ES2826948T3 - Device to receive electrical energy wirelessly - Google Patents
Device to receive electrical energy wirelessly Download PDFInfo
- Publication number
- ES2826948T3 ES2826948T3 ES17203473T ES17203473T ES2826948T3 ES 2826948 T3 ES2826948 T3 ES 2826948T3 ES 17203473 T ES17203473 T ES 17203473T ES 17203473 T ES17203473 T ES 17203473T ES 2826948 T3 ES2826948 T3 ES 2826948T3
- Authority
- ES
- Spain
- Prior art keywords
- loop
- receiver
- receiver loop
- capacitor
- electrical energy
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B61—RAILWAYS
- B61L—GUIDING RAILWAY TRAFFIC; ENSURING THE SAFETY OF RAILWAY TRAFFIC
- B61L3/00—Devices along the route for controlling devices on the vehicle or vehicle train, e.g. to release brake, to operate a warning signal
- B61L3/02—Devices along the route for controlling devices on the vehicle or vehicle train, e.g. to release brake, to operate a warning signal at selected places along the route, e.g. intermittent control simultaneous mechanical and electrical control
- B61L3/08—Devices along the route for controlling devices on the vehicle or vehicle train, e.g. to release brake, to operate a warning signal at selected places along the route, e.g. intermittent control simultaneous mechanical and electrical control controlling electrically
- B61L3/12—Devices along the route for controlling devices on the vehicle or vehicle train, e.g. to release brake, to operate a warning signal at selected places along the route, e.g. intermittent control simultaneous mechanical and electrical control controlling electrically using magnetic or electrostatic induction; using radio waves
Abstract
Un dispositivo para recibir de forma inalámbrica energía eléctrica a transferir desde una fuente (2) de corriente alterna por acoplamiento electromagnético por medio de un bucle transmisor (3) conductor de la electricidad conectado a esta fuente, comprendiendo dicho dispositivo - al menos un bucle receptor (4, 20, 21) conductor de la electricidad configurado para recibir energía eléctrica desde dicha fuente en forma de corriente inducida en el mismo por medio de un acoplamiento electromagnético cuando se coloca cerca de dicho bucle transmisor conductor de la electricidad, - al menos un condensador (5, 24, 25) conectado dentro de dicho bucle receptor (4, 20, 21) para ser cargado con energía eléctrica por medio de dicha corriente inducida en el bucle receptor, - un sistema (9) configurado para permitir que una parte de la corriente inducida en dicho bucle receptor fluya sólo en una dirección hasta el condensador para cargar el condensador y no fluya en dirección opuesta y descargue el condensador, y - una capacitancia (12) conectada al bucle receptor para sintonizar este a una frecuencia determinada, caracterizado por que dicho al menos un condensador (5, 24, 25) está conectado dentro del bucle receptor al tener polos opuestos del mismo directamente conectados al bucle receptor (4, 20, 21) en una primera posición (8) a lo largo del mismo, por que dicho sistema comprende al menos un miembro rectificador (10, 22, 23) conectado dentro del bucle receptor en una segunda posición (11) a lo largo del mismo espaciado con respecto a dicha primera posición y configurado para permitir que una parte rectificada de la corriente inducida en el bucle receptor fluya sólo en una dirección a través del mismo, y por que dicha capacitancia (12) está conectada dentro del bucle receptor en dicha segunda posición (11).A device for wirelessly receiving electrical energy to be transferred from a source (2) of alternating current by electromagnetic coupling by means of an electrically conductive transmitter loop (3) connected to this source, said device comprising - at least one receiver loop (4, 20, 21) electrically conductive configured to receive electrical energy from said source in the form of an induced current therein by means of an electromagnetic coupling when placed near said electrically conductive transmitter loop, - at least one capacitor (5, 24, 25) connected within said receiver loop (4, 20, 21) to be charged with electrical energy by means of said induced current in the receiver loop, - a system (9) configured to allow a part of the induced current in said receiver loop flows only in one direction to the capacitor to charge the capacitor and does not flow in the opposite direction and discharge the co ncapacitor, and - a capacitance (12) connected to the receiver loop to tune it to a certain frequency, characterized in that said at least one capacitor (5, 24, 25) is connected inside the receiver loop by having opposite poles of it directly connected to the receiver loop (4, 20, 21) in a first position (8) therealong, because said system comprises at least one rectifier member (10, 22, 23) connected within the receiver loop in a second position ( 11) along the same spacing with respect to said first position and configured to allow a rectified part of the induced current in the receiver loop to flow only in one direction through it, and because said capacitance (12) is connected within the receiver loop in said second position (11).
