CN103648830A - 利用可独立操作的导体装置的段向车辆传输电能的系统和方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及向车辆传输电能，具体而言，向诸如轻轨车辆的有轨车辆（81）或者向诸如公共汽车的道路机动车传输电能的系统，涉及制造该系统的对应方法，并涉及操作该系统的对应方法，其中所述系统包括至少一个电导体装置，用于产生交变电磁场并由此向车辆传输电磁能量，所述导体装置包括多个段（T1，T2，T3，T4，T5，T6，T7，T8），其中每个段（T1，T2，T3，T4，T5，T6，T7，T8）沿车辆（81）的行进路径的一部分延伸，每个段（T1，T2，T3，T4，T5，T6，T7，T8）包括用于将由所述段（T1，T2，T3，T4，T5，T6，T7，T8）承载的交变电流的每一相的一条线路，以便产生电磁场，所述系统包括多个电源单元，用于向相应段提供交变电流，所述系统包括用于向多个电源单元传导电能的电流源，所述多个电源单元相对于所述电流源彼此并联连接，所述多个电源单元的至少第一电源单元可以连接到至少一个导体装置的第一组至少两个段（T1，T4，T1_a，T4_a，T1_b，T4_b）的每个段（T1，T4，T1_a，T4_a，T1_b，T4_b），其中所述第一组段（T1，T4，T1_a，T4_a，T1_b，T4_b）的每个段（T1，T4，T1_a，T4_a，T1_b，T4_b）的每个相邻段（T2，T3，T5）都唯一地可连接到另一电源单元。

Description

利用可独立操作的导体装置的段向车辆传输电能的系统和方法

技术领域

本发明涉及向车辆传输电能，具体而言，向诸如轻轨车辆（例如有轨电车）的有轨车辆或者向诸如公共汽车或私家汽车的道路机动车传输电能。对应的系统包括用于产生交变电磁场并由此向车辆传输电磁能量的电导体装置。该导体装置包括多个段，其中每个段沿着车辆行进（轨道）路径的不同部分延伸。本发明还涉及制造该系统的对应方法以及操作该系统的对应方法。

背景技术

诸如常规轨道车辆、单轨车辆的有轨车辆、无轨电车以及通过诸如其他机械手段、磁性手段、电子手段和/或光学手段的其他手段被引导在轨道上的车辆需要用于在轨道上推进以及用于操作辅助系统的电能，操作辅助系统不产生车辆牵引。这样的辅助系统例如是照明系统、加热和/或空调系统、通风和乘客信息系统。不过，更具体而言，本发明涉及用于向不一定是（但优选是）有轨车辆的车辆传输电能的系统。不同于有轨车辆的车辆例如是公共汽车。本发明的应用领域是向用于公共交通的车辆的传输能量。一般而言，该车辆可以例如是具有电动操作的推进电动机的车辆。该车辆还可以是具有混合推进系统的车辆，混合推进系统例如是通过电能或通过其他能量（例如以电化学方式存储的能量或燃料（例如天然气、汽油或石油））运行的系统。

WO2010/031593A1描述了用于向车辆传输电能的系统和方法，其中该系统包括上文所述的特征。根据公开，该系统包括用于产生交变电磁场并由此向车辆传输电磁能量的电导体装置。该电导体装置包括至少两条线路，其中每一条线路都适于承载交变电流的不同相。该导体装置包括多个段，其中每个段沿着车辆行进路径的不同部分延伸。每个段包括该至少两条线路的多个部分，并且每段可以独立于其他段接通或关闭。导体装置的相继段的每一个可以经由用于接通或关闭元件的开关连接到主线。

WO2010/000495A1更详细地描述了发明的领域以及导体装置可能的实施例。具体而言，还可以为本发明选择导体装置的蛇形线状实施例。

为产生电磁场，每个段可以经由将直流电转换成交流电的逆变器连接到直流电源。替代地，这些段可以经由例如AC/AC电压变换器连接到交流电源。组合是可能的，例如可以将两段经由公共逆变器连接到直流电源。

US2003/0200025A1公开了一种道路供电的电动车辆系统，包括利用很多在选定位置嵌入道路中的道路电力传输模块供电的道路网，连接所述道路电力传输模块中的每一个以从电力公司接收电力。该文献还公开，可以将道路电力传输模块分成五个模块一个群，每个群都从同一功率调节器供电。沿着道路长度间隔分布群，由道路的不通电部分分隔群的部分。因此，从同一功率调节器为群的相邻模块供电。不过，为了向电动车辆连续传输电力，功率调节器需要一次为超过一个模块供电或在群的相应模块之间切换。一次操作超过一个模块会不利地减小传输到被操作模块的功率和/或可能不利地改变期望的参数，例如电源的标称值或操作交变电流的rms值。在模块间进行切换也可能不利地改变向电动车辆供电的质量，例如，在需要为多个段供电以向车辆提供足够大的功率时。如果车辆，例如轨道车辆或电车包括超过一个接收机并覆盖超过一个段，就是这种情况，从而需要由间隔紧密的段，例如相邻段传输电力。

为了传输足够大的功率以为车辆（尤其是电车或公共汽车）提供推进力，需要至少几十安培的电流和至少几十伏的电压，即传输的功率应当在至少几kW的范围中。对于电车而言，例如，该段的电压可以在500-1.000V的范围中，通过该段的有效电流可以在150-250A的范围中。

