JP7387087B2 - レール運搬車両充電システム - Google Patents

Description

本発明は、レール運搬車両電気エネルギー貯蔵および充電システムに関する。より具体的には、本発明は、電車の客車に推進力を搭載するために使用されるバッテリを充電するためのエネルギー貯蔵および充電システムに関する。

とりわけ、英国における国家電化プログラムに対する遅れによって、自律型（「自走式」）鉄道車両、例えば、Ｖｉｖａｒａｉｌ（商標）Ｃｌａｓｓ ２３０ ＤＥＭＵに対する需要が高まっている。Ｃｌａｓｓ ２３０ ＤＥＭＵは、先のＬＵＬ Ｄ７８ディストリクト線列車のボディシェルおよびボギー台車に基づく改造体である。

Ｃｌａｓｓ ２３０は、自走式電車（ＥＭＵ）である。「自走式」とは、推進手段または電源が電車に含まれていることを意味する。該電車は、一連の牽引用電子機器によって制御される車軸装着牽引モータによって推進させる。これらの牽引用電子機器は、適した電源から送り込まれる５００～７５０Ｖの直流に頼っている。これは、ディーゼル発電機、バッテリパック、または燃料電池のうちの１つまたはこれらの混合物とすることができる。本出願人の以前の特許出願である特許文献１（許可される場合は参照により本明細書に組み込まれる）は、Ｃｌａｓｓ ２３０が、バッテリまたはバッテリの列を含むさまざまな電源によって電力供給可能であるように実装できる一種のモジュラーシステムの詳細を提供する。

英国外にこのタイプの鉄道車両用の市場もあることは留意されたい。

列車上の主要または単独推進電源としてバッテリを使用することの問題は、（路線が電化されていないと想定して）範囲に対する固有の制限があることである。現在のバッテリ技術レベルでは、バッテリ式列車の範囲は、一日のうちに必要とされる走行時間より短い距離に制限される可能性がある。

従って、一日の走行の間にバッテリを取り替える必要がある。本出願人の以前の特許出願の特許文献１は、バッテリモジュールを取り替えるための装置および方法を開示しているが、これは、鉄道駅では望ましくない場合がある、ある程度の専門知識および人手を必要とする。

車両に搭載されたバッテリを再充電可能であることが望ましい。これには、充電供給を提供する露出導線には乗客または一般人が決して近づきやすい状態にしてはいけないと述べる、ＯＲＲ（Ｏｆｆｉｃｅ ｏｆ Ｒｏａｄ ａｎｄ Ｒａｉｌ）－鉄道健康安全規制機関（Ｈｅａｌｔｈ ａｎｄ Ｓａｆｅｔｙ ｒｅｇｕｌａｔｏｒｙ ｂｏｄｙ ｆｏｒ ｒａｉｌｗａｙｓ）が課す制限により、英国では問題がある。

既存のインフラストラクチャにも問題がある。既存の電気供給は、典型的には、適当な期間に列車バッテリを充電するために必要とされる電力レベルを送給することができない。

国際公開第２０１７／０２５７５１号

本発明の目的は、上記の問題を克服するまたは少なくとも軽減することである。

本発明の第１の態様によると、
据置バッテリと、
第１の電力レベルで据置バッテリを充電するように構成される電源入力部と、
第１の電力レベルより高い第２の電力レベルで据置バッテリを放電するように構成される電源出力部と、
バッテリ式列車のバッテリを充電するために電源出力部をバッテリ式列車に電気的に接続するための充電装置と、を備える、バッテリ式レールユニットを再充電するためのレール電力貯蔵システムが提供される。

これによって、例えば、いずれかの利用可能な主電力供給、典型的には、２４０Ｖ、４１５Ｖ、１１ｋＶ、３３ｋＶ交流で標準的な電力供給装置を使用することが可能になる。該電力供給装置は、列車バッテリに対するより高い電力の放電のためにバッテリを連続的に充電することができる。

電源入力部は、主電源、および／またはＰＶパネルまたは風力タービンなどの交流電源に接続されてよい。

好ましくは、電源入力部は、据置バッテリを連続的に充電するように構成される。「連続的に」とは、一日の大半を通して、すなわち、２４時間中少なくとも２０時間を意味する。バッテリは、電気が安価である時に充電可能である。

好ましくは、電源入力部は、据置バッテリを細流充電するように構成されることを含んで、据置バッテリを低充電電力で充電するように構成される。

好ましくは、据置バッテリは少なくとも１つのバッテリを格納する容器を含む。好ましくは、容器が輸送容器である、バッテリ群または列で設けられるいくつかのバッテリが提供される。これによって、バッテリ（単数または複数）の容易な取り替えが可能になる。

本発明の第２の態様によると、列車車両によって完全に覆うことができるような大きさの充電レールと、
電車バッテリを充電するための電力供給装置であって、充電電流を充電レールに選択的に供給するように構成される、電力供給装置と、
充電レール上の列車車両の位置および／または動きを検出するように構成されるセンサ装置と、を備え、
列車車両が充電レールを少なくとも部分的に覆う時にのみ充電電流が充電レールに供給されるようにセンサは電力供給装置に接続される、レール運搬車両充電システムが提供される。