Description
DESCRIPCIÓNDESCRIPTION
Dispositivo para recibir energía eléctrica de forma inalámbricaDevice to receive electrical energy wirelessly
Campo técnico de la invenciónTechnical field of the invention
La presente invención está relacionada con un dispositivo para recibir de forma inalámbrica energía eléctrica a transferir desde una fuente de corriente alterna por acoplamiento electromagnético por medio de un bucle transmisor conductor de la electricidad conectado a esta fuente, comprendiendo dicho dispositivo al menos un bucle receptor conductor de la electricidad configurado para recibir energía eléctrica desde dicha fuente en forma de corriente inducida en el mismo por medio de acoplamiento electromagnético cuando se coloca cerca de dicho bucle transmisor conductor de la electricidad, al menos un condensador conectado dentro de dicho bucle receptor para ser cargado con energía eléctrica por medio de dicha corriente inducida en el bucle receptor, un sistema configurado para permitir que una parte de la corriente inducida en dicho bucle receptor fluya sólo en una dirección hasta el condensador para cargar el condensador y no fluya en dirección opuesta y descargue el condensador, y una capacitancia conectada al bucle receptor para sintonizar este a una frecuencia determinada.The present invention relates to a device for wirelessly receiving electrical energy to be transferred from an alternating current source by electromagnetic coupling by means of an electrically conductive transmitter loop connected to this source, said device comprising at least one conductive receiver loop of electricity configured to receive electrical energy from said source in the form of current induced therein by means of electromagnetic coupling when placed near said electrically conductive transmitter loop, at least one capacitor connected within said receiver loop to be charged with electrical energy by means of said induced current in the receiver loop, a system configured to allow a part of the induced current in said receiver loop to flow only in one direction to the capacitor to charge the capacitor and not flow in the opposite direction and discharge the capacitor, yu A capacitance connected to the receiver loop to tune it to a certain frequency.
Un dispositivo de este tipo se puede utilizar en cualquier tipo de equipo que se quiera alimentar de forma inalámbrica con energía eléctrica, es decir, que se quiera energizar mediante la así llamada telealimentación. Un equipo de este tipo en forma de baliza para ser dispuesta entre dos carriles de una vía de ferrocarril para transmitir datos por medio de antenas montadas debajo de los vehículos ferroviarios que pasan por la baliza es sólo un ejemplo de este tipo de equipo.A device of this type can be used in any type of equipment that wants to be supplied wirelessly with electrical energy, that is, that wants to be energized by so-called remote powering. Such equipment in the form of a beacon to be arranged between two rails of a railway track to transmit data by means of antennas mounted underneath railway vehicles passing through the beacon is just one example of this type of equipment.
La aplicación particular de la invención en una baliza se expondrá a continuación para ilustrar la invención y los problemas a resolver por ella sin restringir por ello la invención a la misma.The particular application of the invention in a beacon will be set forth below to illustrate the invention and the problems to be solved by it without thereby restricting the invention thereto.
Los ferrocarriles utilizan balizas para enviar información desde la vía a los trenes que pasan. Hay muchas formas de hacer esto, y un método para esto se puede encontrar en el ERTMS estándar, European Rail Traffic Management System. El enlace de la baliza se basa en acoplamiento electromagnético, es decir, la baliza situada en el suelo y la antena ATP (Protección Automática del Tren) situada en el tren constituyen un transformador de aire siempre que la antena esté situada encima (o muy cerca) de la baliza. El enlace es bidireccional y las frecuencias utilizadas son de onda corta de radio. El enlace descendente se utiliza para transmitir energía a la baliza, que en consecuencia es recibida por el dispositivo definido en la introducción. El enlace ascendente se utiliza para transmitir datos al tren, y el transmisor de dicho enlace ascendente es alimentado por la energía eléctrica recibida por dicho dispositivo. El documento AU 2013206087 B2 es un documento que describe la telealimentación de una baliza en general.Railways use beacons to send information from the track to passing trains. There are many ways to do this, and a method for this can be found in the standard ERTMS, European Rail Traffic Management System. The link of the beacon is based on electromagnetic coupling, that is, the beacon located on the ground and the ATP (Automatic Train Protection) antenna located on the train constitute an air transformer as long as the antenna is located above (or very close to ) of the beacon. The link is bidirectional and the frequencies used are short wave radio. The downlink is used to transmit energy to the beacon, which is consequently received by the device defined in the introduction. The uplink is used to transmit data to the train, and the transmitter of said uplink is powered by the electrical energy received by said device. Document AU 2013206087 B2 is a document that describes the remote powering of a beacon in general.
Dado que la distancia de contacto entre una baliza de tamaño estándar situada en el suelo y la antena ATP situada en el tren es de aproximadamente 1 m, esto significa que la duración del contacto depende en gran medida de la velocidad. Los trenes modernos pueden viajar a 100 m/s, lo que significa que necesitan 10 ms para moverse 1 m. Esto significa que el tiempo permitido para que la baliza sea telealimentada por el tren y para que la baliza envíe su telegrama ATP resulta ser de aproximadamente 10 ms. Esto es un desafío técnico. A las empresas de vías férreas les gustaría tener balizas más pequeñas y al mismo tiempo permitir mayores velocidades de los trenes en sus vías, lo que significa que el tiempo de contacto para dicha telealimentación se irá reduciendo hasta niveles que requieran mejoras en la eficiencia de las balizas para satisfacer estas exigencias.Since the contact distance between a standard size beacon located on the ground and the ATP antenna located on the train is approximately 1 m, this means that the duration of contact is highly dependent on speed. Modern trains can travel at 100 m / s, which means they need 10 ms to move 1 m. This means that the time allowed for the beacon to be remotely powered by the train and for the beacon to send its ATP telegram turns out to be approximately 10 ms. This is a technical challenge. Railroad companies would like to have smaller beacons and at the same time allow higher train speeds on their tracks, which means that the contact time for such remote powering will be reduced to levels that require improvements in the efficiency of the railways. beacons to meet these demands.
