ES2579212T3 - Transferencia de energía eléctrica a un vehículo - Google Patents

Abstract

Un sistema para transferir energía eléctrica a un vehículo, en el que: - el sistema comprende una instalación conductora eléctrica (12) para producir el campo electromagnético alternado y para transferir por lo tanto la energía al vehículo (81; 92), - la instalación conductora eléctrica (12) comprende una pluralidad de líneas (1, 2, 3) para transportar en cada caso una fase de una corriente eléctrica alterna, - las líneas (1, 2, 3) se extienden a lo largo de la vía, - cada línea (1, 2, 3) está dispuesta de tal manera, que produce - en cada punto en el tiempo mientras la corriente eléctrica alterna esté circulando a través de la línea (1, 2, 3) - una hilera de polos magnéticos sucesivos de un campo electromagnético, donde los polos magnéticos sucesivos tienen polaridades magnéticas alternas, - la hilera de polos magnéticos sucesivos se extiende en la dirección de desplazamiento del vehículo (81; 92), que está definido por la vía - cada línea (1, 2, 3) está adaptada para transportar una fase de un voltaje o corriente alterna multifase, donde los polos magnéticos producidos por las líneas (1, 2, 3) están en cada punto en el tiempo - en una secuencia repetida que se extiende en la dirección de desplazamiento, donde la secuencia repetida corresponde a una secuencia de las fases, Caracterizado por el hecho de que - las líneas (1, 2, 3) están combinadas a una fuente de corriente constante (102) la cual está adaptada para alimentar las líneas (1, 2, 3) de una corriente alterna que tiene un valor medio constante independientemente de la energía que sea transferida de la instalación conductora eléctrica (12) al vehículo (81; 92) o vehículos sobre la vía. - La fuente de corriente constante (102) comprende una instalación para transformar un voltaje alterno de una fuente de energía (101) en corriente alterna, comprendiendo la instalación - en cada línea (1, 2, 3) - una inductancia de entrada (L1a, L2a, L3a) en un lado de entrada de la fuente de corriente constante (102) y una inductancia de salida (L1b, L2b, L3b) en un lado de salida de la fuente de corriente constante (102), en el que el lado de entrada está conectado a la fuente de energía (101), en el que el lado de salida está conectado a las secciones de línea de las líneas (1, 2, 3) a lo largo de la vía, en el que cada una de las líneas (1, 2, 3) comprende un punto de conexión entre el lado de entrada y el lado de salida y en el que cada punto de conexión está conectado a un mismo punto de estrella común (61) a través de una capacitancia (C1, C2, C3).

Description

imagen1

imagen2

imagen3

imagen4

imagen5

5

15

25

35

45

55

65

son secciones que se extienden transversalmente a la dirección de desplazamiento. Sin embargo no es necesario colocar las diferentes bobinas del vehículo a la misma distancia entre sí como la distancia de las secciones.

