JP2015513292A - 誘導及び整流器の使用による車両への電気エネルギーの供給 - Google Patents

Abstract

本発明は、車両、特にトラックに拘束される車両及び／または道路用自動車へ電気エネルギーを供給する構成であって、・本構成は、交番電磁界を受信し、且つ、電磁誘導によって交番電流を生成するように適合されている受信デバイス（１）を含み、・受信デバイス（１）は、電磁誘導によって交番電流の１つの相を生成する導電材料によって形成される少なくとも１つのインダクタンス（３）を含み、・少なくとも１つのインダクタンス（３）及び交番電流の１つの相を生成するためにインダクタンス（３）に接続されている任意選択的な少なくとも１つの追加の電気素子（４）は、対応する周波数の交番電磁界が受信デバイス（１）によって受信される場合、交番電流の相が生成される共振周波数を含み、・インダクタンス（３）は、交番電流を整流し且つそれによって直流電流を生成する整流器（１０）に接続され、・整流器（１０）は少なくとも１つの自動的に制御可能なスイッチ（１２、１３）を含み、少なくとも１つの自動的に制御可能なスイッチ（１２、１３）は、スイッチ（１２、１３）を閉じる、または複数のスイッチ（１２、１３）を閉じることが、インダクタンス（３）または複数のインダクタンス（３）の両端を短絡する短絡回路をもたらすように配置され、・本構成は、少なくとも１つの自動的に制御可能なスイッチ（１２、１３）を制御するように適合されている制御デバイスを含み、・制御デバイスは、少なくとも１つの自動的に制御可能なスイッチ（１２、１３）を共振周波数より低い周波数でオン及びオフに切り替えるように適合されている、構成に関する。【選択図】図１

Description

本発明は、車両、特にトラックに拘束される車両及び／または道路用自動車へ電気エネルギーを供給する構成に関し、本構成は交番電磁界を受信し、電磁誘導によって交番電流を生成する（すなわち、電磁界及び誘導によって誘起される磁気誘導が電気エネルギーを生成する）ように適合されている受信デバイスを含む。受信デバイスは、電磁誘導により交番電流の１つの相を生成する導電性材料によって形成される少なくとも１つのインダクタンスを含む。少なくとも１つのインダクタンス及び、交番電流の１つの相を生成するためにインダクタンスに（具体的には、直列に）接続されている任意選択的に少なくとも１つの追加の電気素子（具体的には１つのキャパシタンス）は共振周波数を含み、受信デバイスが対応する周波数の交番電磁界を受信する場合に交番電流の１つの相がその共振周波数で生成される。インダクタンスは、交番電流を整流し、それによって、直流電流を生成する整流器に接続されている。当業者が知っているように、交番電流の１つの相が生成される共振周波数は、受信デバイスと電磁界を生成するデバイスとの間の誘導結合に応じて変化し得る。

更に、本発明は、車両へエネルギーを伝送する本構成を含むシステムに関し、本構成を含む車両に関する。本発明はまた、本構成を製造する方法にも関し、交番電磁界を受信し、電磁誘導により交番電流を生成する受信デバイスにより車両を運転する方法にも関する。

特許文献１は、車両、特にトラックに拘束される車両へ電気エネルギーを供給するための構成を開示し、本構成は交番電磁界を受信し、電磁誘導によって交番電流を生成するように適合されている受信デバイスを含む。受信デバイスは複数の導電性材料の巻き線及び／またはコイルを含み、各巻き線またはコイルは交番電流の別個の相を生成するように適合されている。

本発明は、如何なる陸上車両（望ましくはないが、一時的にのみ陸上にある如何なる車両を含む）にも適用可能であり、特に鉄道車両（例えば、路面電車）のようなトラックに拘束される車両だけでなく、個人の（私的の）乗用車または公共交通車両（例えば、トラックに拘束される車両でもあるトロリーバスを含むバス）にも適用可能である。好ましくは、交番電磁界を生成する１次側導体構成は、１次側導体構成の電線が車両が走行する可能性がある道路またはトラックの面にほぼ平行な平面に延在するように、車両のトラックまたは道路に組み込まれる。特許文献１にも記載されているように、受信デバイスは車両の下側に配置することができ、厚板または平板の形の物体のような強磁性体によって覆われてもよい。好適な材料はフェライトである。強磁性体は磁界の磁力線を束ね、且つ磁力線の方向を変えて、それによって、強磁性体の上方の磁界強度をほぼゼロにまで低減する。しかしながら、１次側導体構成の別の構成、配置及び／または向きは可能である。例えば、１次側導体構成は車両の横に配置することができる。

何れにしても、１次側と２次側との間の無線でのエネルギー伝送の効率は、ギャップが大きくなるほど低くなるので、１次側導体構成と受信デバイスの少なくとも１つのインダクタンスとの間のギャップは、できるだけ小さくすべきである。同じ理由で、少なくとも１つのインダクタンスに誘起される電圧はギャップの大きさに依存する。システムの２次側において変動する電圧を扱う１つの方法は、電圧に対して許容度のある、すなわち、電圧の広い範囲で動作可能である電力の消費体にのみ電気エネルギーを供給することである。本発明を適用可能な一例は、受信デバイスに接続される直流電流中間回路を含み、直流電流を車両の少なくとも１つの牽引モータを動作させるための交番電流に変換する少なくとも１つのインバータを更に含む鉄道車両の牽引システムである。直流電流中間回路における電圧変動を補償するように、インバータを制御することができる。

