专利名称：使用包括用于能量传送的连续区段的系统来将电能传送至车辆的制作方法
技术领域：
本发明涉及用于将电能传送到车辆，特别是诸如轻轨车辆(例如，有轨电车)之类的有轨车辆(track bound vehicle)的系统及方法。该系统包括用于产生交流电磁场并且由此将能量传送至车辆的电导体装置。该电导体装置包括多个连续区段(segment)，其中该区段沿着车辆行驶路径延伸。
背景技术：
特別是有轨车辆，例如常规的轨道车辆、单轨车辆、无轨电车(trolley bus)以及通过诸如其它机械装置、磁性装置、电子装置及/或光学装置之类的其它装置在轨道上进行引导的车辆，需要电能来用于在该轨道上推进和操作不产生车辆牵引力的辅助系统。该辅助系统是，例如照明系统、供暧系统和/或空调系统、通风系统和乘客信息系统。然而，更具体地说，本发明涉及将电能传送至不一定是(但是优选是)有轨车辆的车辆。一般说来， 该车辆可以是，例如具有电动推进马达的车辆。该车辆还可以是具有混合推进系统的车辆， 该混合推进系统例如是可以通过电能或诸如以电化学形式储存的能量或燃料(例如，天然气、汽油(gasoline或petrol))之类的其它能量来操作的系统。有轨车辆，尤其是用于公共乘客运输的车辆，通常包括以机械形式及电气形式接触沿着诸如电轨或架空线之类的轨道的线导体的集电器(可替代地是ー种设备)。装在车辆上的至少ー个推进马达被馈送来自外部轨道或线路的电カ并且产生机械推进力。有轨电车及其它本地或区域性列车通常通过市内架空线来操作。然而，尤其是在城市中具有历史意义的部分中，架空线是不受欢迎的。另ー方面，地下导电轨或近地导电轨引起安全问题。US 5，821，7 描述了ー种用于对移动电动车辆的电池进行充电的装置，该装置包括用于产生沿道路的中心线的磁场的一系列感应线圏。该感应线圈经由可以由开关激活器传感器激活的开关连接至电カ线。当传感器接收到来自车辆的发射器的信号吋，这将引起对应的开关闭合并且由此激活线圈。然而，由于该线圈产生电磁场，供电线被连接到交流电压源。因此，该供电线永久地产生强度比线圈的电磁场強度小、但仍然足够强到干扰周边的任何电气设备或电子设备的电磁场。从轨道电感式地向车辆传送能量，即产生电磁场，受到EMC(电磁兼容性)方面的限制。一方面，电磁场可能干扰其它技术设备。另ー方面，人类及动物不应当永久地遭受电磁场。至少，必须遵守场强的相应极限值。可替代地，电源可以是DC (直流)供电线，该DC(直流)供电线可以经由逆变器连接至每个线圏。典型地，逆变器包括控制设备，该控制设备用于控制半导体开关的工作以在该逆变器的AC(交流)侧产生交流电压。该控制设备也需要用于工作的电能。为了减少每次无车辆行驶的地方的电磁辐射，用于将能量电感式地传送至车辆的导体装置(例如，包括根据US 5，821，7 的线圈的装置)可以被划分为沿车辆行驶路径延伸的连续区段。这些区段可以仅在需要时工作。特別地，各个区段沿行驶路径的长度可以比车辆在行驶方向上的长度更短并且该区段可以仅在该区段的延伸所沿的行驶路径的相应区域已经被车辆占用时工作。特別地，被轨道车辆占用的意思是轨道车辆正在该区段的延伸所沿的轨道上行驶。优选地，该区段仅在车辆完全占用行驶路径的相应区域时工作。例如，轨道车辆(在行驶方向上)比区段长，并且如果从该区段的中心来看，该车辆的前端及末端正在该区段的界限之外行驶。因此，建议在车辆中的用于接收所传送的能量的接收设备进入该区段延伸所沿的行驶路径的区域之前接通该区段(即经过该区段的交流电开始流动)。如果提供大量的连续区段，则使用DC供电线意味着需要同样大量的逆变器。每个逆变器需要被提供用于工作的电能。因此，需要用于向逆变器的控制设备传导电能的附加设备。
发明内容