Antecedentes de la técnicaBackground of the technique
La Figura 1 ilustra esquemáticamente la estructura de un dispositivo conocido del tipo definido en la introducción tal como se utiliza en una baliza. El número 100 ilustra una fuente de corriente alterna dispuesta a bordo de un vehículo ferroviario. Esta fuente genera una corriente alterna en un bucle transmisor 101 conductor de la electricidad situado a bordo del vehículo. Cuando este bucle transmisor 101 pasa por encima de un bucle receptor 102 conductor de la electricidad situado en dicha baliza, la corriente alterna en el bucle transmisor 101 generará por medio de acoplamiento electromagnético una corriente en el bucle receptor. El bucle transmisor 101 y el bucle receptor 102 no tienen que tener la misma forma y tamaño para obtener esto. La corriente inducida en el bucle receptor 102 se rectifica mediante el uso de un puente de diodos 103-106, que forma un sistema configurado para permitir que una parte rectificada de la corriente inducida en el bucle receptor fluya sólo en una dirección hasta un condensador 107 conectado al bucle receptor para que sea cargado con energía eléctrica por medio de la corriente inducida en el bucle receptor. La carga (tensión de CC) a través del condensador 107 se puede utilizar a continuación para alimentar a otros dispositivos eléctricos, como por ejemplo un microprocesador. Además, una capacitancia en forma de condensador 108 está conectada al bucle receptor para sintonizar este a la frecuencia de los transmisores de los vehículos ferroviarios que pasan por la baliza.Figure 1 schematically illustrates the structure of a known device of the type defined in the introduction as used in a beacon. The number 100 illustrates an alternating current source arranged on board a rail vehicle. This source generates an alternating current in an electrically conductive transmitter loop 101 located on board the vehicle. When this transmitter loop 101 passes over an electrically conductive receiver loop 102 located in said beacon, the alternating current in the transmitter loop 101 will generate by means of electromagnetic coupling a current in the receiver loop. The transmit loop 101 and the receive loop 102 do not have to be the same shape and size to achieve this. The induced current in the receiver loop 102 is rectified through the use of a diode bridge 103-106, which forms a system configured to allow a rectified portion of the induced current in the receiver loop to flow only in one direction to a capacitor 107 connected to the receiver loop so that it is charged with electrical energy by means of the induced current in the receiver loop. The load (DC voltage) across capacitor 107 can then be used to power other electrical devices, such as a microprocessor. Furthermore, a capacitance in the form of a capacitor 108 is connected to the receiver loop to tune it to the frequency of the transmitters of the rail vehicles that pass the beacon.
Una vez que se inicia la telealimentación por acoplamiento electromagnético, el tiempo que se tarda en cargar el condensador 107 hasta un nivel de tensión determinado decide el momento en el que un transmisor situado en la baliza puede enviar su telegrama ATP a las antenas de los vehículos ferroviarios que pasan. Entonces esto también decide a qué velocidad puede pasar un tren por la baliza y seguir recibiendo dicho telegrama con información importante procedente de la misma. Por consiguiente, es un deseo poder acortar el tiempo de carga de dicho condensador para permitir mayores velocidades de los trenes y/o balizas más pequeñas con respecto a las balizas provistas de un dispositivo conocido mostrado en la Figura 1.Once the remote power supply by electromagnetic coupling starts, the time it takes to charge the capacitor 107 to a certain voltage level decides when a transmitter located on the beacon can send its ATP telegram to the vehicle antennas. passing railroad. This then also decides at what speed a train can pass through the beacon and still receive said telegram with important information from it. Therefore, it is my wish to be able to shorten the charging time of said condenser to allow higher speeds of trains and / or smaller beacons with respect to beacons provided with a known device shown in Figure 1.
Un dispositivo de este tipo se conoce a través del documento EP 0242906 A1.Such a device is known from EP 0242906 A1.
Compendio de la invenciónCompendium of the invention
La presente invención está definida por los rasgos de las reivindicaciones independientes.The present invention is defined by the features of the independent claims.
El objeto de la presente invención es proporcionar un dispositivo del tipo definido en la introducción que se mejora con respecto al dispositivo ya conocido mediante un tiempo de respuesta reducido con respecto al del dispositivo conocido.The object of the present invention is to provide a device of the type defined in the introduction which is improved with respect to the already known device by means of a reduced response time with respect to that of the known device.
De acuerdo con la invención este objeto se obtiene dotando a dicho dispositivo de los rasgos enumerados en la parte caracterizadora de la reivindicación de patente 1 adjunta.According to the invention, this object is obtained by providing said device with the features listed in the characterizing part of the attached patent claim 1.