しかしながら、車両には、変動する電圧を許容できない他の電気システムまたはデバイスが存在する。それ故に、エネルギーを車両に供給し、使用することの更なる可能性は、電圧変動を電圧の小さい範囲に保つために１次側と２次側のインダクタンスのギャップのサイズを制御することである。

特許文献２には、システムの一部、具体的には、システムの移動可能に配置された一部、に対しての非接触エネルギー伝送のためのシステム及び方法が記載されている。そのシステムにおいて、そのシステムの一部に収容される１つまたは幾つかの２次コイルと誘導的に結合される、固定的に設置される１次導体が設けられる。２次コイルは、このように形成された直列共振回路の共振周波数が１次導体に注入される交番電流の周波数と実質的に同じであるように、１つまたは幾つかのキャパシタと直列に接続される。直列共振回路に起きる電圧は整流器に供給され、整流器の出力側に短絡装置として動作させることができるスイッチが設けられ、スイッチを通らない電流はフリーホイーリング・ダイオードを介して平滑キャパシタに供給され、平滑キャパシタに発生する電圧はユーザに利用可能になる。

国際公開第２０１０／０３１５９５ （Ａ２）号 国際公開第２００９／０７４２０７ （Ａ２）号

この２次側構成の欠点は動作中に損失を増加させるフリーホイーリング・ダイオードである。更に、特許文献２の図１に示される実施形態は、電流が常に、２つの半導体、すなわち、フリーホイーリング・ダイオード及び整流器のダイオードの１つ、の直列接続を通して流れており、その結果、電気的損失が増加するという欠点を有する。

本発明の目的は、電気エネルギーを車両に供給する構成を提供することであり、本構成は、電磁誘導により交番電流を生成するインダクタンスを含む受信デバイスを含み、且つ、本構成は電圧変動を低減させる手段を提供する。既知の解決策と比較して動作中の損失は低減されるものとする。具体的には、本構成は、電圧変動を低減するための手段によって引き起こされる可能性がある損失を最小化する手段も提供するものとする。本発明の更なる目的は、エネルギーを車両に供給する対応するシステム、本構成を含む車両、車両を動作させる方法及び本構成を製造する方法を提供することである。

整流器に少なくとも１つのスイッチを組み込むことが本発明の基本的な考え方である。特許文献２とは対照的に、スイッチは整流器の出力側には設けられない。その結果、追加的なフリーホイーリング・ダイオードは省くことができる。整流器に組み込まれている少なくとも１つのスイッチは、交番電磁界を受信し、且つ、電磁誘導によって交番電流を生成するように適合されている受信デバイスの１つのインダクタンスまたは複数のインダクタンスの両端を短絡する短絡回路を作り出すように動作する。具体的には、以下：
車両、特にトラックに拘束される車両及び／または道路用自動車へ電気エネルギーを供給する構成であって、
・本構成は、交番電磁界を受信し、且つ、電磁誘導によって交番電流を生成するように適合されている受信デバイスを含み、
・受信デバイスは、電磁誘導によって交番電流の１つの相を生成するための導電材料によって形成される少なくとも１つのインダクタンスを含み、
・少なくとも１つのインダクタンス及び交番電流の１つの相を生成するためにインダクタンスに接続されている任意選択的な少なくとも１つの追加の電気素子は、対応する周波数の交番電磁界が受信デバイスによって受信される場合、交番電流の１つの相が生成される共振周波数を備え、
・インダクタンス及び任意選択的な少なくとも１つの追加の電気素子は、交番電流を整流し且つそれによって直流電流を生成する整流器に接続され、
・整流器は少なくとも１つの自動的に制御可能なスイッチを含み、少なくとも１つの自動的に制御可能なスイッチは、スイッチを閉じること（すなわち、それをオンに切り替えること）、または複数のスイッチを閉じることが、任意選択的に少なくとも１つの追加の電気素子（群）を含む、インダクタンスまたは複数のインダクタンスの両端を短絡する短絡回路をもたらすように配置され、
・本構成は、少なくとも１つの自動的に制御可能なスイッチを制御するように適合されている制御デバイスを含み、
・制御デバイスは、少なくとも１つの自動的に制御可能なスイッチを共振周波数より低い周波数でオンに切り替える（すなわち、スイッチを閉じる）またはオフに切り替える（スイッチを開く）ように適合されている、
構成が提案される。

上述の従来技術に比べて、少なくとも１つのスイッチが、整流器の一方向バルブ（具体的には、ダイオード）に並列に接続され、または、代替的に、スイッチは、一方向バルブ（例えば、集積されたダイオードまたはいわゆるボディ・ダイオードを有するＩＧＢＴまたはＭＯＳＦＥＴを使用できる）に組み込まれ、整流器のそれぞれのバルブは、電流を一方向へのみ通すように適合され、スイッチがオンの場合、電流はバルブを通って反対方向に流れることができ、または反対方向へバルブを迂回できる。スイッチが（第１の）一方向バルブに並列に接続され、且つ、整流器が互いに直列に接続されている２つの一方向バルブを有するブリッジを含む場合、スイッチも他の（第２の）一方向バルブに直列に接続されている。

好ましくは、本構成は、対応する数の位相線に、電磁誘導により交番電流の複数の相（例えば、３相）を生成する。複数の相は整流器の出力側により滑らかな直流電流を供給する。更に、複数の相のレシーバはより大きい電力を生成でき、浮遊の影響を低減できる。

具体的には、受信デバイスは導電材料の複数の位相線を含み、各位相線はインダクタンスの１つを含み、各インダクタンスは交番電流の複数の相の１つを生成するように適合され、位相線は、位相線の一端で中性点接続を形成するように互いに接続され、且つ、位相線の反対端で整流器に接続されている。