本发明的ー个目的在于提供上述种类的用于将电能电感式地传送到车辆的系统以及提供一种将电能传送至车辆的方法，该系统和方法减小了将电能提供给系统中的用于控制和/或操作电磁场的产生以便将该电能传送至车辆的设备所作的努力。此外，必定满足用于满足EMC要求的各个限定。用于产生电磁场的导体装置可以位于轨道中和/或轨道下，例如，车辆行驶的地面下。然而，本发明还包括该导体装置的至少一部分位于轨道的侧方的情況，例如，当该轨道位于郊区或隧道中吋。传送该导体装置的区段用于产生电磁场所需要的电能的最简单方式是使用附加的电源，其中该电源的供电线承载交流电。位于连接到区段的相应接ロ处的开关可以被接通以使该区段开始工作。然而，如上所述，该供电线也产生电磁场。可以例如通过将该供电线埋到地下和/或通过使用金属屏蔽物来使该场与环境屏蔽。然而，由于交流电压具有高峰值电压，所以屏蔽效果较差。无论如何，金属屏蔽物都会増加建造和实现该系统的成本和努力。另ー方面，高峰值电压增大电源的效率。本发明提出一种替代的方式电源承载大体恒定的电流(即直流)并且每个区段经由逆变器连接到供电线。由逆变器产生在各个区段中产生电磁场所必需的交流电。特別地，如逆变器的领域中所公知的，该逆变器通过重复地接通和关断开关来产生交流电。优选地，每个逆变器被直接设置在区段的末端。換言之本发明的构想是本地地产生交流电并且优选在必要的位置和时间。流经导体装置的交流电的频率可以在5kHz至IOOkHz的范围内，特別地在IOkHz至30kHz的范围内，优选是大约20kHz。特別地，该系统包括用于将电能传导至该区段的直流(DC)电源，其中该直流电源包括第一直流线和第二直流线，该第一直流线在与该第二直流线的电位不同的电位下エ 作。优选地，该直流线沿车辆的行驶路径延伸。每个区段经由至少ー个逆变器连接至该直流电源，该逆变器被配置为将该直流电源所承载的直流电变换成该区段所承载的交流电。如果区段未被操作，则该逆变器的开关不被操作，即被永久地断开。由于供电线主要承载直流电，所以该电源不产生强度显著的交流电磁场。此外，仅被接通的(即被逆变器馈送的)那些区段产生电磁场。因此，可以容易地满足EMC标准并且电能损耗被减小到最小值。用于提供及操作作为逆变器的一部分的开关所作的努力没有明显高于用于提供及操作交流供电线与区段之间的开关所作的努力。甚至也可以减少开关的数量。此外，使用DC电源克服了交流电源的缺点，该缺点是交流线包括需要例如由以沿行驶路径的规律间隔配置的电容进行补偿的电感。由于DC供电线中的电流主要是直流，所以由电感所致的损耗几乎是零。例如，该DC供电线可以以与将被车辆的滑动接触器接触的标准DC供电线(例如导电轨道)的方式相同的方式被馈送电能。用于产生三相交流电的逆变器(本发明的优选)通常包括三个连接DC供电线的桥(bridge)。每个桥包括相互串联连接的两个半导体开关(通常是IGBT或GT0)。该桥的对应交流线连接到这两个开关之间的点。这ー种类的逆变器包括驱动单元，该驱动単元用于驱动对开关进行控制所需的电流。在IGBT的情况下，由于这些驱动单元驱动电流往返于IGBT的栅极，所以它们通常被称为栅极驱动单元。为了协调这些驱动单元的工作，设置通常被称为驱动控制单元或D⑶的逆变器控制単元。用于操作逆变器和/或区段所需的这些设备和可能的其他设备(例如，用于检测车辆的存在的检测器)需要被供应电能，以便操作该设备。本发明的基本理念是同时使用DC电源为这些装置提供电能。为此，对DC电源的两条线之间的DC电压进行调制使得该DC电压依据时间的函数进行变化。然而，所得到的交流电压的峰值电压优选远小于DC电源的DC电压。例如，这两条供电线之间的电压的平均值可以在500V至1000V的范围内。另ー方面，例如，叠加的交流电压(overlaid alternating voltage)的峰值电压可以在2V至IOV的范围内。通常，优选的是叠加的交流电压的峰值电压(最高电压与平均值之间的差)等于或小于直流电压(即两条DC线的平均值之间的差)的5%，优选等于或小于该直流电压的2%。特別地，下面提出了 ー种用于将电能传送至车辆(特別是诸如轻轨车辆之类的有轨车辆)的系统，其中-该系统包括用于产生交流电磁场并且由此将该电能传送至该车辆的电导体装置，-该导体装置包括多个连续区段，其中该区段沿该车辆的行驶路径延伸，-该系统包括用于将电能传导至该区段的直流电源，其中该直流电源包括第一直流线和第二直流线，该第一直流线在与该第二直流线的电位不同的电位下工作，-每个区段经由至少ー个逆变器连接到该直流电源，该逆变器被配置为将该直流电源承载的直流电变换成该区段承载的交流电，-该系统包括调制设备，该调制设备用于使用预定的调制频率对该第一直流线和第二直流线中的至少ー个的电位进行调制，由此产生具有以该调制频率交变的叠加电压的直流电压，-该逆变器中的至少ー些包括具有初级绕组和次级绕组的变压器，其中该初级绕组连接到该第一直流线或该第二直流线以使直流电流经该初级绕组，并且其中该次级绕组连接到被配置为提供用于操作该逆变器的电能的电源装置。此外，提出了一种将电能传送至车辆(特別是诸如轻轨车辆之类的有轨车辆)的