对应的阻抗，尤其是电感，需要具有对应大体积的重部件。此外，这些部件导致了制造这种系统的成本的显著部分。

发明内容

设计本发明的系统，以便提供一种从轨道向车辆或向多个车辆，例如，诸如轻轨车辆（例如有轨电车）的有轨车辆或者诸如公共汽车的道路机动车传输电磁能量的系统。

该系统包括至少一个用于产生交变电磁场并由此向车辆传输电磁能量的电导体装置。

该导体装置包括多个段，其中每个段沿着车辆行进路径的一部分延伸，优选沿着与导体装置其他段相比的不同路径部分延伸，从而各段是沿路径的相继段。各段可以间隔紧密，例如两个相邻段之间距离小于几米。

每个段包括针对要由所述段承载的交变电流的每个相的一条线，以便产生所述电磁场。

此外，该系统包括多个用于向段提供交变电流的电源单元以及用于向多个电源单元传导电能的电流源。所述多个电源单元相对于所述电流源彼此并联连接。

多个电源单元的第一电源单元可连接到至少一个导体装置的第一组至少两个段（优选该组的至少两个段是同一轨道的段，即，同一车辆行进路径的段）的每个段。换言之，导体装置包括第一组至少两个段，其中第一组段的每个段可连接到第一电源单元。将第一组段的段分配到第一电源单元，这意味着可以由第一电源单元操作第一组段的段。

在当前语境中，“可连接”表示相应段的每条线路能够电耦合到电源单元。术语“耦合”包括直接电连接，或者包括例如使用变压器的电感耦合。第一电源单元的连接可以接通或关闭。如果连接接通，可以向连接的段传导电力。如果关闭连接，不能向连接的段传导电力。

可以相对于电源单元彼此并联地电布置各个段，即，可以利用交变电流操作能由电源单元操作的每个段。

因此，系统的至少一个电源单元在其输入侧连接到电流源，可以在其输出侧连接到多个段。这意味着可以将两个或更多段连接到同一电源单元。

不过，优选在每个时间点由电源单元为仅一个段提供电能。可以由单个电源单元操作的最大段数量取决于热功耗（即在电源单元工作期间产生的热必须要传输到电源单元之外）和/或车辆分离度（即不应当发生这样的情况：轨道上的不同车辆同时从由同一电源单元提供的段接收电磁能量）和/或电源单元与可连接到相应电源单元的段之间的距离（即，任一距离都不应过长）。

用于多个电源单元的公共电流源不排除存在连接到独立的第二电流源的其他电源单元。此外，并非所有可由公共电源单元操作的段都必须是用于为同一轨道上的车辆提供能量的段。相反，铁路或道路可以包括例如两条彼此平行延伸的轨道，可以为每条轨道提供相继的段。可以由公共电源单元操作不同轨道的至少一些段。

根据本发明的一个方面，尤其是在轨道的所有段都是相继段的情况下，第一组段的每个段的每个相邻段都唯一地可连接到另一电源单元。一般而言，“相邻段”表示相对于车辆沿所述段的可能行进方向的相邻或连贯或相继段。“唯一地”表示至少在预定义的工作模式期间相邻段不可以连接到第一电源单元。这意味着设计该系统，使得第一组段没有任何段具有可连接到第一电压变换器的相邻段。

如下所述，具体而言，电源单元可以包括电压变换器（例如AC/AC变换器或逆变器）和/或恒流源或由其构成。恒流源可以形成无源网络，其保持通过该段的交变电流恒定，同时负载或耦合到二次侧（车辆接收机侧）变化。恒流源可以为交变电流提供恒定的有效值或RMS（均方根）值。

提出的发明有利地允许同时使用一组多个分布紧密的段的超过一个段向电动车辆传输电力，同时提供电力的期望特性，例如期望的功率水平。

由于提出的发明还允许使用单个电源单元操作一组段或为其供电，所以可以减少路边电源单元的数量。例如，如果每个电源单元都适于为两段供电，路边电源单元的数量被减少二分之一。不过，每个电源单元的占空比增大2倍，因此热功耗增大。

在另一实施例中，电源单元可通过开关单元连接到段。例如，可以经由关联的开关单元将第一组段的每个段耦合到电源单元，该开关单元适于通过将所述段连接至所述电源或者将所述段与所述电源断开连接来接通和关闭该段。不过，尤其在每组段仅两个段的情况下，单个开关单元可以具有两种开关状态。在第一开关状态中，电源单元连接到第一段，在第二开关状态中，电源单元连接到第二段。每个开关单元可以包括若干开关，其对应于关联段的线路数量，其中该线路适于承载交变电流的不同相。优选地，例如，通过使用用于控制开关操作的公共控制装置，同步地接通和关闭开关单元的开关。开关装置例如可以包括一个或多个半导体开关，例如每条相线中一个。因此开关装置允许将多个段经由电源单元耦合到电流源。

这样有利地允许简单地实现可以接通或关闭的电连接。

在另一实施例中，电源单元包括电压变换器。电压变换器能够将给定输入电压，例如由电流源提供的输入电压，改变（变换）成期望输出电压。

电压变换器可以是变压器。在这种情况下，电流源可以是交变电流源，电压变换器将给定的交变输入电压变换成期望的交变输出电压。

或者，电压变换器可以是逆变器。在这种情况下，电流源可以是直流电源，电压变换器将给定的直流输入电压变换成期望的交流输出电压。

例如，电压变换器可以包括两个变换单元，例如两个逆变单元，其中两个变换单元具有公共输出。于是，增大了最大电功率。

因此，可以经由电压变换器，例如变压器或逆变器将段连接到电流源。

可以布置开关单元，使得电压变换器在输入侧连接到电流源，在输出侧连接到开关单元。作为选择，可以操作开关单元，使得电源单元连接到可连接到开关单元的一个或多个段，或不将任何可连接到开关单元的段连接到电源单元。