具体的には、位相線の反対端の各々は、整流器の複数のブリッジの１つに接続され、各ブリッジは互いに直列に接続されている２つの一方向バルブを含み、各バルブは一方向へのみ電流を通すように適合され、各ブリッジの少なくとも１つのバルブは、スイッチがオンの場合、電流がそのバルブを通して反対方向に流れることができる、または反対方向へそのバルブを迂回できるように、自動的に制御可能なスイッチの１つと結合されている。同じことは、単相受信デバイスの場合にはフルブリッジ整流器に適用される。

少なくとも１つの自動的に制御可能なスイッチは、整流器のバルブと結合されることができ（バルブに組み込まれることができ、またはバルブに並列に接続されることができ）、バルブは一方向へのみ電流を通すように適合され、スイッチがオンの場合、電流がそのバルブを通して反対方向に流れることができ、または反対方向へそのバルブを迂回でき、制御デバイスは、バルブを通る電流の大きさがゼロまたは所定の閾値より小さい間にのみスイッチをオンに切り替えることができるように適合されている。動作中の損失はこの実施形態により顕著に低減できる。これは、制御デバイスが共振周波数より低いスイッチング周波数で少なくとも１つの自動的に制御可能なスイッチを切り替えるように適合されているので可能である。このスイッチング周波数で、少なくとも１つのスイッチがオンに切り替えられる。また、少なくとも１つのスイッチがこのスイッチング周波数でオフに切り替えられる。スイッチのオンへの切り替えとオフへの切り替えとの間の時間間隔は、一般的には、スイッチのオフへの切り替えとオンへの切り替えとの間の時間間隔とは異なり、これらの時間間隔は変えられるので、異なるこれらの時間間隔の比またはデューティ・サイクル（下記参照）を設定できる。

好ましい実施形態によれば、バルブ（群）を通る電流の大きさがゼロまたは所定の閾値より小さい間に少なくとも１つのスイッチをオンに切り替えること及びオフに切り替えることの両方をできるようにするために、スイッチング周波数は、共振周波数の整数分の１である、すなわち、共振周波数はスイッチング周波数の整数倍である。具体的には、整数分の１は予め定義できる、すなわち、受信デバイスの動作の前に設定できる。これは、整数分の１を動作中に他の値に変えることを除外するものではない。

具体的には、共振周波数または同等な量は、動作中に決定できる。それ故に、共振周波数は、正確に動作中のスイッチング周波数の整数倍であることができる。例えば、共振周波数が変化する場合、スイッチング周波数はそれに対応して、好ましくは自動的に適合される。同等な量は、整流器の入力側の交番電流または交番電圧、例えば、受信デバイスの１つ以上の相の交番電流または交番電圧の周期または周期の半分の時間であってもよい。例えば、カウンタに結合されている検出器が、交番電流または交番電圧がゼロになるときに繰り返し測定し、計算デバイスが共振周波数を計算する。しかしながら、交番電流または交番電圧が異なる方法でスイッチング周波数の生成をトリガすることも可能である。

制御デバイスは、少なくとも１つの自動的に制御可能なスイッチがオフである時間間隔に対する、少なくとも１つの自動的に制御可能なスイッチがオンである、従って、短絡回路が存在する時間間隔の比を制御するように適合されているコントローラを含む。スイッチング処理のタイミングにより、そうでない場合にスイッチ及びバルブ内で生成されるであろう電気損失が大幅に低減される。更にスイッチはより少ない熱を発生し、スイッチの冷却が促進される。

具体的には、制御デバイスは、整流器の直流電流側の電圧及び／または電流の大きさ（群）に応じて、少なくとも１つの自動的に制御可能なスイッチの切り替えを制御するように適合されていてもよい。以下に例を述べる。

本発明の特定のアプリケーションによれば、本構成は整流器によって供給される電気エネルギーを蓄えるストレージを含み、整流器はストレージに接続され、制御デバイスは、ストレージを充電するために必要な電圧及び／または電流の大きさ（群）に応じて、少なくとも１つの自動的に制御可能なスイッチの切り替えを制御するように適合されている。

更に、本発明は、本明細書に記載されている実施形態の１つによる本構成を含む車両を含み、整流器は電気エネルギーを蓄えるためのストレージに接続されている。

更に、本発明は、電気エネルギーを使用して、車両、特にトラックに拘束される車両及び／または道路用自動車を運転する方法を含み、
・交番電磁界が受信され、且つ、電磁誘導によって交番電流を生成するために使用され、
・交番電磁界は、導電材料によって形成され、電磁誘導によって交番電流の１つの相を生成する少なくとも１つのインダクタンスによって受信され、
・インダクタンス及びそのインダクタンスに接続されている任意選択的な少なくとも１つの追加の電気素子は、共振周波数で交番電流の１つの相を生成し、
・交番電流は整流器によって整流されて、それにより直流電流が生成され、
・整流器は、任意選択的に少なくとも１つの追加の電気素子（群）を含むインダクタンスまたは複数のインダクタンスの両端を短絡する短絡回路がもたらされるように、一時的に閉じられる少なくとも１つの自動的に制御可能なスイッチを使用して動作し、
・少なくとも１つの自動的に制御可能なスイッチは、少なくとも１つの自動的に制御可能なスイッチが共振周波数より低い周波数でオンおよびオフに切り替えられるように、制御デバイスによって制御される。

具体的には、交番電流は、導電材料の複数の位相線を使用して生成されることができ、各位相線は、交番電流の複数の相の１つを生成するインダクタンスの１つを含む。本方法の別の実施形態は本構成の説明から得られる。