6方法，其中-电导体装置工作以产生交流电磁场并且由此将该电能传送至该车辆，-该导体装置包括多个连续区段，其中该区段沿该车辆的行驶路径延伸，其中该区段独立地、至少部分地和/或至少偶尔地工作，-用于被传送到该车辆的电能经由直流电源传导至该区段，其中该直流电源包括第一直流线和第二直流线，该第一直流线在与该第二直流线的电位不同的电位下工作，-从该直流电源经由至少ー个逆变器将该电能传导至每个该区段，该逆变器工作以将该直流电源承载的直流电变换为该区段承载的交流电，-以预定调制频率将该第一直流线和该第二直流线中的至少ー个的电位进行调制，由此产生具有以该调制频率交变的叠加电压的直流电压，-该逆变器中的至少ー些包括具有初级绕组和次级绕组的变压器，其中该初级绕组连接到该第一直流线或第二直流线使得直流电流经该初级绕组，并且其中该变压器用于提供来自该次级绕组的电能以用于操作该逆变器的控制设备。优选选定该预定调制频率以使不存在对位于该系统内或该系统周围的其它设备的干扰。例如，该预定调制频率可以在500Hz至1000Hz的范围内。如上所述，第一直流线在与第二直流线的电位不同的电位下工作。例如，第一直流线可以位于正电位并且第二直流线可以位于负电位。更通常地说，尽管直流电压以该预定调制频率被调制，但是第一直流线处的电位总是高于第二直流线处的电位，或反之亦然。叠加的交流电压具有峰值，该峰值小于第一直流线和第二直流线的电位的平均值之间的差。可以用于产生叠加的交流电压的设备可以是具有初级绕组和次级绕组的变压器。 该次级绕组可以是第一直流线或第二直流线的一部分，使得流经该初级绕组的交流电感应在该次级绕组的连接处的所期望的电位调制。上述的并且用于将操作该逆变器所需的电能去耦合的其他变压器可以位于该逆变器附近或者可以是包括该逆变器的模块的一部分。在该变压器的次级绕组中感应的交流电压可以用作交流电压源。如在向电气组件或电子组件提供电能的领域中公知的，该交流电压可以被连接到用于对操作该逆变器和/或其它设备所需的电压或电流进行调理的电路。该电路可以包括用于产生直流电的整流器、用于对直流电压进行平滑的电容和/或用于产生所期望的交流电压电平的至少ー个另外的变压器。可替代地或附加地，该电路可以包括其它电气组件或电子组件。优选地，该电导体装置包括三条线路，每一条线路承载三相交流电中的不同相。然而，存在由对应数目的交流线承载的仅两相或多于三相也是可以的。例如，在三相系统的情况下，相移通常是120°。特別地，每个区段可以包括每条线路的节段(section)。每ー相中的交流电可以是由该逆变器产生的正弦电流或近似正弦的电流。可替代地，它可以是近似矩形的电流，即时间的阶梯函数。根据第一实施例，以至少两个连续区段可以同时工作的方式来布置该导体装置， 其中连续的节段中用于承载交流电的相同相的对应线路相互串联连接。例如，连续区段之间的接ロ可以包括可使对应线路连接或断开的开关或开关装置。然而，优选的是，连续区段的相线相互永久串联连接，并且通过使相应的逆变器工作(或者通过使相应的逆变器不エ 作)来控制该区段的工作(产生电磁场)或不工作(不产生电磁场)。