Por consiguiente, dicho condensador está conectado dentro del bucle receptor al tener polos opuestos del mismo conectados directamente al bucle receptor en una primera posición a lo largo del mismo, y el sistema comprende al menos un miembro rectificador, como por ejemplo un diodo rectificador, conectado dentro del bucle receptor en una segunda posición a lo largo del mismo espaciada con respecto a la primera posición y configurada para permitir que una parte rectificada de la corriente inducida en el bucle receptor fluya sólo en una dirección a través del mismo. Además, la capacitancia para dicha sintonización está conectada dentro del bucle receptor en dicha segunda posición.Consequently, said capacitor is connected within the receiver loop by having opposite poles thereof directly connected to the receiver loop in a first position along it, and the system comprises at least one rectifier member, such as a rectifier diode, connected within the receiver loop at a second position along it spaced from the first position and configured to allow a rectified portion of the induced current in the receiver loop to flow only in one direction therethrough. Furthermore, the capacitance for said tuning is connected inside the receiver loop at said second position.
La tensión a través de dicho condensador será mayor que en el dispositivo conocido en el que será una caída de tensión a través de cada diodo, ya que el puente de diodos ha sido reemplazado por dicho miembro rectificador conectado dentro del bucle receptor. Esto significa que el tiempo que se tardará en cargar el condensador hasta un nivel predeterminado se acortará, de modo que en el caso del dispositivo utilizado en una baliza, un transmisor en la baliza alimentado por el condensador podrá enviar antes un mensaje al tren que pasa, permitiendo que este pase por la baliza con una velocidad mayor que en una baliza provista de un dispositivo conocido. De esta manera, un dispositivo de acuerdo con la invención acortará el tiempo crítico de activación de la baliza.The voltage across said capacitor will be higher than in the known device in which there will be a voltage drop across each diode, since the diode bridge has been replaced by said rectifier member connected within the receiver loop. This means that the time it will take to charge the capacitor to a predetermined level will be shortened, so that in the case of the device used in a beacon, a transmitter in the beacon powered by the capacitor will be able to send a message to the passing train sooner. , allowing it to pass through the beacon with a higher speed than in a beacon fitted with a known device. In this way, a device according to the invention will shorten the critical activation time of the beacon.
De acuerdo con una realización de la invención, dichas posiciones primera y segunda están en posiciones opuestas a lo largo de dicho bucle receptor, lo que significa que el miembro rectificador y la capacitancia de sintonización están dispuestos en un lado del bucle receptor y el condensador a cargar en el lado opuesto, lo que mantiene al dispositivo receptor equilibrado y menos sensible a capacitancias parásitas que un dispositivo receptor no equilibrado.According to an embodiment of the invention, said first and second positions are in opposite positions along said receiver loop, which means that the rectifier member and the tuning capacitance are arranged on one side of the receiver loop and the capacitor a charging on the opposite side, which keeps the receiving device balanced and less sensitive to stray capacitances than an unbalanced receiving device.
De acuerdo con otra realización de la invención, dicha capacitancia de sintonización está conectada en paralelo a dicho miembro rectificador, y el miembro rectificador es, de acuerdo con otra realización, preferiblemente un diodo rectificador. La capacitancia de sintonización puede estar formada entonces por la capacitancia inherente del diodo o puede ser proporcionada por un condensador conectado en paralelo al diodo.According to another embodiment of the invention, said tuning capacitance is connected in parallel to said rectifier member, and the rectifier member is, according to another embodiment, preferably a rectifier diode. The tuning capacitance can then be formed by the inherent capacitance of the diode or it can be provided by a capacitor connected in parallel to the diode.
De acuerdo con otra realización de la invención, la forma general y el tamaño del bucle receptor definido por las partes del bucle receptor entre dichas posiciones primera y segunda son sustancialmente idénticos a la forma y tamaño de dicho bucle transmisor conductor de la electricidad desde el cual está configurado para recibir energía eléctrica el bucle receptor, lo que puede incrementar la eficiencia de la telealimentación por acoplamiento electromagnético, y entonces es ventajoso que la forma general del bucle receptor sea simétrica con el miembro rectificador y el condensador a cargar en lados opuestos.According to another embodiment of the invention, the general shape and size of the receiver loop defined by the parts of the receiver loop between said first and second positions are substantially identical to the shape and size of said electrically conductive transmitter loop from which the receiver loop is configured to receive electrical energy, which can increase the efficiency of the remote power supply by electromagnetic coupling, and then it is advantageous that the general shape of the receiver loop is symmetrical with the rectifier member and the capacitor to be charged on opposite sides.