例えば、整流器は、交番電流を整流するために使用されるバルブを含み、自動的に制御可能なスイッチはバルブと結合され、バルブはスイッチがオフである第１の動作状態において電流を一方向へのみ通し、バルブまたはバルブの迂回路はスイッチがオンである第２の動作状態において、電流を反対方向に通すことができ、バルブを通る電流の大きさがゼロまたは所定の閾値より小さい間にのみスイッチをオンに切り替えることが可能となる。

少なくとも１つの自動的に制御可能なスイッチがオフである時間間隔に対する、少なくとも１つの自動的に制御可能なスイッチがオンである、従って、短絡回路が存在する時間間隔の比は、制御デバイスによって制御されることができる。

具体的には、制御デバイスは、整流器の直流電流側の電圧及び／または電流の大きさ（群）に応じて、少なくとも１つの自動的に制御可能なスイッチの切り替えを制御してもよい。

電気エネルギーは整流器によって車両のエネルギー・ストレージへ送られてもよく、制御デバイスは、ストレージを充電するために必要な電圧及び／または電流の大きさ（群）に応じて、少なくとも１つの自動的に制御可能なスイッチの切り替えを制御してもよい。

本発明は、車両、特にトラックに拘束される車両及び／または道路用自動車を製造する方法を含み、次のステップを含む。
・交番電磁界を受信し、且つ、電磁誘導によって交番電流を生成するように適合されている受信デバイスを設けること、
・受信デバイスに、電磁誘導によって交番電流の１つの相を生成する導電材料によって形成される少なくとも１つのインダクタンスを設けること、
・少なくとも１つのインダクタンス及び交番電流の１つの相を生成するためにインダクタンスに接続されている任意選択的な少なくとも１つの追加の電気素子を、その対応する周波数の交番電磁界が受信デバイスによって受信される場合、交番電流の１つの相が生成される共振周波数で動作するように適合させること、
・インダクタンス及び任意選択的な少なくとも１つの追加の電気素子を、交番電流を整流し、それによって直流電流を生成する整流器に接続すること、
・整流器の少なくとも１つの自動的に制御可能なスイッチを、そのスイッチを閉じるまたは複数のスイッチを閉じることが、任意選択的に少なくとも１つの追加の電気素子（群）を含む、１つのインダクタンスまたは複数のインダクタンスの両端を短絡する短絡回路をもたらすように、配置すること、
・制御デバイスを設け、制御デバイスを、少なくとも１つの自動的に制御可能なスイッチを制御することができるように、適合させること、
・制御デバイスを、少なくとも１つの自動的に制御可能なスイッチを共振周波数より低い周波数でオン及びオフに切り替えることができるように、適合させること。

本発明の実施例を、以下の添付の図面を参照して説明する。

整流器に接続されている受信デバイスの回路図を示し、整流器の直流側は直流電流中間回路を介して負荷、例えば、牽引コンバータに接続されている。 ２つのブリッジのみを有する変形の整流器を示す。 図１の構成と同様な構成の回路図を示し、受信デバイスの相電流及び直流電流中間回路の電圧を測定する測定デバイスが示されている。 図３の構成と同様な構成の回路図を示し、整流器の各ブリッジは１つのスイッチのみを含む。 整流器、例えば、図１、図３または図４の整流器に組み込まれているスイッチのスイッチング処理を制御する制御ループの回路図を示す。 時間の関数としての量の図を示し、図４に示す整流器のような整流器に接続されている受信デバイスによって生成される交番電流が図の上３分の１に、整流器の出力における直流電圧が図の中央３分の１に、三角波信号及びスイッチのスイッチング状態を示すステップ関数が図の下３分の１にある。

図１に示されている電磁界を受信する受信デバイス１は、一端が共通の中性点５に接続されている３本の位相線２ａ、２ｂ、２ｃを含む。各位相線２ａ、２ｂ、２ｃの反対端は整流器１０のそれぞれのブリッジに接続されている。各位相線２ａ、２ｂ、２ｃは、インダクタンス３ａ、３ｂ、３ｃによって引き起こされる浮遊インダクタンスを補償するためにキャパシタンス４ａ、４ｂ、４ｃに直列に接続されているインダクタンス３ａ、３ｂ、３ｃを含む。インダクタンス３の各々及び補償キャパシタンス２の各々は、（インダクタやキャパシタのような）単一の要素または（インダクタ及びキャパシタの直列接続及び／または並列接続のような）要素の組み合わせのどちらかによって実現され得る。位相線２のインダクタンス３の第１の部分がインダクタンス３の第２の部分にキャパシタンス４の第１の部分またはその部分のみを介して接続されることも可能である。

受信デバイス１の動作中、入射電磁界はインダクタンス３ａ、３ｂ、３ｃに電圧を誘起し、一端における中性点５と反対端における整流器１０のブリッジ１１への接続との間の各位相線２ａ、２ｂ、２ｃの両端に電圧が生じる。負荷１７が整流器１０の直流電流側に接続され、その負荷が動作されるならば、対応する電流が位相線２ａ、２ｂ、２ｃを通って流れ、整流器１０によって整流され、接続線１８ａ、１８ｂを介して直流電流として負荷１７に供給される。位相線２ａ、２ｂ、２ｃを通る電流は、図３及び図４に示されている測定デバイス３６ａ、３６ｂ、３６ｃによって示されているように、測定可能である（例えば、ロゴスキー・コイルを使用して）。

受信デバイス１のインダクタンス３ａ、３ｂ、３ｃは、好ましくは、入射電磁界が、３相交番電流の場合では典型的である、１２０°の位相シフトで位相線２ａ、２ｂ、２ｃに交番電流を生成するように配置される。