根据第二实施例，连续节段中用于承载交流电的相同相的线路不相互连接。该实施例的优点在干，由于不活动区段与活动区段去耦合，所以不活动区段完全不产生电磁场。 将參照附图来描述示例。同时工作的连续区段的数量不被限制在两个。更精确地说，三个或更多连续区段可以同时工作，例如，如果诸如具有位于不同位置的接收设备的车辆之类的长车辆正行驶于路径上。在该情况下，优选的是，仅当最后的接收设备已经离开与该区段对应的路径的节段时才关断该区段。可以使用该区段的相线中的至少一条来控制开启或停止区段的工作的过程。优选地，可以检测轨道的相应节段被车辆占用，特别是通过检测区段的线路中的由车辆电感性耦合到该线路所产生的和/或由该车辆产生的电磁场所产生的电压和/或电流。对应地， 可以将测量设备连接到该线路中的至少一条。优选地，该区段的多个线路或所有线路被连接到測量设备和/或同一測量设备。该测量设备被配置为通过检测该线路或単独回路中的由该车辆电感性耦合到该线路所产生的和/或由该车辆产生的电磁场所产生的电压和/或电流，来检测轨道的相应节段被该车辆的占用。这样的测量设备可以与逆变器中的ー个进行組合，并且可以被提供用于工作的电能，该用于工作的电能来自连接到变压器的次级绕组的电源装置。本领域中已知的标准逆变器通常包括电容以便对逆变器的DC侧上的直流电压进行平滑。优选的是在两条DC供电线之间使用电容以提供用于电源中的交流分量的链路。该电容连接该两条DC供电线，但是该电容通过变压器的初级侧与该两条DC供电线中的一条分离。因此，可以将叠加的交流电压从该DC供电线去耦合并且该逆变器的桥的相对侧的电压几乎恒定。该电容成为交流电压的捷径(short cut)。将更加详细地描述示例。当该逆变器未产生交流电时，这样的链路使供电能够到达该变压器的次级侧，但是该逆变器的控制设备仍需要用于工作的电能。因此，优选的是，该逆变器包括电容，该电容具有用于连接该电容的相对连接，并且其中该相对连接连接到第一直流线和第二直流线。可以由ー个电容器或由相互并联连接和/或相互串联连接的电容器的任意組合来实现该电容。而且，本领域已知的逆变器通常包括用于降低或消除由该逆变器的工作引起的频率的电抗器(reactor)。依据本发明的实施例，该电抗器被用作该变压器的初级绕組。作为結果，不需要附加的电抗器并且减小了构建该系统的成本。此外，该逆变器的电气属性不被附加的初级绕组改变。用于产生电磁场的导体装置可以包括三条在行驶方向上延伸的线路(每条线路用于交流电的ー个相位)。然而，优选地，每条线路包括横向于该行驶方向延伸的节段。作为结果，每条线路可以顺着蜿蜒状(serpentine-like)的路径。优选地，每条线路顺着沿行驶路径的相同蜿蜒状的路径，其中该线路在行驶方向上偏移了横向于该行驶方向延伸的同一线路的连续节段之间的距离的三分之一。蜿蜒状的意思是，在各个情况下接在在行驶方向上延伸的线路的节段之后的是横向于该行驶方向延伸的节段，依次接在横向于该行驶方向延伸的节段之后的是在该行驶方向上延伸的节段。具有横向延伸的线路节段的这样的线路在交流电经该线路时的每个时间点产生电磁场的一列连续磁扱，其中该连续的磁极具有交变的磁极性。在给定时间点，交流电在该线路的第一区域中产生具有朝向第一方向的磁场向量的磁场，(在行驶方向上)接在该线路的第一区域之后的该线路的第二区域中的磁场的场向量朝向该第一方向的相反方向，接在该线路的第二区域中之后的该线路的另一区域中的磁场向量再次朝向该第一方向，并且依此类推。作为結果，由于横向地延伸的线节段所产生的场相互补偿，所以该行驶路径旁边的场强非常小。
将參考附图来描述本发明的实施例和示例。该附图示出了 图1是具有用于将电能传送至车辆的区段的装置，其中该区段经由位于该区段之间的接ロ处的逆变器连接至DC电源；图2是沿着具有多个连续区段的轨道行驶的示意性的轨道车辆，其中逆变器被布置在两个连续区段之间的每一接ロ处；图3是包括连续区段的示意性的布置，其中该区段中用于承载交流电的相的线路彼此不串联连接；图4是用于在该连续区段之一中产生恒定交流电的恒流源；以及图5是示出连接至DC电源的三相逆变器的电路图。
具体实施例方式图1示出电路图。图中部分地示出用于产生电磁场的电导体装置的一列连续区段 137、138、139。仅完整示出被称为区段138的ー个区段。区段137、138、139均包括三条相线13^1、135b、135c。每个区段137、138、139的每条相线135在该相线135的一端包括用于补偿该相线135的电感的电容140。作为結果，阻抗是零。每条相线135由一串半圆来形象表示以便指示电感。然而，相线可以是直线、蜿蜒状的线、线圈或其它任何种类的线。