De acuerdo con otra realización de la invención, el dispositivo comprende una pluralidad de dichos bucles receptores conductores de la electricidad superpuestos, y un miembro rectificador conectado dentro de un bucle receptor individual está configurado para permitir que la corriente inducida en ese bucle receptor fluya sólo en la dirección a través del mismo opuesta con respecto a lo que está configurado para permitir un miembro rectificador situado en un bucle receptor vecino. Esto significa que uno de cada dos bucles receptores estará activo y cargando el condensador en cuestión durante un semiperíodo de la corriente alterna de dicha fuente, y que los bucles receptores vecinos estarán activos en ese sentido durante el otro semiperíodo de la corriente alterna, de modo que los condensadores estén cargados todo el tiempo y una fuente de CC formada por dichos condensadores será más eficiente que en el caso de un único bucle receptor, ya que las pérdidas con respecto a la energía de la red serán menores que para un dispositivo que sólo tenga un bucle receptor. Además, las corrientes en bucles receptores adyacentes estarán desfasadas, lo que significa que los armónicos en las corrientes inducidas también estarán desfasados y se contrarrestarán entre sí. Esto significa que los armónicos en las corrientes inducidas se reducen enormemente, lo cual es una propiedad muy deseable.According to another embodiment of the invention, the device comprises a plurality of said superimposed electrically conductive receiver loops, and a rectifier member connected within a single receiver loop is configured to allow the induced current in that receiver loop to flow only in the direction therethrough opposite to what is configured to allow a rectifier member located in a neighboring receiver loop. This means that one of every two receiver loops will be active and charging the capacitor in question during a half-period of the alternating current of said source, and that the neighboring receiver loops will be active in that sense during the other half-period of the alternating current, so that the capacitors are charged all the time and a DC source made up of these capacitors will be more efficient than in the case of a single receiver loop, since the losses with respect to the power of the network will be less than for a device that only have a receiving loop. Also, the currents in adjacent receiver loops will be out of phase, which means that the harmonics in the induced currents will also be out of phase and counteract each other. This means that the harmonics in the eddy currents are greatly reduced, which is a very desirable property.
De acuerdo con otra realización de la invención, todos los dichos al menos un condensador de los bucles receptores están interconectados para formar juntos un conjunto que almacena energía eléctrica, lo que en consecuencia produce como resultado una fuente de CC eficiente para ser utilizada por equipos en los que está integrado el dispositivo de acuerdo con la invención. According to another embodiment of the invention, all said at least one capacitor of the receiver loops are interconnected to form together an assembly that stores electrical energy, which consequently results in an efficient DC source to be used by equipment in which the device according to the invention is integrated.
De acuerdo con otra realización de la invención, dichos condensadores interconectados están conectados en paralelo entre sí.According to another embodiment of the invention, said interconnected capacitors are connected in parallel with each other.
De acuerdo con otra realización de la invención, dichos condensadores interconectados están conectados en serie para proporcionar una tensión de dicho conjunto formado por una suma de las tensiones a través de todos los citados condensadores. La forma elegida de interconectar dichos condensadores dependerá del tipo de carga a conectar a los mismos. Se puede seleccionar una conexión en serie cuando existe necesidad de generar grandes tensiones, y una conexión en paralelo cuando son de mayor importancia corrientes grandes.According to another embodiment of the invention, said interconnected capacitors are connected in series to provide a voltage of said set formed by a sum of the voltages across all said capacitors. The chosen way to interconnect said capacitors will depend on the type of load to be connected to them. A series connection can be selected when there is a need to generate large voltages, and a parallel connection when large currents are of greater importance.
De acuerdo con otra realización de la invención, el número de bucles receptores es par, lo que produce como resultado un óptimo de la reducción de armónicos creados en el dispositivo.According to another embodiment of the invention, the number of receiver loops is even, which results in an optimal reduction of harmonics created in the device.
La invención también está relacionada con una baliza de acuerdo con el preámbulo de la reivindicación adjunta dirigida a la misma y que comprende un dispositivo de acuerdo con la presente invención para recibir de forma inalámbrica energía eléctrica desde un transmisor en una antena de un vehículo ferroviario. Las ventajas de proporcionar una baliza con un dispositivo de acuerdo con la presente invención resultan claramente evidentes a partir de la descripción anterior del dispositivo de acuerdo con la invención y las realizaciones de la misma.The invention also relates to a beacon according to the preamble of the appended claim directed thereto and comprising a device according to the present invention for wirelessly receiving electrical energy from a transmitter in an antenna of a railway vehicle. The advantages of providing a beacon with a device according to the present invention are clearly apparent from the above description of the device according to the invention and the embodiments thereof.
Ventajas y rasgos ventajosos adicionales de la invención resultarán evidentes a partir de la descripción proporcionada más adelante.Additional advantages and advantageous features of the invention will be apparent from the description provided below.
Breve descripción de los dibujosBrief description of the drawings
Con referencia a los dibujos adjuntos, se proporciona a continuación una descripción específica de realizaciones de la invención citadas como ejemplos.With reference to the accompanying drawings, a specific description of exemplary embodiments of the invention is provided below.
En los dibujos:In the drawings:
La Figura 1 es una vista simplificada que ilustra muy esquemáticamente la estructura de un dispositivo conocido del tipo al que pertenece la presente invención,Figure 1 is a simplified view that illustrates very schematically the structure of a known device of the type to which the present invention belongs,
Las Figuras 2-4 son vistas correspondientes a la Figura 1 de dispositivos de acuerdo con una primera, una segunda y una tercera, respectivamente, realización de la invención, yFigures 2-4 are views corresponding to Figure 1 of devices according to a first, a second and a third, respectively, embodiment of the invention, and
La Figura 5 es una gráfica que muestra la tensión de CC a través del condensador cargado frente al tiempo obtenida por acoplamiento electromagnético para los dispositivos mostrados en las Figuras 1,2 y 3.Figure 5 is a graph showing the DC voltage across the charged capacitor versus time obtained by electromagnetic coupling for the devices shown in Figures 1, 2 and 3.