図１に示される整流器１０は３つのブリッジ１１ａ、１１ｂ、１１ｃを含む。ブリッジ１１の各々は２つのダイオード１４ａ、１５ａ；１４ｂ、１５ｂ；１４ｃ、１５ｃの直列接続を含む。これらのダイオード１４、１５は、電流が図１の下部側から図１の上部側へ流れることを可能にし、電流線１８ｂの電位が電流線１８ａより高くなる。平滑キャパシタ１６が直流電流線１８ａ、１８ｂ間に接続されている。平滑キャパシタ１６は整流器の出力側、すなわち、３つのブリッジ１１の出力側に接続され、整流器１０の一部ではない。各ブリッジ１１は、一端が第１の直流電流線１８ａに、反対端が第２の直流電流線１８ｂに接続されている。

図１に示される特定の実施形態において、各ダイオード１４、１５は、スイッチ１２、１３がスイッチがオンの間電流がダイオード１４、１５を迂回することを可能にするように、スイッチ１２、１３に並列に接続される。

受信デバイス１及び整流器１０の動作中、スイッチ１２、１３は、整流器１０の通常の動作に比べて、整流器１０の出力側の直流電流を増加または低減するために繰り返しオン及びオフに切り替えることができる。「通常の動作」とはスイッチ１２、１３のいずれもが動作していないことを意味する。具体的には、スイッチ１２、１３は、ブリッジ１１の第１のスイッチ１２ａ、１２ｂ、１２ｃまたは第２のスイッチ１３ａ、１３ｂ、１３ｃのいずれかが同時にオンであるように動作する。例えば、全てのスイッチ１２、１３がオフである第１の動作状態から初めて、第１のスイッチ１２ａ、１２ｂ、１２ｃが、オンに切り替えられ、ある時間間隔後にオフに切り替えられ、それから、第２のスイッチ１３ａ、１３ｂ、１３ｃが、第２の時間間隔後にオンに切り替えられ、第３の時間間隔後にオフに切り替えられる。第１のスイッチ１２ａ、１２ｂ、１２ｃが、第４の時間間隔後に第１の時間間隔の間再びオンに切り替えられ、その後も同様に続く。この動作に対して、第２及び第４の時間間隔の和（全てのスイッチ１２、１３がオフである間）に対する、第１及び第３の時間間隔の和（スイッチ１２またはスイッチ１３のいずれかがオンである間）の比であるデューティ・サイクルｄを定義することができる。整流器１０の出力側の電圧は

ここで、Ｕ_Ａは、整流器１０の出力側の、平滑キャパシタ１６の両端の直流電圧であり、Ｕ_Ｅは、受信デバイス１と整流器１０との間の接続における３相交番電圧の平方根（ＲＭＳ）である。

具体的には、図１から図５までの回路図に関連するのはもちろんであるが、スイッチ１２、１３のスイッチング周波数は、受信デバイスの位相線群または位相線によって生成される交番電流の周波数よりも低い。従って、スイッチ１２または１３を、バルブ（例えば、ダイオード１４、１５）を通る電流がゼロかまたは所定の閾値より小さい期間のみオンに切り替えることが可能であり、好ましい。従って、負荷の下にスイッチ１２、１３を切り替えることによって引き起こされる損失は回避または低減できる。バルブを通る電流がゼロかまたは所定の閾値より小さいかどうかを検出するために、図３及び図４に関連して述べた測定デバイス３６を使用することができる。

図２は２つのブリッジ２１ａ、２１ｂのみを有する変形の整流器を示す。先の場合と同様に、各ブリッジ２１は、２つのバルブ（ダイオード３４ａ、３５ａ；３４ｂ、３５ｂ）の直列接続を含み、そして各バルブ３４、３５に並列のスイッチ３２ａ、３３ａ；３２ｂ、３３ｂが存在し、それにより、スイッチ３２、３３がオンである間バルブが迂回される。

図２に示される位相線２２ａ、２２ｂは、２相交番電流の位相線あってもよいし、または電磁界が入射している間交番電流の１つの相のみを生成するレシーバへの接続線であってもよい。

異なる図における同じ参照番号は同一のまたは機能的に同一の要素を指す。従って、図２における１８ａ、１８ｂは整流器の出力側での直流電流線を示す。

図４に示すように、スイッチの１組（すなわち、図１及び図３のスイッチ１３）は省略できる。これは、スイッチの１組（例えば、図１及び図３のスイッチ１２またはスイッチ１３のいずれか）のみが、インダクタンス３の両端を変える、従って、整流器の出力側の直流電圧を変えるために、位相線２の両端を短絡する短絡回路を生成するために必要であるという知見に基づく。同じことは図２に示される整流器の変形の構造または他のいかなる整流器にも適用される。図２の場合、スイッチ３２ａ、３２ｂは省略することができ、スイッチ３３ａ、３３ｂは、それぞれ、接続線２２ａ、２２ｂまたは位相線２２ａ、２２ｂの両端を短絡する短絡回路を生成するために、繰り返し且つ好ましくは同時に、オン及びオフに切り替えることができる。