在连续区段137、138、139之间的接ロ处，每条相线135在各个情况下经由ー个开关147、148连接至包括DC线141a、141b的DC电源的正电位和负电位。每个接ロ处的六个开关是逆变器的一部分。例如，相线13 经由连接14 连接至正电位(线141a)和负电位(线141b)。在连接14 内，在相线13 与正电位之间的开关由附图标记147表示，并且在相线13 与负电位之间的开关由附图标记148表示。以同一方式构建相线135b、135c 到正电位和负电位(线141a、141b)的连接144b、144c。该描述适用于区段137与区段138 之间的接ロ 142。在区段138与区段139之间的接ロ处，相线135与DC供电线141之间的连接由附图标记14fe、145b、145c表示。相线135与线路141a的正电位之间的开关由149 表示，并且连接至负电位的开关由150表示。因此，可通过操作开关147、148或149、150将每个接ロ 142、143连接至供电线141 和将每个接ロ 142、143从该供电线141断开。开关147、148连同开关147、148的图1中未示出的控制器构成第一逆变器。以同一方式，开关149、150和用于控制这些开关的切換操作的对应控制器构成接ロ 143处的第二逆变器。在逆变器的工作期间，该逆变器的开关反复接通和关断以在接ロ 142、143处(即区段137、138、139之一的末端处)产生所期望的交流电。例如，因此，用于将DC供电线141连接至相线13 的连接14 包括开关147与开关148的串联连接，其中在相线13 与介于开关147、148之间的接触点之间做出连接。如图2所示，多个区段147a至147f可以被布置为沿着车辆162的行驶路径的导体装置160的连续区段。车辆162(例如，有轨电车)可以包括至少ー个接收设备161，该接收设备161用于接收由ー个或ー个以上的区段157产生的电磁场。在图2所示的情况下， 接收设备161位于区段157c之上，并且至少该区段157c工作以产生电磁场并且将能量提供给该车辆。此外，该车辆可以包括能量储存器163a、163b，该能量储存器163a、16 可以用于在未从区段157接收到足够能量时操作该车辆。在两个连续区段157之间的每个接ロ处，设置了逆变器15 至15加。例如，可以根据图1的电路图来实现该逆变器152。在图2中还示出了 DC供电线141a、141b。它们被连接至诸如用于产生直流电的发电站之类的能量源151。图3在该图的上部示出轨道车辆214。该车辆214(例如有轨电车)包括用于从轨道的区段211接收电磁能的两个接收设备218a和218b。该图示出了总共七个连续区段 211a-211g中的至少部分，尽管实际上通常具有更多的连续区段。在描绘图3所处的时刻， 三个区段，被称为区段211b、211c和211d，是有效的，即这些区段的线路承载交流电，由此产生电磁场以将电磁能传送至车辆214的接收设备218。每个区段包括三条线路并且在有效时每条线路承载交流电的三相中ー个相。每个区段211经由恒流源装置A、B、C连接至DC供电线213a、213b，图4示出了该恒流源装置A、B、C。例如，装置A、B、C可以被放置在单个盒子中。如图3所示，DC供电线 213连接至向DC供电线213输送所需DC电流的供电站215。可选地，供电站215还可以包括用于调制供电线213之间的DC电压的设备。将參考图5来描述调制设备的示例。恒流源A、B、C包括具有用于连接DC供电线213a、21!3b的连接的逆变器C。该连接与电感219a、219b組合。电感219的一侧被连接至相应的DC线213，并且电感219的另一侧被连接至用于产生交流电的三相的三条电流路径221a、221b、221c。该电感用于消除或至少降低由路径221中的开关的工作所引起的频率。每条电流路径221包括相互串联连接的两个半导体功率开关，并且交流线被连接至相应电流路径中的开关之间的一点。关于该半导体开关和该电流路径，逆变器可以是常规的三相逆变器，并且因此，对于技术人员来说进ー步的细节是已知的。然而，电感219的第二侧之间存在进ー步的连接，该进ー步的连接包括相互串联连接的两个电容223a、223b。