Descripción detallada de realizaciones de la invenciónDetailed description of embodiments of the invention
En la Figura 2 se muestra un dispositivo 1 para recibir de forma inalámbrica energía eléctrica a transferir desde una fuente 2 de corriente alterna por acoplamiento electromagnético por medio de un bucle transmisor 3 conductor de la electricidad. Este dispositivo tiene un bucle receptor 4 conductor de la electricidad configurado para recibir energía eléctrica desde dicha fuente 2 en forma de corriente inducida en el mismo por medio de acoplamiento electromagnético cuando se coloca cerca de dicho bucle transmisor 3 conductor de la electricidad. Un condensador 5 está conectado dentro del bucle receptor al tener polos opuestos 6, 7 del mismo conectados directamente al bucle receptor en una primera posición 8 a lo largo del mismo. Un sistema 9, configurado para permitir que una parte rectificada de la corriente inducida en el bucle receptor fluya sólo en una dirección hacia el condensador 5 para cargar el condensador y no fluya en dirección opuesta, lo que descargaría el condensador, está formada por un diodo 10. Este diodo está conectado dentro del bucle receptor en una segunda posición 11 a lo largo del mismo espaciada con respecto a la primera posición. Una capacitancia en forma de condensador 12 está conectada dentro del bucle receptor en paralelo con el diodo 10 en dicha segunda posición para sintonizar el bucle receptor a una frecuencia determinada.In Figure 2 there is shown a device 1 for wirelessly receiving electrical energy to be transferred from an alternating current source 2 by electromagnetic coupling by means of an electrically conductive transmitter loop 3. This device has an electrically conductive receiver loop 4 configured to receive electrical energy from said source 2 in the form of an induced current therein by means of electromagnetic coupling when placed near said electrically conductive transmitter loop 3. A capacitor 5 is connected within the receiver loop by having opposite poles 6, 7 thereof directly connected to the receiver loop at a first position 8 along it. A system 9, configured to allow a rectified part of the induced current in the receiver loop to flow only in one direction towards the capacitor 5 to charge the capacitor and not flow in the opposite direction, which would discharge the capacitor, is formed by a diode 10. This diode is connected within the receiver loop at a second position 11 along the same spaced from the first position. A capacitor in the form of a capacitor 12 is connected within the receiver loop in parallel with the diode 10 in said second position to tune the receiver loop to a certain frequency.
El puente de diodos en el dispositivo conocido mostrado en la Figura 1 ha sido sustituido aquí por un único diodo 10. Esto significa que la tensión a través del condensador cargado será mayor, ya que, por ejemplo, en el caso de una tensión a través de él de 4 V, la tensión a través del condensador del dispositivo de la Figura 1 sólo sería de aproximadamente 3 V debido a una caída de tensión del orden de 0,2-0,5 V a través de cada diodo. Esta mayor tensión acorta el tiempo de carga necesario para alcanzar un nivel de tensión predeterminado, como por ejemplo 3 V, del condensador, para permitir que se pueda utilizar este como fuente para alimentar por ejemplo a un microprocesador. Sin embargo, la carga de un condensador sólo tendrá lugar en uno de cada dos semiperíodos de la corriente inducida, lo que alarga el tiempo de carga. Al mover el diodo 10 y el condensador de sintonización 12 a un lado opuesto del bucle receptor 4, el dispositivo receptor se mantendrá equilibrado y menos sensible a las capacitancias parásitas. Además, la eliminación del puente de diodos significa que, para un tamaño determinado del dispositivo, el bucle receptor 4 se puede hacer más grande, dando como resultado una transferencia más eficiente de energía y datos mientras interactúa con el bucle transmisor 3, o el dispositivo se puede hacer más pequeño sin por ello hacer que el bucle receptor sea más pequeño. De esta manera, en el caso de una baliza provista de dicho dispositivo, la baliza se puede hacer más pequeña y la capacidad de la misma todavía se puede mantener con respecto a la eficiencia de transferencia y se puede mejorar con respecto al tiempo de inicio de dicha transferencia de datos.The diode bridge in the known device shown in Figure 1 has been replaced here by a single diode 10. This means that the voltage across the charged capacitor will be higher, since, for example, in the case of a voltage across of it 4 V, the voltage across the capacitor of the device of Figure 1 would only be about 3 V due to a voltage drop of the order of 0.2-0.5 V across each diode. This higher voltage shortens the charging time required to reach a predetermined voltage level, such as 3 V, of the capacitor, to allow it to be used as a source to power, for example, a microprocessor. However, the charging of a capacitor will only take place in one out of every two half-periods of the induced current, which lengthens the charging time. By moving diode 10 and tuning capacitor 12 to an opposite side of receiving loop 4, the receiving device will remain balanced and less sensitive to stray capacitances. Furthermore, the elimination of the diode bridge means that, for a given device size, the receiver loop 4 can be made larger, resulting in a more efficient transfer of power and data while interacting with the transmitter loop 3, or the device. it can be made smaller without making the receiver loop smaller. In this way, in the case of a beacon provided with such a device, the beacon can be made smaller and the capacity of the beacon can still be maintained with regarding transfer efficiency and can be improved with regard to the start time of such data transfer.