図３及び図４に示すように、２つの追加のキャパシタンス４２、４３の直列接続は、直流電流線１８ａ、１８ｂに対する反対端で接続することができる。更に、図３及び図４に示すように、キャパシタンス４２、４３の間の接続点は接地電位に接続できる。更に、またはその代わりに、測定デバイス４１は直流電流線１８ａ、１８ｂの間に接続できる。具体的には、測定デバイス４１は、線１８ａ、１８ｂの間の電圧を、且つ好ましくは線１８ａ、１８ｂの少なくとも１本を通る電流も測定するように適合されることができる。測定デバイス４１によって供給される測定値は、負荷（例えば、図１の負荷１７または電気エネルギーを蓄えるエネルギー・ストレージのような別の負荷）の動作を制御するように使用でき、及び／または、整流器のスイッチの動作を制御するように使用できる。具体的には、測定デバイス４１の測定値に基づいて、スイッチのデューティ・サイクルを閉ループ制御が実現されるように設定することができる。従って、例えば、直流電流線１８ａ、１８ｂの間の電圧が一定であるように制御できる。あるいは、整流器の出力側の電圧及び／または電流を、負荷または負荷群の他の要件に準拠するように制御できる。

図１に示されている整流器１０のような整流器のスイッチの動作を制御する制御ループの例を、図５を参照して説明する。上述のように、受信デバイスの位相線を通る交番電流は、具体的には、連続的にまたは準連続的に測定される。一例として、３相受信デバイス（対応する制御ループは受信デバイスの如何なる相数に対しても実現可能である）の場合には、３相交番電流の３相電流はＩａ、Ｉｂ、Ｉｃで表される。これらの相電流は、相電流の平方根（ＲＭＳ）を相ごとに個別に計算する第１の演算デバイス５１ａ、５１ｂ、５１ｃへ入力される。ＲＭＳは、それらの値を加算し、その結果としての和を減算デバイス５３に出力する加算デバイス５２に出力され、減算デバイス５３は設定値Ｉｓｅｔからその和を減算する。この設定値Ｉｓｅｔは制御の要件に従って生成される。例えば、設定値は、上述のように整流器の出力側の直流電圧の測定に基づいて生成することができる。

減算デバイス５３よって出力される差は、ＰＩコントローラ（比例積分コントローラ）である可能性のあるコントローラ５４に入力される。コントローラ５４の出力値は、その出力を三角波生成デバイス５５によって生成される三角波信号と比較する比較器５６に入力される。三角波信号の周波数は、共振周波数の整数分の１であるスイッチング周波数、すなわち、共振周波数はスイッチング周波数の整数倍である、に等しい。

具体的には、コントローラ５４からの比較器５６によって受信される入力は上述のデューティ・サイクルｄであってもよい。比較器５６のその結果としての出力は、２つの異なる関数値、すなわち、１及び０を有するステップ関数であり、デューティ・サイクルに対応する。このステップ関数は、例えば、図１のスイッチ１２及び１３または図４のスイッチ１２を駆動する個別の駆動デバイス５９ａ、５９ｂ、５９ｃに供給される。２組のスイッチ１２、１３がある場合、駆動デバイス５９は、スイッチ１２及び１３を交互に駆動するオルタネータと結合される、すなわち、スイッチ１２は、スイッチ１３がオン及びオフに切り替えられる前に、オン及びオフに切り替えられ、そしてその逆も同様である。

比較器５６の出力は駆動デバイス５９の第１の入力Ｄに入力され、好ましくは、スイッチを、それぞれのバルブを通る電流がゼロまたは所定の閾値Ｉｌｉｍより小さい場合にのみオンに切り替えるために、駆動デバイス５９の第２の入力Ｑに入力される第２の入力値が存在する。閾値Ｉｌｉｍは１組の第２の比較器５８ａ、５８ｂ、５８ｃに入力され、測定された位相線の交番電流（すなわち相電流Ｉａ、Ｉｂ、Ｉｃ）も相毎に個別に第２の比較器５８に入力される。第２の比較器５８は、交番電流の現在の値を閾値Ｉｌｉｍと比較し、イネーブル信号をそれぞれの指定された駆動デバイス５９に、相電流が閾値Ｉｌｉｍより小さいまたは閾値Ｉｌｉｍ以下の場合にのみ、出力する。

図６は、図４に示す整流器に接続される（図１に示す受信デバイスのような）受信デバイスを含む構成が動作する間の、時間の関数としての種々の量の一例を示す。図４の整流器は簡単化のためだけに選択されている。整流器の出力側の直流電圧の同様の動作は、図１〜図３の図に示されている整流器及び整流器の各ブランチに２つのスイッチが存在するということに対応して変形されたスイッチの制御で実現可能である。

図の横軸は、正規化された時間、すなわち、時間ｔとスイッチ１２をオンまたはオフに切り替えるサイクルの周期ｔａｕ＿ＡＲとの商に相当する。図の上部３分の１において、縦軸は受信デバイスの交番電流に相当する。横方向の双方向矢印は、共振周波数ｆ＿ＲＥＳで変動する交番電流の周期ｔａｕ＿ＲＥＳを示す。その例において、電流のピーク値は−２０Ａと２０Ａの範囲である。図の中央部３分の１では、縦軸は整流器の直流電圧に相当する。その例では、電圧の値は６０Ｖと７０Ｖの間で変動する。図の下部３分の１において、縦軸はそれぞれの信号の電圧及び閾値の電圧に相当する。その例では、閾値は０．４Ｖであり、このレベルでの水平線によって示されている。横方向の双方向矢印は、スイッチ１２をオフに切り替えるサイクルの周期ｔａｕ＿ＡＲを示す。

図６の上部３分の１に示すように、整流器の入力側の交番電流は共振周波数で振動する。例えば、上記で図５に関連して説明したように、三角波信号（図６の図の下部３分の１、ピーク値０Ｖと１Ｖの間で変動する）は、閾値と比較され、整流器のスイッチ１２の切り替えをトリガする。三角波信号が閾値（例では０．４Ｖ）の下に下がると、スイッチ１２は、−１Ｖから１Ｖへ上がる図６の下部３分の１のステップ関数によって示されるように、オンに切り替えられる。三角波信号が閾値に再度到達すると、これらのスイッチ１２は、１Ｖから０Ｖに下がるステップ関数で示すように、再度オフに切り替えられる。