这样有利地允许为段提供具有期望特性的交流电压。

在优选实施例中，电源单元包括恒流源。恒流源适于在段接通或连接到电源单元时，独立于要传输到沿该段行驶的一个或多个车辆的电功率，保持通过该段的电流的有效值或RMS值恒定。

在这种情况下，可以将可连接到电源单元的段经由恒流源耦合到电流源。

每个恒流源可以包括第一电感，以及任选地超过一个电感，并可以包括第一电容，以及任选地超过一个电容。彼此相对地并针对恒流源输入侧的电压调整电感和电容，从而向输出侧，即该段一侧输出期望的恒定电流。因此，恒流源的输入侧是电流源一侧，或电压变换器的输出侧。在后一种情况下，可以经由电压变换器和恒流源的串联连接将段耦合到电流源。

第一电感可以布置于恒流源中将输入侧与输出侧连接的线路中，该线路的至少一个接头可以与第一电容连接。

换言之，至少第一电感和第一电容，以及恒流源任选的其他阻抗，可能还有恒流源的其他部件（例如至少一个电阻器），形成无源网络，其将通过该段的交流电保持恒定。

优选地，针对恒流源输入侧的交流电的频率调整电感和电容，使得通过该段的交流电在共振频率下振荡，该共振频率是该段与恒流源的组合的共振频率。

在该段包括多条线路的情况下，其中调整并连接每条线路以承载交流电的不同相，该恒流源包括对应数量的线路，在所有情况下，所述对应数量的线路都连接到该段的对应线路，从而实现恒流源的线路与该段对应线路的串联连接。在多条线路的情况下，恒流源的每条线路包括第一电感，第一阻抗（尤其是电容）经由接头连接到该线路。具体而言，可以经由对应的第一电容将恒流源的不同线路的接头连接到公共星点。在任何情况下，每条线路都可以有两个接头，第一电容可以连接到线路的第一接头，第二电容可以连接到线路的第二接头。如果第一电感布置于第一和第二接头之间，可以将网络称为π-网络。如果每条线路仅有一个接头，且如果在接头两侧在线路之内有至少一个电感（第二电感可以是该段的固有电感），可以将该网络称为T网络。在优选实施例中，将T网络用作恒流源。

适于产生电磁场以便向车辆传输能量的任何段都包括固有电感。可以使用固有电感来保持小的无功功率。因此，提出彼此相对地并针对所述段中的任何额外电容调整所述第一电感和所述第一电容以及至少部分（优选完全）由所述段的固有电感形成的第二电感（包括恒流源到该段的电连接的电感），从而可以在对应的共振频率下操作所述段，所述段产生的无功功率基本为零。优选地，第二电感完全由该段或该段的线路的固有电感形成。此外，优选所述段不包括额外的电容，所述额外电容补偿所述段的固有电感，以避免所述段产生无功功率。换言之，实功率，有时称为“有功功率”尽可能高。

由于使用该段的固有电感来优化能量传输效率，所以可以减少分立部件的数量：首先，与电感在接头两侧大小相同的T网络相比，可以减小或省略恒流源输出侧的电感。第二，可以省略用于补偿该段固有电感以减小或消除无功功率的额外电容或将其减小到更小。结果，减少了安装工作量和成本。此外，减少了冷却恒流源输出侧电感的工作量，因为在恒流源的输出侧仅有小的分立部件（例如小的电感器）或没有分立部件，该段的电感是固有性质的，因此在整个段上分布。

可以布置开关单元，使得恒流源在输入侧连接到电流源，在输出侧连接到开关单元。

如果电源单元包括电压变换器，可以布置开关单元，使得电压变换器在输入侧连接到电流源，在输出侧连接到恒流源，其中恒流源在输出侧连接到开关单元。或者，可以布置开关单元，使得电压变换器在输入侧连接到电流源，在输出侧连接到开关单元。在这种情况下，电源单元可以包括多个恒流源，优选每个可连接到电压变换器的段有一个恒流源。在这种情况下，开关单元在输入侧连接到电压变换器的输出端，在输出侧可连接到恒流源的输入端。或者，可以将开关单元或开关单元的元件，例如开关单元的开关，布置于恒流源的第一电感和第一电容之间，例如在恒流源的第一电感的输出侧。

在这些段的一条线路或多条线路中产生恒定的交变电流（即，具有恒定RMS值的交变电流）与在恒定（RMS）电压下操作这些段相比具有几个优势。一个优势是恒定电流可以是时间的正弦函数。这意味着仅产生了单个频率的电磁波。与此相反，在恒定电压下操作该段产生非正弦函数，这意味着产生了不同频率的谐波。此外，主要侧（导体装置沿着轨道的一侧）的恒定电流能够减小用来接收辅助侧（车辆的一侧）上的电磁场的接收机的尺寸。

可以将恒流源实现为阻抗的无源网络，这意味着恒流源的任何部件都不会像用于限制电流的线路中的晶体管那样被主动控制。

恒流源例如可以位于交流电源的输入侧，即经由电流源向各段馈送恒定交变电流。不过，如果各段与电流源彼此并联连接，这不允许单独操作各段。单独操作各段会导致通过尺寸不一的各段的电流。