En la Figura 3 se muestra un dispositivo de acuerdo con una segunda realización de la invención. Este dispositivo tiene dos bucles receptores conductores de la electricidad 20, 21 superpuestos. Un diodo 22, 23 conectado dentro de un bucle receptor individual está configurado para permitir que la corriente inducida en ese bucle receptor fluya sólo en la dirección opuesta a través del mismo con respecto a lo que está configurado para permitir un diodo situado en el otro bucle receptor. Esto significa que cada bucle receptor estará activo durante "su" semiperíodo. Los condensadores 24, 25 de los dos bucles receptores están interconectados y conectados en paralelo. De esta manera, la carga continúa todo el tiempo, no sólo durante uno de cada dos semiperíodos, de modo que se crea una fuente de CC más eficiente que la de la realización mostrada en la Figura 2. Este dispositivo receptor también está equilibrado. Como se mencionó anteriormente, las corrientes inducidas en los bucles receptores siempre están desfasadas, de modo que los armónicos también estarán desfasados y se contrarrestarán entre sí y, por esa razón, se reducirán enormemente.In Figure 3 a device according to a second embodiment of the invention is shown. This device has two superimposed electrically conductive receiving loops 20, 21. A diode 22, 23 connected within a single receiver loop is configured to allow the induced current in that receiver loop to flow only in the opposite direction through it with respect to what is configured to allow a diode located in the other loop. receiver. This means that each receiver loop will be active for "its" half period. The capacitors 24, 25 of the two receiver loops are interconnected and connected in parallel. In this way, charging continues all the time, not just for one out of every two half-periods, so that a more efficient DC source is created than that of the embodiment shown in Figure 2. This receiving device is also balanced. As mentioned above, the currents induced in the receiving loops are always out of phase, so the harmonics will also be out of phase and counteract each other and for that reason greatly reduced.
La Figura 4 ilustra un dispositivo de acuerdo con una tercera realización de la invención que se diferencia del mostrado en la Figura 3 por tener los condensadores 24, 25 conectados en serie, lo que significa que la tensión obtenible a través de la fuente de CC obtenida por medio de los dos condensadores se duplicará con respecto a la de la realización mostrada en la Figura 3. El tipo de interconexión de los condensadores que se seleccione, en paralelo o en serie, se puede basar en la necesidad de generar grandes tensiones o grandes corrientes.Figure 4 illustrates a device according to a third embodiment of the invention that differs from that shown in Figure 3 by having the capacitors 24, 25 connected in series, which means that the voltage obtainable through the DC source obtained by means of the two capacitors it will be doubled with respect to that of the embodiment shown in Figure 3. The type of interconnection of the capacitors that is selected, in parallel or in series, can be based on the need to generate large voltages or large currents.
Como ejemplo de una carga que puede ser alimentada por la tensión de CC del condensador/condensadores cargados, en las Figuras 2-4 se indican un transmisor 26 y un bucle transmisor 27 conductor de la electricidad para la transmisión de datos en caso de tener el dispositivo receptor incluido en una baliza.As an example of a load that can be supplied by the DC voltage of the charged capacitor / capacitors, Figures 2-4 show an electrically conductive transmitter 26 and transmitter loop 27 for data transmission in case of having the receiver device included in a beacon.
La gráfica de la Figura 5 ilustra la tensión de CC U a través de la fuente de CC formada por el condensador (condensadores en la Figura 3) cargado frente al tiempo t para los tres diseños mostrados en la Figura 1, en la Figura 2 y en la Figura 3. Se observa claramente que el proceso de carga será más lento y que la tensión obtenible será menor para el dispositivo conocido mostrado en la Figura 1 (a), mientras que los dispositivos que se muestran en la Figura 2 (b) y en la Figura 3 (c) se comportan de manera similar con respecto al tiempo de carga y a la tensión obtenible. Si suponemos que se necesita una tensión de CC de 2,9 V para arrancar un microprocesador alimentado por esta fuente de tensión, el tiempo necesario para esto para el dispositivo que se muestra en la Figura 1 será t1 y para los dispositivos que se muestran en las Figura 2 y 3 será t2, que es aproximadamente la mitad de largo. Esto significa, para el caso de tener un dispositivo de este tipo en una baliza, la posibilidad de permitir velocidades de los trenes considerablemente mayores y seguir garantizando una transferencia adecuada de energía eléctrica y mensajes entre un tren y la baliza.The graph in Figure 5 illustrates the DC voltage U across the DC source formed by the capacitor (capacitors in Figure 3) charged versus time t for the three designs shown in Figure 1, Figure 2 and in Figure 3. It is clearly observed that the charging process will be slower and that the obtainable voltage will be lower for the known device shown in Figure 1 (a), while the devices shown in Figure 2 (b) and in Figure 3 (c) they behave in a similar way with respect to the charging time and the obtainable tension. If we assume that a DC voltage of 2.9 V is needed to start a microprocessor powered by this voltage source, the time required for this for the device shown in Figure 1 will be t1 and for the devices shown in Figures 2 and 3 will be t2, which is about half as long. This means, in the case of having such a device on a beacon, the possibility of allowing considerably higher train speeds and still guaranteeing an adequate transfer of electrical energy and messages between a train and the beacon.