Las realizaciones y ejemplos de la presente invención se describirán ahora con referencia a las figuras adjuntas. Las figuras muestran: La figura 1 muestra esquemáticamente una instalación conductora trifásica que se extiende a lo largo de la vía, La figura 2 muestra un diagrama que muestra corrientes alternas a través de las tres fases de la instalación de acuerdo con la Figura 1 en función del tiempo, La figura 3 muestra líneas de campo magnético de un campo magnético, que es producido por la instalación conductora de acuerdo con la figura 1, mientras que un dispositivo receptor de un vehículo se localiza por encima de la región mostrada de la instalación conductora, donde la dirección de desplazamiento de la distribución de desplazamiento de la distribución de campo magnético se extiende en el plano de la figura de derecha a izquierda o de izquierda a derecha, En la figura 4 es otro diagrama que muestra una región del campo magnético que es producida por la instalación conductora, mientras una carga está conectada al dispositivo receptor en el vehículo. La figura 5 es un diagrama que muestra esquemáticamente el movimiento de la onda magnética producida por la instalación conductora a lo largo de la vía que muestra el movimiento del dispositivo receptor debido al movimiento del vehículo sobre la vía. La figura 6 es un diagrama de circuito esquemático de la instalación conductora de acuerdo con la figura 1 que está conectada a una fuente voltaje de CA a través de una instalación eléctrica que transforma un voltaje de la fuente a una corriente alterna constante que es alimentada hacia la instalación conductora. La figura 7 es un diagrama de circuito que muestra un dispositivo receptor de un vehículo que tiene bobinas para las tres diferentes fases, donde el dispositivo receptor está conectado a un convertidor de CA/CD. La figura 8 es un vehículo a raíl que se desplaza sobre una vía a lo largo del cual se extiende una instalación conductora. La figura 9 son tres puntos consecutivos en el tiempo de una situación en la cual el vehículo ferroviario se desplaza sobre una vía, donde la vía está provista de una pluralidad de segmentos lineales consecutivos de una instalación conductora, donde los segmentos lineales pueden ser encendidos o apagados para proporcionar energía al vehículo. La figura 10 es una instalación similar a la instalación mostrada en la figura 8 que incluye un diagrama de circuito de una instalación conductora a lo largo de la vía, donde la instalación conductora comprende segmentos lineales. La figura 11 es una instalación similar a la instalación mostrada en la figura 1, esquemáticamente, que ilustra una instalación conductora entre dos rieles de una vía.

La Figura 1 muestra una instalación conductora que puede localizarse debajo del suelo a lo largo de una vía, y por ejemplo a lo largo de los rieles de una vía (véase la instalación mostrada en la figura 11, por ejemplo). En el último caso, los rieles se extienden de izquierda a derecha en la vista de la Figura l.

Debe comprenderse que la figura 1 es una vista esquemática. Las tres líneas 1, 2, 3 de la instalación conductora comprenden secciones que se extienden transversalmente hacia la dirección de desplazamiento, (de derecha a izquierda o de izquierda a derecha). Únicamente algunas de las secciones que se extienden transversalmente de las líneas 1, 2, 3 están indicadas mediante números de referencia, es decir que las tres secciones 5a, 5b y 5c de la línea 3, algunas secciones adicionales de la línea 3 por "5", una sección 5x de la línea 2 y una sección 5y de la línea l. En el caso más preferido, la instalación 12 mostrada en la figura 1 se localiza debajo del suelo de la vía de modo que la figura 1 muestra una vista superior sobre la instalación 12. Los rieles pueden extenderse de izquierda a derecha en la parte superior y la parte inferior en la figura 1, es decir, que la extensión transversal de las secciones lineales puede estar completamente dentro de los límites definidos por los rieles (véase también la figura 11).

Por ejemplo, en la forma que se muestra en la figura 6, las tres líneas 1, 2, 3 pueden estar conectadas a la fuente de corriente de CA trifásica. En el momento que se describe en la figura 1, una corriente positiva 11 está circulando a través de la línea 3. "Positiva" significa una fuente de corriente hacia la línea. Las tres líneas 1, 2, 3 están conectadas en el otro extremo de la instalación junto con un punto inicial común 4. En consecuencia, al menos una de las otras corrientes, aquí la corriente 12 a través de la línea 2 y la corriente 13 a través de la línea 1, son negativas. Hablando de forma general, la regla del punto inicial que se aplica significa que la suma de todas las corrientes que circulan hacia y desde el punto inicial es cero en cada punto en el tiempo. Las direcciones de las corrientes a través de bobinas 1, 2, 3 están indicadas por las flechas.

Las secciones de la línea 3 y las secciones correspondientes de las líneas 1, 2 que se extienden transversalmente a la dirección de desplazamiento preferentemente tienen el mismo ancho y son paralelas entre sí. Se prefiere aquí no cambiar la dirección a lo ancho entre las secciones que se extienden transversalmente de las tres líneas. Ese cambio se muestra en la figura 1 por el motivo de que cada sección y cada línea pueden ser identificadas.