スイッチ１２がオンに切り替えられる時点において、受信デバイスの位相線は短絡される。従って、図の上部３分の１に示されている交番電流のピーク値は次の周期の間上昇する。更に、図の中央部３分の１に示されている直流電圧は下降する。その下降は再度スイッチ１２をオフに切り替えることによって停止される。その後、スイッチ１２がオフの間、直流電圧は上昇する。

Claims (15)

1. 車両、特にトラックに拘束される車両及び／または道路用自動車へ電気エネルギーを供給する構成であって、
   ・前記構成は、交番電磁界を受信し、且つ、電磁誘導によって交番電流を生成するように適合されている受信デバイス（１）を備え、
   ・前記受信デバイス（１）は、前記電磁誘導によって前記交番電流の１つの相を生成する導電材料によって形成される少なくとも１つのインダクタンス（３）を備え、
   ・前記少なくとも１つのインダクタンス（３）及び前記交番電流の１つの相を生成するために前記インダクタンス（３）に接続されている任意選択的な少なくとも１つの追加の電気素子（４）は、対応する周波数の交番電磁界が前記受信デバイス（１）によって受信される場合、前記交番電流の前記相が生成される共振周波数を備え、
   ・前記インダクタンス（３）及び任意選択的な前記少なくとも１つの追加の電気素子（４）は、前記交番電流を整流し且つそれによって直流電流を生成する整流器（１０）に接続され、
   ・前記整流器（１０）は少なくとも１つの自動的に制御可能なスイッチ（１２、１３）を備え、前記少なくとも１つの自動的に制御可能なスイッチ（１２、１３）は、前記スイッチ（１２、１３）を閉じる、または複数の前記スイッチを閉じることが、任意選択的に前記少なくとも１つの追加の電気素子（群）（４）を含む、前記インダクタンス（３）または複数の前記インダクタンス（３）の両端を短絡する短絡回路をもたらすように配置され、
   ・前記構成は、前記少なくとも１つの自動的に制御可能なスイッチ（１２、１３）を制御するように適合されている制御デバイスを備え、
   ・前記制御デバイスは、前記少なくとも１つの自動的に制御可能なスイッチ（１２、１３）を前記共振周波数より低い周波数でオン及びオフに切り替えるように適合されている、
   構成。
2. 前記受信デバイス（１）は導電材料の複数の位相線（２ａ、２ｂ、２ｃ）を備え、各位相線（２ａ、２ｂ、２ｃ）は前記インダクタンス（３）の１つを備え、各インダクタンス（３）は、前記交番電流の複数の相の１つを生成するように適合され、前記位相線（２ａ、２ｂ、２ｃ）は、前記位相線（２ａ、２ｂ、２ｃ）の一端において、中性点接続を形成するように互いに接続され、前記位相線（２ａ、２ｂ、２ｃ）の前記反対端において、前記整流器（１０）に接続されている、請求項１に記載の構成。
3. 前記位相線（２ａ、２ｂ、２ｃ）の前記反対端の各々は前記整流器（１０）の複数のブリッジの１つに接続され、各ブリッジは互いに直列に接続されている２つの一方向バルブ（１４、１５）を備え、各バルブ（１４、１５）は電流を一方向へのみ通すように適合され、各ブリッジの前記バルブの少なくとも１つは前記自動的に制御可能なスイッチ（１２、１３）の１つと結合され、前記スイッチ（１２、１３）がオンの場合、電流が前記バルブ（１４、１５）を通って前記反対方向へ流れることができ、または前記反対方向へ前記バルブ（１４、１５）を迂回することができる、請求項２に記載の構成。
4. 前記少なくとも１つの自動的に制御可能なスイッチ（１２、１３）は前記整流器（１０）の１つのバルブ（１４、１５）と結合され、前記バルブ（１４、１５）は電流を一方向へのみ通すように適合され、前記スイッチ（１２、１３）がオンの場合、電流が前記バルブを通って前記反対方向へ流れることができ、または前記反対方向へ前記バルブ（１４、１５）を迂回することができ、前記制御デバイスは、前記バルブ（１４、１５）を通る前記電流の前記大きさがゼロであるかまたは所定の閾値より小さい間のみ前記スイッチ（１２、１３）をオンに切り替えることができるように適合されている、請求項１〜３の何れか１項に記載の構成。
5. 前記制御デバイスは、前記少なくとも１つの自動的に制御可能なスイッチ（１２、１３）がオフである前記時間間隔に対する、前記少なくとも１つの自動的に制御可能なスイッチ（１２、１３）がオンである、従って前記短絡回路が存在する、前記時間間隔の前記比を制御するように適合されているコントローラを備える、請求項１〜４の何れか１項に記載の構成。
6. 前記制御デバイスは、前記整流器（１０）の前記直流電流側における前記電圧及び／または電流の前記大きさ（群）に応じて、前記少なくとも１つの自動的に制御可能なスイッチ（１２、１３）のスイッチングを制御するように適合されている、請求項１〜５の何れか１項に記載の構成。
7. 前記構成は、前記整流器（１０）によって供給される電気エネルギーを蓄えるストレージを含み、前記整流器（１０）は前記ストレージに接続され、前記制御デバイスは、前記ストレージを充電するために必要な前記電圧及び／または電流の前記大きさ（群）に応じて、前記少なくとも１つの自動的に制御可能なスイッチ（１２、１３）のスイッチングを制御するように適合されている、請求項６に記載の構成。
8. 請求項１〜７の何れか１項に記載の構成を備える車両であって、前記整流器（１０）は電気エネルギーを蓄えるストレージに接続されている、車両。