电容223之间的一点在各个情况下经由至少ー个第一电感 225a.225b.225c连接至各个交流线。此外，两个电容223之间的该点经由第二电容227a、 227b,227c连接至交流线216a、216b、216c中每ー个的另一点。这些连接点位于交流线 216a,216b,216c中的电感226a,226b,226c中与第一电容225a,225b,225c连接至交流线 216a、216b、216c所在的连接相対的相对侧。在图4的方框B内示出了第一电容225连接至交流线216所在的连接，并且在图4的方框A内示出了第二电容227连接至交流线116所在的连接。方框A还包括电感226。方框A、B构成所谓的六极滤波器(six-pole filter)，该六级滤波器包括对产生初级侧电磁场的区段中的线路的电感进行补偿的补偿电容器。当工作时，即当逆变器C的半导体开关反复接通和关断时，恒流源产生具有与电 カ无关的恒定有效平均值的交流电，该电カ由此在区段211内产生并且被传送至车辆214 的接收设备218。图5示出了包括三相逆变器301和一些其它电路组件的模块35。模块35的第一直流线41a连接至DC电源的第一直流供电线141a。模块35的第二直流线41b连接至该直流电源的第二直流供电线141b。如图5的左上区域示意性示出的，第一直流供电线141a连接至第一变压器37的次级绕组37a，该第一变压器37用于以预定调制频率来调制直流供电线141之间的直流电压。为了在直流供电线141a、141b之间产生对应的叠加的交流电压，第一变压器37包括初级绕组37b，该初级绕组37b可以连接至正在以该预定调制频率产生交流电的交流电流源。 这样的交流电流源可以是频率可以被调整的频率发生器。次级绕组37a处的电压由初级绕组37b两端的电压和该变压器的绕组关系来确定。因此，该交流电流源的电压也是可调整的。模块35的第一直流线41a包括第二变压器39的初级绕组39a，该第二变压器39 是模块35的一部分。该第二变压器39用于将电能与操作逆变器所需的直流电源去耦合。 不同于图5所示的，该第一变压器和该第二变压器不是必须直接相连的。更具体地说，该变压器中的ー个可以连接至该第一直流供电线，并且另一变压器可以连接至该第二直流供电线。模块35的第一直流线41a和第二直流线41b经由电阻器44并且经由电容器45a、 45b,45c相互连接，该电容器45a、45b、45c在第一直流线41a与第二直流线41b之间形成电容。出于安全原因，设置电阻器44。如果模块35与DC电源断开，例如，通过关断线路41a 中的开关40，则电阻器44的高欧姆电阻允许直流线41的不同电位缓慢地均衡化。电容45用于对电阻器44两端的电位之间的波动进行平滑。由于在各个情况下的两个开关147、148的串联连接两端的DC电压应该是恒定的，所以这样的波动不是所期望的。图5示出了具有根据本发明的优选特征的特定实施例，该优选特征也可以在其它特定实施例中实施。根据该特征，电容经由第二变压器的初级绕组连接至直流电源，该第二变压器用于使电能与直流电源去耦合。这意味着，通过由第二变压器(第5图中的39)执行的对电能的去耦合来至少部分地消除存在于DC电源中(在图5的示例中的线路141a、 141b之间)的叠加交流电压。換言之，电容45产生用于交流电压的短路。半导体开关147、148的功能和操作可以类似于或等同于图1所示的装置，并且因此，在此将不再对其进行描述。交流线135a、135b、135c分别连接至半导体开关147a、148a ； 147b、148b ；147c、148c 的串联连接之间的点。续流ニ极管(free-wheeling diode)47,48 以反平行方式(anti-parallel vise)连接至各个半导体开关147、148。然而，图5示出了逆变器的进ー步细节。示出了栅极驱动单元55 (还表示其它半导体开关的对应的控制设备)，该栅极驱动单元阳连接至半导体开关147b的栅极以驱动改变栅极电荷以便切換半导体开关147d所必需的电流。如由虚线所指示的，栅极驱动单元 45连接至驱动控制単元53，驱动控制単元53控制半导体开关147、148的所有栅极驱动单元的工作。操作驱动控制単元53所需的能量以及可选的连同操作栅极驱动单元所需的能量由电路51提供。该电路51连接至第二变压器39的次级绕组39b。电路51包括电气组件和/或电子组件以使次级绕组39b处的交流电压适合驱动控制単元53和/或驱动单元 54的需要。图5还示出了用于测量例如电流和电压的测量单元53。可以由驱动控制単元53使用測量值来控制栅极驱动单元M。
