89所产生的该电磁场的接 收装置85。该接收装置85电气地连接至一车载电气网络86以使在该接收装置85中所感 生的该电能可在该车辆81中分配。例如，辅助装置90与用来将推进马达(未示出)驱动 至具有轮88a、88b、88c、88d的转向架780a、780b中的推进单元80、84可连接至该分配网络 86。此外，一能量存储装置82，诸如一电化能量存储装置或诸如超级电容器的电容器配置，也可连接至该分配网络。因此，该能量存储装置82可用该接收装置所接收的能量来充电， 尤其在该车辆81于该轨道上的停止期间。当该车辆81在该轨道上移动时，可自该能量存 储装置82取出需要用来移动该车辆81的该推进能量的一部分，且与此同时由该接收装置 所接收的该能量可有助于该推进，即可以是该推进能量的部分。
图9说明包含可被接通或关闭的区段以使只是接通的区段产生一电磁场以将能 量传送至在该轨道上的该车辆的导体配置112的概念。图9的例子显示沿该轨道排列成一 列连续节段的5个节段Tl、T2、T3、T4、T5。诸如电车的车辆92正在该轨道上行进。在该车辆92的地板下面提供了用来接收 由节段所产生的电磁场的两接收装置95a、95b。接收装置95a、95b可以是冗余的装置，其中 只需要装置中的一个装置来操作该车辆。这增加了操作安全性。然而，装置95a、95b也可 以是产生能量以同时操作该车辆的非冗余装置。然而，在该情况可能发生的是，装置95中 的至少一个装置可不产生电能。该车辆可包含更多的接收装置而非两个接收装置。下面的描述涉及所有的这些情况，及此外涉及该车辆只具有一个接收装置的情 况。依据在图9中所示的该例子，该车辆自左向右移动。在9图的上部分中，该车辆92 占据在组件T2、T3上的该轨道且部分地占据在组件Tl与T4上的该轨道。接收装置95总 是位于被该车辆所完全占据的组件上。情况就是这样，因为在长度方向上接收装置与该车 辆的最接近末端之间的距离大于该导体配置112的每一节段的长度。在图9图的该顶部视图的情况下，组件T2、T3被接通且所有其它的组件Τ1、Τ4、Τ5 被关闭。在图9的该中间视图中，其中该车辆92完全占据在组件Τ2、Τ3上的轨道且几乎完 全占据在组件Τ4上的轨道，组件Τ2已被关闭，因为接收装置95已离开在组件Τ2上的该区 域，且一旦该车辆完全占据在该组件Τ4上的该区域，组件Τ4将被接通。在图9的底部视图 中显示了当接通该组件Τ4时的这种状态。然而，同时组件Τ3已经被关闭。图10显示与图9所示的该配置类似的配置。实际上，图10可为如图9所示的相 同配置的不同视图。然而，图10显示了该配置的附加部分。用于产生电磁场的该导体配 置的连续节段103a、103b、103c中的每一节段经由用来接通及关闭该组件103的分离开关 102a、102b、102c连接至主线108。在三相交流系统的情况下，该主线108可包含针对每相 的导线或缆线。该主线108的该远端(在10图的右手端，但未显示)可包含所有三相的公 共星点。该主线108的该相对点连接至一能量源101，诸如依据图6所示的区块101、102的 该配置。
权利要求
1.一种用以将电能传送至车辆(81 ;92)、尤其至诸如一轻轨道车辆的轨道行走车辆的 系统，其中-该系统包含导电体配置(1 ，用以产生交流电磁场并藉此将该能量传送至该车辆 (81 ；92)；-该导电体配置(12)包含用以传输交流电流的一个相的至少一条线(1，2，3)；-该线(1,2,3)沿着该轨道延伸；-该线(1，2，3)配置成使得其当该交流电流流经该线(1，2，3)时在每一时间点上产生 一电磁场的一列连续磁极，其中连续磁极具有交流磁极性；-该列连续磁极沿着由该轨道所限定的该车辆(81 ；92)的该行进方向延伸。
2.一种用以将电能传送至车辆(81 ；92)、尤其至诸如一轻轨道车辆的轨道行走车辆的 系统，其中-该系统包含一导电体配置；-该导电体配置(12)包含用以传输一交流电流的一个相的至少一条线(1，2，3)；-该线(1,2,3)沿着该轨道延伸；-该线(1，2，3)包含横向于由该轨道所限定的该车辆(81 ；92)的该行进方向延伸的多 个区段(5)；-该同一线(1，2，；3)的区段( 沿着该轨道配置成一列，以使得当一交流电流流经该线 (1,2,3)时在每一时间点上该交流电流交替地以相反方向流经该列中的连续区段( ，5b， 5c) ο
3.如前述权利要求中任一项所述的系统，其特征在于，所述区段(5)中的至少一些区 段、优选地所有的区段沿横向于该行进方向的方向延伸的宽度大于在该轨道上的车辆(81 ； 92)的用以接收该传送的能量的接收装置的宽度。
4.如前述权利要求中任一项所述的系统，其特征在于，该导电体配置(12)包含多条线 (1，2，3)，每条线(1，2，3)适于传输多相交流电压或电流的一个相，其中由线(1，2，3)和/ 或不同线(1，2，；3)的区段( 所产生的磁极在每一时间点上沿该行进方向以重复序列延 伸，其中该重复序列与相的序列相对应。
5.如前述权利要求中任一项所述的系统，其特征在于，该至少一条线(1，2，3)连接至 恒流源(102)，该恒流源适于以恒定交流电流来馈送该线(1，2，3)，与自该导电体配置(12) 传送至在该轨道上的该车辆(81 ；92)的功率无关。
6.如前述权利要求中任一项所述的系统，其特征在于，该恒流源(102)包含用以将 能量源的交流电压变换成交流电流的配置，该配置在每条线(1，2，；3)中包含在该恒流源 (102)的输入端的输入电感器(Lla，L2a，L3a)以及在该恒流源(102)的输出端的输出电感 器(L lb, L2b，L!3b)，其中该输入端连接至一能量源(101)，其中该输出端沿着该轨道连接 至线区段(5)，其中每条线(1，2，；3)包含在该输入端与该输出端之间的一连接点，且其中每 个连接点经由电容器(C1，C2，C3)连接至同一公共星点(61)。