9. 電気エネルギーを使用して車両、特にトラックに拘束される車両及び／または道路用自動車を運転する方法であって、
   ・交番電磁界が受信され、且つ、電磁誘導によって交番電流を生成するように使用され、
   ・前記交番電磁界は、導電材料によって形成され、且つ前記電磁誘導によって前記交番電流の１つの相を生成する少なくとも１つのインダクタンス（３）によって受信され、
   ・前記インダクタンス（３）及び、前記インダクタンス（３）に接続されている任意選択的な少なくとも１つの追加の電気素子（４）は、共振周波数で前記交番電流の前記相を生成し、
   ・前記交番電流は整流器（１０）によって整流され、それにより直流電流が生成され、
   ・前記整流器（１０）は、任意選択的に前記少なくとも１つの追加の電気素子（群）（４）を含む前記インダクタンス（３）または複数の前記インダクタンス（３）の両端を短絡する短絡回路がもたらされるように、一時的に閉じられる少なくとも１つの自動的に制御可能なスイッチ（１２、１３）を使用して動作し、
   ・前記少なくとも１つの自動的に制御可能なスイッチ（１２、１３）は、前記少なくとも１つの自動的に制御可能なスイッチ（１２、１３）が前記共振周波数より低い周波数でオン及びオフに切り替えられるように制御デバイスによって制御される、
   方法。
10. 前記交番電流は、導電材料の複数の位相線（２ａ、２ｂ、２ｃ）を使用して生成され、各位相線（２ａ、２ｂ、２ｃ）は、前記交番電流の複数の相の１つを生成する前記インダクタンス（３）の１つを備える、請求項９に記載の方法。
11. 前記整流器（１０）は前記交番電流を整流するために使用されるバルブ（１４、１５）を備え、前記自動的に制御可能なスイッチ（１２、１３）は前記バルブ（１４、１５）と結合され、前記バルブ（１４、１５）は、前記スイッチ（１２、１３）がオフである第１の動作状態において、一方向へのみ電流を通し、且つ、前記バルブまたは前記バルブ（１４、１５）の迂回路は、前記スイッチ（１２、１３）がオンである第２の動作状態において、電流を前記反対方向に通すことができ、前記バルブ（１４、１５）を通る前記電流の前記大きさがゼロであるかまたは所定の閾値より小さい間のみ前記スイッチ（１２、１３）をオンに切り替えることが可能となる、請求項９または１０に記載の方法。
12. 前記少なくとも１つの自動的に制御可能なスイッチ（１２、１３）がオフである前記時間間隔に対する、前記少なくとも１つの自動的に制御可能なスイッチ（１２、１３）がオンである、従って前記短絡回路が存在する、前記時間間隔の前記比が、前記制御デバイスにより制御される、請求項９〜１１の何れか１項に記載の方法。
13. 前記制御デバイスは、前記整流器（１０）の前記直流電流側における前記電圧及び／または電流の前記大きさ（群）に応じて、前記少なくとも１つの自動的に制御可能なスイッチ（１２、１３）のスイッチングを制御する、請求項９〜１２の何れか１項に記載の方法。
14. 電気エネルギーが前記整流器（１０）によって前記車両のエネルギー・ストレージに供給され、前記制御デバイスは、前記ストレージを充電するために必要な前記電圧及び／または電流の前記大きさ（群）に応じて、前記少なくとも１つの自動的に制御可能なスイッチ（１２、１３）のスイッチングを制御する、請求項１３に記載の方法。
15. 車両、特にトラックに拘束される車両及び／または道路用自動車を製造する方法であって、以下のステップ：
    ・交番電磁界を受信し、且つ、電磁誘導によって交番電流を生成するように適合されている受信デバイス（１）を設けることと、
    ・前記受信デバイス（１）に、前記電磁誘導によって前記交番電流の１つの相を生成するための導電材料によって形成される少なくとも１つのインダクタンス（３）を設けることと、
    ・前記少なくとも１つのインダクタンス（３）及び前記交番電流の１つの相を生成するために前記インダクタンス（３）に接続されている任意選択的な少なくとも１つの追加の電気素子（４）を、対応する周波数の交番電磁界が前記受信デバイス（１）によって受信される場合、前記交番電流の前記相が生成される共振周波数で動作するように適合させることと、
    ・前記インダクタンス（３）及び任意選択的な前記少なくとも１つの追加の電気素子を、前記交番電流を整流し且つそれによって直流電流を生成する整流器（１０）に接続することと、
    ・前記整流器（１０）の少なくとも１つの自動的に制御可能なスイッチ（１２、１３）を、前記スイッチ（１２、１３）を閉じる、または複数の前記スイッチ（１２、１３）を閉じることが、任意選択的に前記少なくとも１つの追加の電気素子（群）（４）を含む、前記インダクタンス（３）または複数の前記インダクタンス（３）の両端を短絡する短絡回路をもたらすように、配置することと、
    ・制御デバイスを設け、且つ前記制御デバイスを、前記少なくとも１つの自動的に制御可能なスイッチ（１２、１３）を制御することができるように、適合させることと、
    ・前記制御デバイスを、前記少なくとも１つの自動的に制御可能なスイッチ（１２、１３）を前記共振周波数より低い周波数でオン及びオフに切り替えることができるように、適合させることと、
    を備える方法。

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