因此，优选相对于电流源彼此并联的各段为要单独操作的每个段提供恒流源。这样单独操作具有如下优点：在车辆沿该段行进时可以接通该段，否则可以关闭该段。

在优选实施例中，每次仅操作第一组段的一个段。这意味着第一组段的仅一个段连接到第一电源单元。可以布置和/或设计提出的系统，即电源单元、段和对应连接，使得一次仅可以操作第一组段的一个段。

如果触发可连接到单个电源单元的两个或更多段以向车辆或超过一辆车辆提供电力时，例如，如果两节列车彼此相邻，可以将电源单元唯一地连接到相对于一个或多个车辆的行进方向最靠前的段。这样允许进行多车辆操作。

如果电源单元包括恒流源，本实施例是尤其有利的，针对每个段提供的固有电感，包括其通往一组可连接到电源单元的段的恒流源的连接，调整恒流源。如前所述，任何段及其通往电源单元的连接都包括固有电感。希望彼此相对地并针对所述段中的任何额外电容调整所述第一电感和所述第一电容以及至少部分（优选完全）由所述段的固有电感形成的第二电感，从而可以在对应的共振频率下操作所述段，所述段产生的无功功率基本为零。

如果电源单元包括针对可连接段固有阻抗调整的恒流源，一次操作超过一个段，即一次向恒流源的输出连接超过一个段将不利地改变由恒流源提供的交变电流特性，即交变电流的RMS值将不是最优，因此降低了功率传输的质量。

不过，提出的系统可以包括多个恒流源，例如，每个段一个恒流源。电源单元可以包括电压变换器，其可连接到一个恒流源和段的串联连接。在这种情况下，为每个段分配多个恒流源中的一个恒流源，经由所分配的恒流源实现电源单元，例如电压变换器和段之间的连接。在这种情况下，可以针对相应段的固有阻抗及其通往相应段的连接调整分配到段的恒流源。

根据另一实施例，至少第一组段（即第一组段或多组段）包括（对于每组）偶数多个段。不过，也可以将导体装置的所有段分成分别连接到电源单元的段组。优选地，这些段组包括偶数组段。具体而言，所述至少一组段或每组段包括两个段。

向一个电源单元分配超过一个段有利地允许使用更少数量的电源单元，同时从轨道向电动车辆提供或传输电力。这又节省了成本并降低了系统复杂性。

在另一实施例中，将可连接到第二电源的至少一个段置于第一组段的两个相继段之间。可连接到第二电压变换器的至少一个段可以是第二组至少两个段中的一个段。优选地，将两个段置于第一组段的两个相继段之间，其中两个段之一可连接到第二电源单元，两个段中的另一个段可连接到第三电源单元。可连接到第二电源单元的段可以是第二组至少两个段中的段。而且，可连接到第三电源单元的段可以是第三组段的段。在这种情况下，电源单元操作每第三个段。根据其他变化，在第一组段的两个相继段之间可以有多于或少于两个段。不过，优选地，两个相继段之间的所有段都可连接到不同电源单元。

在另一实施例中，设计和/或布置所述第一电源单元，使得所述第一电源单元到所述第一组段的段的连接的固有阻抗相等。具体而言，这意味着在第一电源单元的输出处“看到的”通往段的所有连接的电感相等。如果电源单元包括恒流源，优选选择本实施例。如前所述，任何段，包括其通往电源单元的连接，都包括固有电感，其中希望彼此相对地并针对所述段中的任何额外电容调整所述第一电感和所述第一电容以及至少部分（优选完全）由所述段的固有电感形成的第二电感（包括恒流源到该段的电连接的电感），从而可以在对应的共振频率下操作所述段，所述段产生的无功功率基本为零。在这种情况下，可以有利地使用单个恒流源操作可连接到电源单元的段，因为可以设计单个恒流源，使其适用于所有段。

替代地或此外，相对于第一组段的至少两个段布置第一电源单元，使得第一电源单元和至少两个段的每一个之间的距离相等。如果第一组段包括例如两个段，可以与两个段都等间距地布置第一电源单元。距离是指第一电源单元和段的电连接或耦合的长度。优选地，以相等的方式设计段。在这种情况下，包括通往电源单元的相应电连接的段的固有阻抗，尤其是电感是相等的。

在另一实施例中，第一组段包括第一导体装置的第一多个段和第二导体装置的第二多个段。例如，可以将第一导体装置分配到第一行进路径，例如，可以将第二导体装置分配到与第一行进路径不同的第二行进路径。在这种情况下，可以将至少第一电压变换器连接到第一导体装置的第一组段和第二导体装置的多个段，例如另一组段。

在另一实施例中，所述第一导体装置被分配给第一轨道，所述第二导体装置被分配给第二轨道。铁路或道路可以包括例如两条彼此平行延伸的轨道，可以为每条轨道提供相继的段。可以由公共电源单元操作不同轨道的至少一些段。

进一步提出了一种操作用于向车辆传输电能的系统，尤其是根据前述权利要求之一所述系统的方法。在第一步中，利用电导体装置产生交变电磁场，由此向车辆传输电磁能量。此外，使用多个段作为导体装置的部分，其中每个段沿车辆行进路径的不同部分延伸，其中使用每个段的一条线路或多条线路承载产生电磁场的交变电流的相应一相或多相。而且，使用多个电源单元向多个段传导电能，其中多个电源单元中的至少第一电源单元可连接到第一组至少两个段。而且，利用电流源向多个电源单元传导电能，其中所述电源单元相对于所述电源彼此并联电连接。此外，通过将第一电源单元连接到至少一个段，向第一组段的至少一个段传导电能。