Preferentemente, cada línea circula en la misma trayectoria similar a un serpentín a lo largo de la vía, donde las líneas se desvían en la dirección de desplazamiento en un tercio de la distancia entre las secciones consecutivas de la misma línea que se extiende transversalmente a la dirección de desplazamiento. Por ejemplo, como se muestra en la parte media de la figura 1, la distancia entre las secciones consecutivas 5 está indicada por dentro de las

7

5

15

25

35

45

55

65

regiones de esas secciones consecutivas 5, existen otras dos secciones que se extienden transversalmente a la dirección de desplazamiento, es decir, la sección 5x de la línea 2 y la sección 5 de la línea l. Este patrón de secciones consecutivas 5, 5x, 5y se repite a distancias regulares entre esas secciones en la dirección de desplazamiento.

La dirección correspondiente a la corriente que circula a través de las secciones se muestra en la región izquierda de la figura 1. Por ejemplo, la sección 5a transporta una corriente del primer lado A de la instalación 12 al lado opuesto B de la instalación. El lado A es un lado de la vía (como el lado derecho en la dirección de desplazamiento, cuando se ve desde un vehículo desplazándose) y el lado B es el lado opuesto (por ejemplo el lado izquierdo de la vía), si la instalación 12 está enterrada en el suelo bajo la vía, o hablando de forma más general, se extiende en el plano horizontal.

La sección consecutiva 5b en consecuencia transporta una corriente eléctrica al mismo tiempo que esté circulando desde el lado B hacia el lado A. La sección consecutiva 5c de la línea 3 está en consecuencia transportando una corriente del lado A al lado B. Todas esas corrientes tienen el mismo tamaño, ya que son transportadas por la misma línea al mismo tiempo. En otras palabras, las secciones que se extienden transversalmente están conectadas entre sí por secciones que se extienden en la dirección de desplazamiento.

Como resultado de esta instalación lineal en forma de serpentina, los campos magnéticos que son producidos por las secciones 5a, 5b, 5c,... de la línea 3 produce una hilera de polos magnéticos sucesivos de un campo electromagnético, donde los polos magnéticos sucesivos (los polos producidos por la sección 5a, 5b, 5c, ...) tienen polaridades magnéticas alternadas. Por ejemplo, la polaridad del polo magnético que es producida por la sección Sa puede corresponder en un punto específico en el tiempo a un dipolo magnético, para el cual el polo norte magnético está orientado hacia arriba y el polo sur magnético está orientado hacia abajo. Al mismo tiempo, la polaridad magnética del campo magnético que es producido por la sección 5b es orientada al mismo tiempo de tal manera que el dipolo magnético correspondiente se oriente con su polo sur hacia arriba y con su polo norte hacia abajo. El dipolo magnético correspondiente de la sección 5c se orienta de la misma manera que para la sección 5a y así sucesivamente. Lo mismo se aplica a las líneas 1 y 2.

Sin embargo, la presente invención también cubre el caso en el que únicamente existe solo una fase, en el que existen dos fases o en el que existen más de tres fases. Una instalación conductora que tiene una sola fase puede ser instalada con una línea 3 en la figura 1, pero en lugar del punto de partida 4, el extremo de la línea 3 (que está ubicado en el lado derecho de la figura 1) puede ser conectado a la fuente de energía (no mostrada en la figura 1) por una línea conectora (no mostrada en la figura 1) la cual se extiende a lo largo del carril. Una instalación de dos fases puede constar de las líneas 3 y 2, por ejemplo, pero la distancia entre las secciones que se extienden transversalmente de las dos líneas (o hablando de mayor a más general de todas las líneas) es preferentemente constante (es decir que la distancia entre una sección que se extiende transversalmente de la línea 3 a la sección que se extiende transversalmente más cercana de la línea 2 en dirección de desplazamiento y en la dirección opuesta – son iguales).

Está previsto que la figura 11 ilustre algunas dimensiones de la instalación conductora, por ejemplo, la instalación conductora mostrada en la figura 1. Únicamente las partes de las tres líneas 111, 112, 113 se muestran en la figura 11 y las conexiones entre sí (por ejemplo a través del punto inicial 4 de la figura 1) y al suministro de energía son omitidos.