权利要求
1.ー种用于将电能传送至车辆(162 ;214)，特別是诸如轻轨车辆之类的有轨车辆的系统，其中-所述系统包括用于产生交流电磁场并且由此将所述能量传送至所述车辆(162 ；214) 的电导体装置(13^1、135b、135c ； 160)，-所述导体装置(135aU35bU35c ；160)包括多个连续区段(137U38U39 ；157 ；211), 其中所述区段(137、138、139 ；157 ；211)沿所述车辆(162 ；214)的行驶路径延伸，-所述系统包括用于将电能传导至所述区段(137、138、139;157 ；211)的直流电源 (141 ；213)，其中所述直流电源(141 ；213)包括第一直流线和第二直流线(141a、141b ； 213a、213b)，所述第一直流线(141a、213a)以与所述第二直流线(141b ;213b)的电位不同的电位操作，-每个区段(137、138、139 ； 157 ；211)经由至少ー个逆变器(152 ；C ；301)连接至所述直流电源(141 ；213)，所述至少一个逆变器(152 ；C ；301)被配置为将由所述直流电源(141 ； 213)承载的直流电变换为由所述区段(137、138、139 ；157 ；211)承载的交流电，-所述系统包括调制设备(37)，所述调制设备(37)用于使用预定调制频率来调制所述第一直流线和所述第二直流线(141a、141b;213a、2i;3b)中的至少一条的所述电位，由此产生具有以所述调制频率进行交变的叠加电压的直流电压，-所述逆变器(152 ；C ；301)中的至少ー些包括具有初级绕组和次级绕组(39a、39b)的变压器(39)，其中所述初级绕组(39a)连接至所述第一直流线或所述第二直流线(141a、 141b ；213a、21!3b)，使得所述直流电流经所述初级绕组(39a)，并且其中所述次级绕组 (39b)连接至被配置为提供用于操作所述逆变器(152 ；C ；301)的电能的电源装置(51)。
2.如前面权利要求所述的系统，其中，所述导体装置(135113 ,135c ； 160)包括至少一条交流线，其中每条交流线被配置为承载交流电的ー个相。
3.如前面权利要求所述的系统，其中，每个区段(137、138、139；157 ；211)包括所述至少一条交流线中的每一条的一个节段(135a、13釙、135c)。
4.如权利要求2所述的系统，其中，连续区段(211)中的用于承载所述交流电的同一相的对应节段彼此电气分离。
5.如前面三项权利要求中的一项所述的系统，其中，所述逆变器(152;C;301)包括被配置为反复地使所述直流电源(141 ；213)与相的所述交流线连接和断开由此产生所述交流电的相开关，其中所述逆变器(152 ；C ；301)包括用于控制所述相开关(147、148)的操作的控制设备(53)，并且其中所述控制设备(53)连接至用于接收用于操作的电能的所述电源装置(51)。
6.如前面权利要求中的一项所述的系统，其中，所述逆变器(152;C;301)包括电容 (45)，所述电容0 具有用于连接所述电容0 的相对连接，并且其中所述相对连接被连接至所述第一直流线和所述第二直流线Gla、41b)。
7.如前面权利要求中的一项所述的系统，其中，所述变压器(39)的所述初级绕组 (39a)是电抗器，所述电抗器用于降低或消除由所述逆变器(152;C;301)的操作所引起的频率。