7.如前述权利要求中任一项所述的系统，其特征在于，该至少一条线(1，2，3)包含多 个线节段(T1，T2，T3，T4，T5)，其中每个线节段(Tl，Τ2，Τ3，Τ4，Τ5)沿着该轨道的不同轨段 延伸且可独立于其它线节段(Tl，Τ2，Τ3，Τ4，Τ5)接通及关闭。
8.如前述权利要求中任一项所述的系统，其特征在于，在该行进方向上线节段(Tl，T2，T3，T4，T5)短于在该轨道上的车辆(81 ；92)的长度，且其中该系统适于仅在车辆(81 ； 92)正占据该线节段(Tl，T2，T3，T4，T5)所在的的各自轨段时才接通线节段(Tl，T2，T3， T4, T5)。
9.一种用以将电能传送至车辆、尤其至诸如一轻轨道车辆的轨道行走车辆的方法，其中-一电磁场由沿该轨道设置的导电体配置产生，藉此将该电能传送至该车辆(81 ；92)； -该电磁场藉由传导在该导电体配置的一线(1，2，3)中的一交流电流的至少一相来产生；-该相在该线中沿着该轨道在线(1，2，3)中传导，以使得当该交流电流流经该线(1，2， 3)时在每一时间点上产生一电磁场的一列连续磁极，其中连续磁极具有交流磁极性； -该列连续磁极沿由该轨道所限定的该车辆(81 ；92)的该行进方向延伸。
10.一种用以将电能传送至车辆(81 ;92)、尤其至诸如一轻轨道车辆的轨道行走车辆 的方法，其中-一电磁场由沿该轨道设置的一导电体配置产生，藉此将该能量传送至该车辆(81 ；92)；-该电磁场藉由传导在该导电体配置的一线(1，2，3)中的一交流电流的至少一相来产生，-该相电流在该线(1，2，3)中沿着该轨道传导，以使得当该相电流流经该线(1，2，3)时 在每一时间点上该相电流横向于该车辆(81 ；92)的该行进方向流经该线(1，2，3)的多个 区段，其中该相电流沿第一方向流经区段的第一群组以及沿该相反方向流经区段的第二群 组，且其中该第一群组与该第二群组的区段沿该行进方向交替。
11.如前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，该交流电流是多相交流电流， 且其中该电流的各相经由多个线中的各自线来传导，其中由线和/或不同线的区段所产生 的磁极在每一时间点上沿该行进方向以一重复序列延伸，其中该重复序列与相的序列相对 应。
12.如前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，该至少一条线(1，2，3)受恒定 交流电流馈送，与自该导电体配置传送至在该轨道上的车辆(81 ；92)的功率无关。
13.如前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，该至少一条线(1，2，3)受恒定 交流电压来馈送，与自该导电体配置传送至车辆(81 ；92)的功率无关。
14.如前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，该至少一条线(1，2，3)包含多 个线节段(Tl，T2，T3，T4，T5)，其中每个线节段(Tl，T2，T3，T4，T5)沿该轨道的不同轨段 延伸，且其中线节段(Tl，T2，T3，T4，T5)独立于其它线节段(Tl，T2，T3，T4，T5)接通及关 闭，从而为在该轨道所占据的轨段上的车辆提供能量且藉此关闭未被车辆(81 ；92)所占据 的沿着至少一些轨段的线节段(Tl，T2，T3，T4，T5)。
15.如前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，在该行进方向上该轨道的轨段 短于车辆(81 ；92)的长度，且其中仅在车辆(81 ；92)正占据该线节段所在的轨道的各自轨 段时才接通线节段(Tl，T2，T3，T4，T5)。
16.如前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，藉由检测在线节段(Tl，T2， T3，T4，T5)中的由车辆(81 ；92)至该线节段(Tl，Τ2，Τ3，Τ4，Τ5)的感应耦合所导致和/或由该车辆(81 ；92)所产生的电磁场所导致的电压和/或电流来检测车辆(81 ；92)对该轨道 的相应轨段的占用。
17.如前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，在用以接收该传送的能量的车 辆(81 ；92)的接收装置进入该线节段(Τ1，Τ2，Τ3，Τ4， ^)所在的该轨道的该轨段之前接通 线节段(Tl, Τ2, Τ3, Τ4, Τ5)。
全文摘要
本发明涉及用以将电能传送至轨道行走车辆、尤其至诸如电车的轻轨车辆的系统，其中该系统包含一导电体配置(12)，该导电体配置用以产生一电磁场并藉此将该能量传送至该车辆，该导电体配置(12)包含用以传输一交流电压或电流的一个相的至少一条线(1，2，3)，该线(1，2，3)沿着该轨道延伸并且配置成使得其当该交流电流流经该线(1，2，3)时在每一时间点上产生一电磁场的一列连续磁极(在区段5)，其中连续磁极具有交流磁极性，该列连续磁极沿着由该轨道所限定的该车辆的该行进方向延伸。
文档编号B60L5/00GK102083649SQ200980125984
公开日2011年6月1日 申请日期2009年7月2日 优先权日2008年7月4日
发明者C·施特鲁韦, J·迈因斯 申请人:邦巴尔迪尔运输有限公司