根据本发明，通过将相邻段（尤其是相继段序列中的相邻段）连接到另一个电源单元，向所述第一组段的至少一个段的相邻段传导电能。可以同时向相邻段传导电能。或者，可以在相应段之后或之前向相邻段传导电能。

可以进行其他电源单元到相邻段的连接，从而可以提供相邻段之间磁场的平滑过渡，例如，使得在过渡期间磁场是均匀连续波。

提出的方法有利地允许操作利用电源单元数量减少的一组多个密集分布段的超过一个段传输电能的系统，同时仍然提供所传输电力的期望特性，例如期望的功率水平。

在另一实施例中，在传导电能期间，将电源单元唯一地连接到所述一组段中可连接到所述电源单元的一个段。

这意味着一次由电源单元仅操作该组段的一个段。在传导电能期间，第一组段的一个段，将第一电源单元唯一地连接到所述一个段。前面已经描述了这种唯一电力传输的优点。

进一步提出了一种制造用于向车辆传输电能的系统，尤其是根据前述权利要求之一所述系统的方法，包括如下步骤：

-提供电导体装置，用于产生交变电磁场并由此向车辆传输电磁能量，

-提供多个段作为导体装置的一部分，使得每个段沿车辆行进路径的一部分延伸，其中每个段包括针对要由该段承载的交变电流的每一相的一条线路，以便产生电磁场，

-提供多个电源单元，

-提供用于向多个电源单元传导电能的电流源，其中所述电源单元相对于电流源彼此并联电连接，

-对于每个段，提供该段和电源单元之间的可切换电连接，从而对于至少第一组至少两个段的每个段，提供段和第一电源单元之间的电连接。

根据本发明，对于第一组段的每个段的每个相邻段，提供相邻段和另一电源单元之间的电连接。这意味着设计该系统，使得第一组段的每个段的每个相邻段都例如可唯一连接到另一电源单元。

这样有利地允许提供一种系统，其允许使用一组多个分布紧密的段的超过一个段向电动车辆传输电力，同时提供电力的期望特性，例如期望的功率水平。

在另一实施例中，提供所述第一电源单元和所述第一组段的段之间的电连接，使得所述第一电源单元可唯一地连接到所述第一组段的一个段。这意味着制造或设计该系统，使得一次仅可以操作每个电源单元一个段。前面已经描述了这种唯一电力传输的优点。

在工作期间，在车辆沿包括相继段序列的轨道行进时，优选在关闭工作段之前，接通（即变成工作）工作段（即向车辆传输电磁能量）前方的相邻段。具体而言，在这种情况下，两个相邻段的工作优选是同步的，使得在两个相邻段之间的接口处有连续的电磁场。在电源单元为电压变换器的情况下，相应地同步为两个相邻段提供能量的电源单元。因此，对于本发明的任何实施例而言，优选地，由公共控制装置控制电源单元，公共控制装置可以包括用于不同电源单元的中央控制和/或不同电源单元的控制可以彼此连接。

附图说明

将参考附图描述本发明的实施例和范例。附图示出了：

图1，一种包括用于轨道车辆的轨道和车辆的装置，其中轨道装备有多个段，用于产生电磁场，且其中成对的段连接到同一逆变器，用于逆变直流电流，

图2，包括逆变器、恒流源和两个开关单元的装置的模块，所述装置用于将成对的段连接到恒流源，

图3，图2的模块修改，适于为一对段提供恒定电流，其中该段的相应恒流电源使用公共的第一电感，且其中使用开关操作第一段、第二段或不操作任何段，

图4，一种包括用于轨道车辆的轨道和车辆的示意装置，其中轨道装备有多个段，用于产生电磁场，且其中成对的段连接到同一逆变器，以及

图5，两个不同轨道的电源单元和段之间连接的示意电路图。

具体实施方式

在所有附图中，相同的附图标记表示具有相同或类似功能的元件和器件。

图1示意性示出了沿轨道行进的车辆81，尤其是诸如电车的轻轨车辆。在这个具体实施例中，车辆81包括两个接收机1a、1b，用于接收由轨道的段T1、……T6产生的电磁场。接收机1a、1b位于车辆81底部，在车辆81前部和后部的中截面中。接收机可以包括多条线路，用于产生交变电流的不同相。车辆可以具有任何其他数量的接收机。

接收机1a、1b与车辆81之内的其他设备，例如与变换器（未示出）连接，变换器用于将接收机1产生的交变电流变换成直流电流。例如，可以使用直流电流为车辆81的电池或其他能量储存器5a、5b充电。此外，可以将直流电流逆变成交变电流，用于为车辆81的至少一个牵引电动机供应电能。

接收机1a、1b可以与用于控制信号发射机（未示出）操作的控制装置连接，信号发射机也位于车辆81的底部，从而将信号发射机发射的信号向轨道发射。

如上所述，轨道包括一系列相继的段T1、T2、T3、T4、T5、T6（在实践中，可以提供更多的段），它们可以彼此独立地被操作（即通电），并在工作期间产生电磁场，以便向车辆81传输能量。每个段都在车辆行进的路径的部分上延伸。图中表明，相继的段T1、T2、T3、T4、T5、T6彼此分隔紧密。

在图1所示的状况中，车辆81的接收机1a、1b分别位于段T2、T4上方。因此，操作这些段T2、T4（即在接通状态，电流流经该段，导致电磁场），不操作其他段T1、T3、T5、T6（即，处于关闭状态，没有电流通过该段）。