Las líneas similares al serpentín 111, 112, 113 se localizan entre los dos rieles 116a, 116b de la vía para vehículos ferroviarios (como trenes regionales o locales, como un tranvía). La expresión "entre" se relaciona con la vista desde arriba mostrada en la figura 11, por ejemplo, las líneas 111, 112, 113 pueden localizarse por debajo del nivel de los rieles 116.

Cada una de las líneas 111, 112, 113 comprende secciones lineales que se extienden transversalmente a la dirección de la vía, es decir, la dirección longitudinal de los rieles 116. Esas secciones que se extienden transversalmente están conectadas a las secciones que se extienden transversalmente consecutivas de la misma línea a través de secciones que se extienden longitudinalmente, las cuales se extienden en la dirección longitudinal de los rieles. Las secciones que se extienden transversal y linealmente tienen una longitud LB que es preferentemente al menos tan grande como la mitad de la distancia RB entre dos rieles. Por ejemplo, la distancia RB puede ser de 1 m y la longitud de las secciones que se extienden transversalmente puede ser de 50 cm o en el intervalo de 50 a 75 cm.

Las secciones que se extienden transversalmente y las secciones que se extienden longitudinalmente de la misma línea están conectadas entre sí por secciones curvas. La curvatura corresponde, por ejemplo, a la curvatura de un círculo que tiene radio de 150 mm.

La figura 11 también muestra esquemáticamente un área sombreada 118 que está cubierta por una bobina del dispositivo receptor de un vehículo que se desplaza sobre los rieles 116. El ancho de la bobina es igual a longitud de las secciones que se extienden transversalmente de las líneas. Sin embargo, en la práctica, se prefiere que este

8

imagen6

5

15

25

35

45

55

65

figura 5 “2 TP” indica que la figura 5 muestra un segmento en la línea de la instalación 12, cuya longitud es igual a dos veces la distancia entre secciones que se extienden transversalmente consecutivas de la línea, aquí la línea 1.

La instalación mostrada en la figura 6 comprende una instalación conductora 103, 104, 105, que puede ser la instalación conductora 12 según la figura 1. Para mostrar sus propiedades eléctricas, se usan símbolos de circuito equivalentes en la figura 6. El sistema de tres fases 103, 104, 105 transporta corrientes de fase 11, 12, 13, en las fases 1, 2, 3. Las inductividades inherentes de las fases 1, 2, 3 están indicadas por Lp1, Lp2, Lp3, las cuales producen el campo electromagnético para transferir energía a cualquier vehículo sobre la vía. Sin embargo, las líneas 1, 2, 3 también comprenden inductividades de fuga Ls1, Ls2, Ls3, de acuerdo a lo indicado en el bloque 104 en la figura 6. La impedancia de esas inductividades de fuga indeseadas es compensada por las capacidades Ck1, Ck2, Ck3 en las líneas 1, 2, 3 como se muestra en el bloque 103.

La energía eléctrica que es usada para producir los campos electromagnéticos en las líneas 1, 2, 3 es generada por una fuente de voltaje trifásica 101. Las fuentes de fase para las fases están indicadas por V1, V2, V3 en el bloque

101. Los voltajes producidos en las líneas 1, 2, 3 son indicadas mediante U1, U2, U3. La fuente de voltaje es conectada a la entrada de la fuente de corriente constante 2. Una salida de esta fuente 102 se conecta a las capacidades en el bloque 103. En la salida de la fuente 102 se generan las corrientes 11, 13, 13. Esas corrientes: son constantes con el tiempo, independientemente de la energía que es transferida de las líneas 1, 2, 3 a cualquier vehículo sobre la vía. En el lado de entrada de la fuente de corriente constante 102, la fuente 102 comprende en cada línea 1, 2, 3 una inductividad de entrada L1a, L2a, L3a. En el lado de salida de la fuente 102, cada línea 1, 2, 3 comprende una inductividad de salida L1b, L2b, L3b. Entre las inductividades de entrada y salida, cada línea 1, 2, 3 está conectada a un punto inicial común 61 vía una capacidad C1, C2, C3.