8.一种将电能传送至车辆(162 ;214)，特別是诸如轻轨车辆之类的有轨车辆的方法，其中-电导体装置(135a、13^、135C ； 160)被操作以产生交流电磁场并且由此将所述电能传送至所述车辆(162 ；214)，-所述导体装置包括多个连续区段(137、138、139 ；157 ；211)，其中所述区段(137、138、 139 ；157 ；211)沿所述车辆(162 ；214)的行驶路径延伸，其中所述区段(137、138、139 ；157 ； 211)独立地、至少部分地和/或至少偶尔地被操作，-用于传送至所述车辆(162;214)的电能经由直流电源(141 ；213)传导至所述区段(137U38U39 ；157 ；211)，其中所述直流电源(141 ；213)包括第一直流线和第二直流线(141a、141b ;213a、213b)，所述第一直流线(141a ；213a)以与所述第二直流线(141b ； 213b)的电位不同的电位操作，-所述电能从所述直流电源(141 ；213)经由至少ー个逆变器(152 ；C ；301)传导至所述区段(137、138、139 ；157 ；211)中的每ー个，所述逆变器(152 ；C ；301)被配置为将由所述直流电源(141 ；213)承载的直流电变换成由所述区段(137、138、139 ；157 ；211)承载的交流电，-以预定调制频率来对所述第一直流线和所述第二直流线(141a、141b ;213a、2i:3b)中的至少一条的所述电位进行调制，由此产生具有以所述调制频率进行交变的叠加电压的直流电压，-所述逆变器(152 ；C ；301)中的至少ー些包括具有初级绕组和次级绕组(39a、39b)的变压器(39)，其中所述初级绕组(39a)连接至所述第一直流线或所述第二直流线(141a、 141b ；213a、21!3b)，使得所述直流电流经所述初级绕组，并且其中使用所述变压器(39)来提供来自所述次级绕组(39b)的电能以操作所述逆变器(152;C;301)的控制设备(53)。
9.如前面权利要求所述的方法，其中，至少两个连续区段(137、138、139;157;211)同时被操作，其中，所述连续区段(137、138、139 ；157 ；211)中的用于承载所述交流电的同一相的线的对应节段彼此串联连接。
10.如权利要求8所述的方法，其中，所述连续区段011)中的用于承载所述交流电的同一相的线的对应节段彼此电气分离。
11.如权利要求8-10中的一项所述的方法，其中，所述逆变器(152;C;301)的相开关由所述控制设备(53)控制以反复地使所述直流电源(141 ；213)与相的所述交流线连接和断开，从而产生所述交流电，并且其中所述控制设备(5 被提供来自所述次级绕组(39a) 的电能以操作所述控制设备(53)。
12.如权利要求8-11中的一项所述的方法，其中，所述逆变器(152；C ；301)包括电容 (45)，所述电容0 具有用于连接所述电容0 的相对连接，并且其中所述相对连接被连接至所述第一直流线和所述第二直流线(141a、141b;213a、2i;3b)，并且其中所述电容05) 还用于对所述第一直流线和所述第二直流线(141a、141b;213a、213b)之间的所述直流电压的波动进行平滑。
13.如权利要求8-12中的一项所述的方法，其中，所述变压器(39)的所述初级绕组 (39a)还用作电抗器，所述电抗器用于降低或消除由所述逆变器(152 ；C ；301)的操作所引起的频率。
全文摘要
本发明涉及一种用于将电能传送至车辆，特别是诸如轻轨车辆之类的有轨车辆，的系统，其中该系统包括用于产生交流电磁场并且由此将该能量传送至该车辆的电导体装置，该电导体装置包括至少一条交流线(135)，其中每条交流线(135)被配置承载交流电的一相，该导体装置包括多个连续区段，其中该区段沿该车辆的行驶路径延伸，每个区段包括该至少一条交流线中的每一条的一个节段，该系统包括用于将电能供应至该区段的直流电源(141)，每个区段经由至少一个逆变器(301)连接至该直流电源(141)，该至少一个逆变器(301)被配置为将该直流电源(141)所承载的直流电变换成该至少一条交流线承载的交流电。
文档编号B60L5/00GK102596631SQ201080048661
公开日2012年7月18日 申请日期2010年10月26日 优先权日2009年10月28日
发明者M·岑格勒 申请人:庞巴迪运输有限公司