还示出了直流电源4，其具有处于第一电势的第一线路4a和处于另一电势的第二电源线路4b。能源S连接到线路4a、4b。每个段包括多条线路（尤其是三条线路），用于输送交变电流的单独相。

在图1中所示的装置中，多个逆变器P1、P2、P3与具有线路4a、4b的直流电源彼此并联连接。逆变器P1、P2、P3连接到多个交流电源，这些电源的每个将逆变器P1、P2、P3与一个段T1、T4或T2、T5或T3、T6连接。根据图1中所示的具体实施例，每个逆变器P1、P2、P3都连接到两个段T1、T4；T2，T5；T3，T6。

第一组段包括段T1、T4。第二组段包括段T2、T5。第三组段包括段T3、T6。第一逆变器P1可以连接到第一组段的每个段T1、T4。第二逆变器P2可以连接到第二组段的每个段T2、T5。第三逆变器P3可以连接到第三组段的每个段T3、T6。

第一组段T1、T4的每个段T1、T4的每个相邻段T2、T3、T5都唯一地可连接到除第一逆变器P1之外的另一个逆变器P2、P3。同样，第二组段T2、T5的每个段T2、T5的每个相邻段T1、T3、T4都唯一地可连接到除第二逆变器P2之外的另一个逆变器P1、P3。同样，第三组段T3、T6的每个段T3、T6的每个相邻段T2、T4、T5都唯一地可连接到除第三逆变器P3之外的另一个逆变器P1、P2。

如沿段T1、……T6行进的车辆81长度示意性所示，在车辆在图1所示位置行进时，仅操作成对段T1、T4或T2、T5或T3、T6的一个段T1、T2、T3或T4、T5、T6。操作段T2、T3、T4以便向车辆81的接收机1a、1b传输能量。操作段T1、T5、T6不会导致向车辆81传输大量能量。如果车辆继续在图1中从左至右行进，段T2将被关闭，取而代之将接通段T5。

结果，一次将仅操作一对段T1、T4或T2、T5或T3、T6中连接到同一逆变器P1、P2、P3的一个段T1、T2、T3或T4、T5、T6。因此，能够组合逆变器P1、P2、P3与恒流源（图1中未示出），恒流源适于产生通过单个段T1、T2、T3、T4、T5、T6的期望恒定电流。在替代装置中，例如，可以将超过两个段T1、……T6连接到同一逆变器P1、P2、P3，并一次仅操作这些段T1、……T6中的一个。

恒流源例如能够连接到相应逆变器P1、P2、P3的输出端，其中段可以经由恒流源连接到相应的逆变器。

图1中还未示出开关单元，开关单元适于通过将段T1、……T6连接到逆变器P1、P2、P3或将段T1、……T6与逆变器P1、P2、P3断开连接来接通或关闭段。由于图1中所示范例的每个段T1、T2、T3、T4、T5、T6包括用于承载交变电流不同相的三条线路，所以每个开关单元包括三个开关，每条线路至少一个开关。

第一开关单元可以被分配到第一逆变器P1，可以适于通过将段T1、T4连接到逆变器P1或将段T1、T4与逆变器P1断开连接来接通或关闭段T1、T4。

图2示出了包括逆变器W的模块，可以像技术人员公知的那样构造该逆变器W。例如，在要产生三相交变电流的情况下，针对每一相可以有电桥，该电桥包括一系列两个半导体开关。由于逆变器的构造是已知的，所以不会参考图2描述细节。在交流侧，将逆变器W连接到恒流源12。这一恒流源12由无源元件网络构成，即交变电流每条相线中的一个电感18a、18b、18c，以及将始于接头21a、21b、21c的相线之一连接到公共星点11的连接中的一个电容20a、20b、20c。

恒流源还可以包括每条相线中的第二电感，位于接头21与第一电感18相对的一侧。可以将这样的布置称为三相T网络。第二电感的目的是使连接到恒流源的段产生的无功功率最小化。

在图2中所示的范例中，恒流源12的相线经由第二电容42a、42b、42c连接到接头7a、7b、7c。电容42用于补偿可以连接到接头7的段的固有电感。在这种情况下，“补偿”表示在操作段的同时使相应段产生的无功功率最小化。这示出了如下原理：可以将补偿电容集成到也包括恒流源的模块中。

在图2中所示的范例中，第一开关单元13a包括半导体开关16a、16b、16c，每条相线中一个，第一开关单元连接到接头7a、7b、7c，通过类似方式，第二开关单元13b的半导体开关16a、16b、16c也连接到接头7。例如，第一开关单元13a可以连接到图3的交流电源6a、6c或6e，第二开关单元13b可以连接到图1的交流电源6b、6d或6f。

可以使用图2中所示的模块替代图1中所示的逆变器P1、P2、P3。

如上所述，可以在公共模块中集成用于相同轨道和/或另一轨道的超过一个段的恒流源。具体而言，可以预先制造这样的模块并可以在现场毫不费力地安装。例如，可以使用公共模块替代图1中所示的逆变器P1、P2、P3。

图3中示出了用于两个段的这种公共模块的范例，该图示出了图2模块的修改。模块61包括两个子单元22、23，每个子单元都形成要连接到第二接触15a、15b、15c的段的相应恒流源的一部分。如上所述，不同图中的相同附图标记表示相同或功能上对应的元件。