Aunque no se muestra en las figuras, se señala que cada bucle receptor puede tener más de una espira, es decir, puede ser un bucle de espiras múltiples, e incluir entonces en una espira adecuada una conexión a los componentes mostrados a la izquierda en las figuras e incluir en una espira adecuada una conexión a los componentes mostrados a la derecha en las figuras. Estas dos espiras adecuadas pueden ser la misma o diferentes dependiendo de cuestiones de equilibrio. Although not shown in the figures, it is noted that each receiver loop can have more than one turn, that is, it can be a multi-turn loop, and then include in a suitable turn a connection to the components shown on the left in the figures. figures and include in a suitable loop a connection to the components shown to the right in the figures. These two suitable turns can be the same or different depending on balance issues.
Claims (13)
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| EP17203473.8A EP3489109B1 (en) | 2017-11-24 | 2017-11-24 | A device for wirelessly receiving electric energy |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| ES2826948T3 true ES2826948T3 (en) | 2021-05-19 |
Family
ID=60452509
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| ES17203473T Active ES2826948T3 (en) | 2017-11-24 | 2017-11-24 | Device to receive electrical energy wirelessly |
Country Status (3)
| Country | Link |
|---|---|
| EP (1) | EP3489109B1 (en) |
| ES (1) | ES2826948T3 (en) |
| PL (1) | PL3489109T3 (en) |
Family Cites Families (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| NL8601021A (en) * | 1986-04-22 | 1987-11-16 | Nedap Nv | PROGRAMMABLE RESPONDER. |
| FR2713574B1 (en) * | 1993-12-08 | 1996-01-05 | Gec Alsthom Transport Sa | Ground beacon powered by radiation. |
| US9608742B2 (en) | 2012-06-18 | 2017-03-28 | Alstom Transport Technologies | Methods and systems for signal fingerprinting |
| EP3067835B1 (en) * | 2015-03-10 | 2017-12-27 | EM Microelectronic-Marin SA | Dual frequency hf-uhf identification device |
-
2017
- 2017-11-24 ES ES17203473T patent/ES2826948T3/en active Active
- 2017-11-24 PL PL17203473T patent/PL3489109T3/en unknown
- 2017-11-24 EP EP17203473.8A patent/EP3489109B1/en active Active
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| EP3489109B1 (en) | 2020-08-05 |
| EP3489109A1 (en) | 2019-05-29 |
| PL3489109T3 (en) | 2021-01-25 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| ES2567086T3 (en) | Supply to a vehicle with electric power using a receiver device adapted to receive an alternating electromagnetic field | |
| ES2774744T3 (en) | System and method to power an electric vehicle on the road | |
| ES2579212T3 (en) | Transfer of electrical energy to a vehicle | |
| ES2527130T3 (en) | Receiving induction electric power for a vehicle | |
| ES2518492T3 (en) | System and method to transfer electrical energy to a vehicle | |
| ES2655164T3 (en) | Base distribution network for dynamic wireless charging | |
| ES2940193T3 (en) | Procedure for the activation of a power segment in an electric road system, and an electric road system | |
| US20120085610A1 (en) | Ground-based power supply system for a transportation vehicle and associated methods | |
| ES2537119T3 (en) | Rail vehicle | |
| ES2139004T3 (en) | A PRIMARY INDUCTIVE PATH. | |
| ES2649439T3 (en) | Electric power supply system, vehicle and vehicle operation procedure | |
| AU2013254785B2 (en) | Arrangement and method for providing a vehicle with electric energy by magnetic induction | |
| ES2826948T3 (en) | Device to receive electrical energy wirelessly | |
| US10836266B2 (en) | Inductively transferring electric energy to a vehicle using consecutive segments which are operated at the same time | |
| CN109383329A (en) | Component with grid equipment | |
| WO2012127077A1 (en) | Electrical charging system for energy accumulators of rail vehicles | |
| ES2377050T3 (en) | VLF generator for tests | |
| ES2578508T3 (en) | Installation of magnetic induction antenna | |
| ES2353276T3 (en) | MAGNETIC WHEEL SENSOR. | |
| ES2886046T3 (en) | Method to dynamically adapt the operation of at least one traction substation of an electrical power supply system to railway vehicles, corresponding computer program and associated device | |
| ES2750680T3 (en) | Power supply control system for a catenary electrical sector of an infrastructure | |
| RU2457137C1 (en) | Receiver of tonal rail circuit | |
| KR101332792B1 (en) | Power Supply Method, Apparatus and Power Transmission Apparatus by Segmentation of Feeding Line | |
| KR101473413B1 (en) | Power Supply Circuit and Power Supply Method | |
| KR20220114311A (en) | Speed Hump Power Generation Device Using Liquid |