La figura 7 muestra un diagrama de circuitos de una instalación que puede encontrarse en un vehículo que se está desplazando sobre la vía. La instalación comprende un dispositivo receptor trifásico para recibir el campo electromagnético de la vía y para producir energía eléctrica a partir del mismo. El dispositivo receptor comprende una bobina o una instalación de bobinas para cada fase la, 2a, 3a, donde las bobinas: son indicadas mediante L71, L72, L73 (bloque 201). En la realización mostrada, las fases la, 2a, 3a, están conectadas juntas a un punto de inicio común 71. Las inductividades de fuga (no mostradas por separado en la figura 7) de las fases la, 2a, 3a, son compensadas por las capacidades de C71, C72, C73 como se muestra en el bloque 202.

El lado de salida del dispositivo receptor 201, 202, donde se muestran las corrientes de fase Is1a, Is2a, Is3a, en la figura 7 se conecta a un convertidor de CA/CD (corriente alterna/corriente directa) 203. El lado de CD del convertidor 203 se conecta a las líneas 76a, 76b de un circuito intermedio. Las líneas 76a, 76b se conectan entre sí a través de una capacidad uniforme C7d como es indicado por "204". La carga eléctrica, que puede ser proporcionada con la energía dentro del vehículo' se indica por una resistencia RL a "205" la cual puede ser conectada a las líneas 76a, 76b del circuito intermedio. "Ud" indica que la carga RL puede provocar una caída de voltaje, donde Ud es el voltaje en el circuito intermedio por ejemplo.

La figura 8 muestra una vía 83 (aquí una vía ferroviaria que tiene dos rieles) que es ocupada por un vehículo vinculado a una vía 81, como un tren de transporte público regional o un tranvía.

La instalación mostrada comprende una instalación conductora eléctrica para producir un campo electromagnético, transfiriendo por lo tanto energía al vehículo sobre la vía. La instalación conductora 89 se muestra esquemáticamente. Por ejemplo, la instalación conductora puede ser designada como se muestra en la figura 1. La instalación conductora 89 (y esto se aplica a otras instalaciones, no únicamente al ejemplo mostrado en la figura 8) puede localizarse por debajo y por encima del suelo. En el caso particular de vías que tengan dos rieles sobre las cuales puedan girar las ruedas de vehículos ferroviarios, la instalación conductora puede localizarse encima del suelo entre los rieles a nivel de la vía, o parcialmente encima. Del suelo, pero debajo de los durmientes de la vía. Si los durmientes de la vía están hechos de concreto por ejemplo, los durmientes o la otra construcción para sujetar: los rieles pueden comprender orificios y/o cavidades a través de las cuales la línea o líneas de la instalación conductora se extienden. Por lo tanto, la construcción de la vía puede ser usada para sujetar las líneas en la forma de serpentina deseada.

El vehículo vinculado a la vía 81 comprende en su lado inferior un dispositivo receptor 85 para recibir al campo electromagnético que es producido por la instalación conductora 89. El dispositivo receptor 85 es conectado eléctricamente a una red eléctrica abordo 86, de modo que la energía eléctrica que sea inducida en el dispositivo receptor 85 pueda ser distribuida dentro del vehículo 81. Por ejemplo, dispositivos auxiliares 90 y unidades de impulso 80, 84 para accionar motores de impulso (no mostrados) en bogies 780a, 780b que tienen ruedas 88a, 88b, 88c, 88d pueden conectarse a la red de distribución 86. Además, el almacén de energía 82, como un almacén de energía electromecánica o una instalación de capacitares, como los supercapacitores, también pueden conectarse a la red de distribución. De este modo, el almacén de energía 82 puede ser cargado mediante la energía recibida por el dispositivo receptor, en particular durante paradas del vehículo 81 sobre la vía. Cuando el vehículo 81 se esté moviendo sobre la vía una parte de la energía de impulso que es necesaria para mover el vehículo 81 puede ser consumida del almacén de energía 82 y al mismo tiempo la energía, que sea recibida por el dispositivo receptor puede contribuir al impulso, es decir que puede ser parte de la energía de impulso.

10

imagen7

Claims (1)

1. imagen1

   imagen2