子单元22、23包括恒流源的第一电容20和（任选地）第二电容42a、42b、42c。此外，子单元22、23包括每条线路103a、103b、103c（单元22）或104a、104b、104c（单元23）中的开关16a、16b、16c。这些开关16用于操作第一段（未示出，其连接到单元22的第二接触15），操作第二段（未示出，其连接到单元23的第二接触15）或不操作任何段。因此，这些单元能够使用模块61输入侧上的相同第一电感18a、18b、18c。

输入侧包括用于将模块连接到电源（未示出）的第一接触14a、14b、14c。这些接触由线路100a、100b、100c连接到接头28a、28b、28c，这些线路100中的每一个都包括第一电感18。接头28的每个都将线路100之一与单元22、23的相应线路103a、104a；103b、104b；103c、104c连接。

由于使用相同的第一电感18a、18b、18c操作几个段（如果有超过2个子单元，可以以相同方式操作超过两个段），所以减少了部件的数量。

图4示出了包括用于轨道车辆的轨道和车辆81的示意布置，其中轨道装备有多个用于产生电磁场的段T1、……、T8，且其中成对的段T1、T4或T2、T5或T3、T6分别连接到同一逆变器P1、P2、P3。与图1相比，图示出了段对T1、T4或T2、T5或T3、T6的段T1、……、T6可经由恒流源C1、C2、C3连接到逆变器P1、P2、P3。例如，第一逆变器P1可经由第一恒流源C1连接到第一组段的每个段T1、T4。同样，第二逆变器P2可经由第二恒流源C2连接到第二组段的每个段T2、T5。而且，第三逆变器P3可经由第三恒流源C3连接到第三组段的每个段T3、T6。第一逆变器P1和第一恒流源C1形成第一电源单元。未示出开关模块，其适于通过将段T1、……、T6连接到电源单元或将段T1、……、T6与电源单元断开连接来接通或关闭段。

包括其通往电源单元的连接的任何段T1、……、T8包括固有电感。在图4中，可以调整恒流源C1、C2、C3，尤其是恒流源的元件，从而可以在对应的共振频率操作段T1、……、T6，且段T1、……、T6产生的无功功率基本为零。例如，可以调整第一恒流源C1，从而可以在对应共振频率操作段T1或T4，且由段T1或T4产生的无功功率基本为零。

图5示出了两个不同轨道的电源单元和段之间连接的示意电路图。逆变器P可以连接到被分配到第一轨道，例如第一铁轨的第一组段T1_a、T4_a。此外，逆变器P可以连接到被分配到第二轨道，例如第二铁轨的另一组段T1_b、T4_b。第一和第二铁轨例如能够彼此平行延伸，每个轨道可以具备相继的段。可以由公共逆变器P操作不同轨道的段T1_a、T4_a、T1_b、T4_b中的至少一些。

仅针对交变电流的第一相示出了连接，但要理解，同样设计了其他相的连接。

逆变器P的第一输出端经由电感L连接到第一开关SI1。第一开关SI1适于将分配到第一轨道的段组T1_a、T4_a连接到逆变器P或从其断开。同样，第一开关SI1适于将分配到第二轨道的段组T1_b、T4_b连接到逆变器P或从其断开。

对于第一轨道而言，第一开关SI1的输出端连接到第二开关SI2。第二开关SI2适于将段组T1_a、T4_a的段T1_a或段T4_a连接到逆变器P或从其断开。对于第二轨道而言，第一开关SI1的输出端连接到第三开关SI3。第三开关SI3适于将段组T1_b、T4_b的段T1_b或段T4_b连接到逆变器P或从其断开。

开关SI1、SI2、SI3被插入逆变器P的电压侧。这样有利地将电感滤波器的数目，例如电感L的数目限制到每相一个。

Claims (16)

1.一种用于向车辆（81），尤其是诸如轻轨车的有轨车辆（81）或诸如公共汽车的道路汽车，传输电能的系统，其中

-所述系统包括至少一个电导体装置，用于产生交变电磁场并由此向所述车辆传输电磁能量，

-所述导体装置包括多个段（T1，T2，T3，T4，T5，T6，T7，T8），其中每个段（T1，T2，T3，T4，T5，T6，T7，T8）沿所述车辆（81）的行进路径的一部分延伸，

-每个段（T1，T2，T3，T4，T5，T6，T7，T8）包括用于将由所述段（T1，T2，T3，T4，T5，T6，T7，T8）承载的交变电流的每一相的一条线路，以便产生所述电磁场，

-所述系统包括多个电源单元，用于向相应段提供交变电流，

-所述系统包括用于向所述多个电源单元传导电能的电流源，

-所述多个电源单元相对于所述电流源彼此并联连接，

-所述多个电源单元的至少第一电源单元可连接到至少一个导体装置的第一组至少两个段（T1，T4，T1_a，T4_a，T1_b，T4_b）的每个段（T1，T4，T1_a，T4_a，T1_b，T4_b），

-所述第一组段（T1，T4，T1_a，T4_a，T1_b，T4_b）的每个段（T1，T4，T1_a，T4_a，T1_b，T4_b）的每个相邻段（T2，T3，T5）都唯一地可连接到另一电源单元。

2.根据权利要求1所述的系统，其中电源单元可通过开关单元（13a，13b）连接到段（T1，T2，T3，T4，T5，T6，T7，T8，T1_a，T4_a，T1_b，T4_b）。

3.根据权利要求1或2所述的系统，其中电源单元包括电压变换器。

4.根据权利要求1到3中的任一项所述的系统，其中电源单元包括恒流源（C1，C2，C3）。

5.根据权利要求1到4中的任一项所述的系统，其中一次操作所述第一组段（T1，T4，T1_a，T4_a，T1_b，T4_b）的仅一个段（T1，T4，T1_a，T4_a，T1_b，T4_b）。

6.根据权利要求1到5中的任一项所述的系统，其中所述第一组段（T1，T4，T1_a，T4_a，T1_b，T4_b）包括偶数多个段（T1，T4，T1_a，T4_a，T1_b，T4_b）。

7.根据权利要求1到6中的任一项所述的系统，其中将可连接到第二电源单元的至少一个段（T2，T3）置于所述第一组段（T1，T4，T1_a，T4_a，T1_b，T4_b）的两个相继段（T1，T4，T1_a，T4_a，T1_b，T4_b）之间。

8.根据权利要求1到7中的任一项所述的系统，其中设计和/或布置所述第一电源单元，使得所述第一电源单元到所述第一组段（T1，T4，T1_a，T4_a，T1_b，T4_b）的段（T1，T4，T1_a，T4_a，T1_b，T4_b）的连接的固有阻抗，尤其是固有电感相等。

9.根据权利要求8所述的系统，其中相对于所述第一组段（T1，T4，T1_a，T4_a，T1_b，T4_b）的至少两个段（T1，T4，T1_a，T4_a，T1_b，T4_b）布置所述第一电源单元，使得所述第一电源单元和至所述少两个段（T1，T4，T1_a，T4_a，T1_b，T4_b）的每个段之间的距离相等。

10.根据权利要求1到9中的任一项所述的系统，其中所述第一组段（T1_a，T4_a，T1_b，T4_b）包括第一导体装置的第一多个段（T1_a，T4_a）和第二导体装置的第二多个段（T1_b，T4_b）。

11.根据权利要求10所述的系统，其中所述第一导体装置被分配给用于车辆的第一轨道，所述第二导体装置被分配给用于车辆的第二轨道。

12.一种操作用于向车辆（81）传输电能的系统，尤其是根据前述权利要求之一所述系统的方法，包括如下步骤：

-利用电导体装置产生交变电磁场并由此向所述车辆（81）传输电磁能量，

-使用多个段（T1，T2，T3，T4，T5，T6，T7，T8）作为所述导体装置的部分，其中每个段（T1，T2，T3，T4，T5，T6，T7，T8）沿所述车辆（81）的行进路径的不同部分延伸，其中每个段（T1，T2，T3，T4，T5，T6，T7，T8）的一条线路或多条线路用于承载产生所述电磁场的交变电流的相应相或相应多个相，

-使用多个电源单元向所述多个段（T1，T2，T3，T4，T5，T6，T7，T8）提供电能，其中所述多个电源单元的至少第一电源单元可连接到第一组至少两个段（T1，T4），

-利用电流源向所述多个电源单元传导电能，其中所述电源单元相对于所述电流源彼此并联电连接，

-通过将所述第一电源单元连接到至少一个段（T1，T4）向所述第一组段（T1，T4）的至少一个段（T1，T4）传导电能，

其特征在于

-通过将相邻段（T2，T3，T5）连接到另一电源单元，向所述第一组段（T1，T4）的所述至少一个段（T1，T4）的相邻段（T2，T3，T5）传导电能。

13.根据权利要求12所述的方法，其中在传导电能期间，将电源单元唯一地连接到所述一组段中可连接到所述电源单元的一个段（T1，T4；T2，T5；T3，T6）。

14.根据权利要求12或13所述的方法，其中通过将所述相邻段（T2，T3，T5）连接到其它电源单元，向所述第一组段（T1，T4）的两个段（T1，T4）之间的所述相邻段（T2，T3，T5）传导电能，其中所述相邻段（T2，T3，T5）、所述第一组段的所述两个段（T1，T4）和任选的所述导体装置的至少一个其他段形成沿轨道的相继段序列。

15.一种制造用于向车辆（81）传输电能的系统，尤其是根据权利要求1到11中的任一项所述系统的方法，包括如下步骤：

-提供电导体装置，所述电导体装置用于产生交变电磁场并由此向所述车辆传输电磁能量，

-提供多个段（T1，T2，T3，T4，T5，T6，T7，T8）作为所述导体装置的一部分，使得每个段（T1，T2，T3，T4，T5，T6，T7，T8）沿所述车辆（81）的行进路径的一部分延伸，其中每个段包括用于将由所述段（T1，T2，T3，T4，T5，T6，T7，T8）承载的交变电流的每一相的一条线路，以产生所述电磁场，

-提供多个电源单元，

-提供用于向所述多个电源单元传导电能的电流源，其中所述电源单元相对于所述电流源彼此并联电连接，

-对于每个段（T1，T2，T3，T4，T5，T6，T7，T8），提供所述段（T1，T2，T3，T4，T5，T6，T7，T8）和电源单元的可切换电连接，使得对于至少第一组至少两个段（T1，T4）的每个段（T1，4），提供所述段（T1，T4）和第一电源单元之间的电连接，

其特征在于

-对于所述第一组段（T2，T4）的每个段（T1，T4）的每个相邻段（T2，T3，T5），提供所述相邻段（T2，T3，T5）和另一电源单元之间的电连接。

16.根据权利要求15所述的方法，其中提供所述第一电源单元和所述第一组段（T1，T4）的段（T1，T4）之间的电连接，使得所述第一电源单元可唯一地连接到所述第一组段（T1，T4）的一个段（T1，T4）。

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