有利には、これによって、列車が覆う時にのみ通電する既知の電化路線と異なって、簡易な充電（列車は充電レールに対する接点を有する）および高い安全性が可能になる。

好ましくは、列車車両が充電レールを完全に覆う時にのみ充電電流は充電レールに供給される。

好ましくは、センサは、充電レールで作られている回路を検出するように、かつ作られている回路の検出時に充電電流を印加するように構成される。

感知電位は充電レールに印加されてよく、ここで、センサは、感知電位の結果として流れる感知電流を検出するように構成される。

好ましくは、感知電流は交流であり、充電電流は直流である。

好ましくは、センサは、充電レール上の列車車両の存在を検出するように構成される。

センサは光学センサであってよく、また、電気機械センサであってよい。

上で論じられる２つのセンサの組み合わせは、バックアップ／冗長のために設けられてよい。

好ましくは、システムは、複数の列車車両を同時に充電するように構成される複数の別個の充電レールを含む。

好ましくは、それぞれの別個の充電レールは、充電レール上の対応する列車車両の位置および／または動きを検出するように構成される対応するセンサ装置を備え、ここで、それぞれのセンサ装置は、対応する列車車両が対応する充電レールを少なくとも部分的に覆う時にのみ充電電流が対応する充電レールに供給されるように電力供給装置に接続される。

好ましくは、電力供給装置は複数の充電レールに共通である。

好ましくは、充電レールは２つの走行レールの間に配置される。

好ましくは、充電回路を充電レールと共に作るように構成されるさらなる充電レールがある。

好ましくは、さらなる充電レールは地電位に接続される。

好ましくは、さらなる充電レールは走行レールの外部に配置される。好ましくは、システムは、レール間隔に関してロンドン地下鉄（ＬＵ）の４レール基準に従って構成される。これによって、ＬＵ車両をこのシステムによる使用に容易に適応させることができる。

好ましくは、レール運搬車両充電システムによって充電されるように配置されるバッテリが搭載されたレール運搬車両が提供され、ここで、レール運搬車両は、充電レールとの接触のための電気接点を含む。接点はシューであってよい。

センサ装置はレール運搬車両に搭載されてよい。このセンサ装置は、電気接点と充電レールとの間の電気接続を検出するように、または、レール運搬車両の移動を検出するように構成されてよい。センサ装置は、レール運搬車両の運転者入力を検出するように構成されてよい。

本発明はまた、第１の態様による電気エネルギー貯蔵部、および第２の態様による充電システムを含むレール運搬車両電気エネルギー貯蔵および充電システムを提供する。

本発明の第３の態様によると、車両を推進させるための電気モータと、電気モータに電力供給するために配置されるバッテリと、車両から延在しかつレールに接触するように構成されるレール接触電極と、を備える電気レール運搬車両が提供され、この場合、レール接触電極は、使用時にレールからバッテリに充電電流を提供するためにバッテリに接続される。

「レール」とは、車両より下に、車両の真下または下の脇のどちらかに配置される細長構造体を意味する。レール接触電極または「シュー」は、車両の両側の車輪間にまたは車輪の片側に下方に延在してよい。

例示のレール運搬車両電気エネルギー貯蔵および充電システムについて、添付の図を参照して後述する。

いくつかの車両を含む列車を示す図である。 単一電源式列車車両を示す図である。 電源モジュールが図２の列車車両の電源モジュールベイに挿入されることを示す図である。 第１のレール運搬車両電気エネルギー貯蔵および充電システムの概要図である。 第２のレール運搬車両電気エネルギー貯蔵および充電システムの概要図である。 本発明による第１の充電連動システムの概要図である。 本発明による第１の充電連動システムの概要図である。 本発明による第１の充電連動システムの概要図である。 本発明による第２の充電連動システムの概要図である。 本発明による第２の充電連動システムの概要図である。

図１は、１組のレール２上で走行する４車両電気鉄道列車１を示す。列車は、国際公開第２０１７／０２５７５１号に説明される列車に非常に類似している。列車１は、それぞれが自走式列車車両の形態の複数の電車車両１０を含む。列車１は従って、編成列車（ｍｕｌｔｉｐｌｅ ｕｎｉｔ）と呼ばれてよい。この配置では、４つの車両のうちの２つのみが自走する（すなわち、電力供給される）。しかしながら、任意の適した数の車両があってよく、任意の数の車両が電源内蔵型であってよいことは理解されるべきである。例えば、列車１は４つの車両を含んでよく、これらのうちの２つのみが電動式であってよい。この実施形態では、前部および後部車両１０は、列車１が制御可能である運転室を備える。

「電車車両」という用語は、電気モータによって駆動されるように配置される列車車両を意味すると理解されるべきである。電気モータは、牽引用電子機器によってバッテリから電力が供給される。

図２は、編成列車と呼ばれてよい単一の列車車両１０を示す。車両１０は、メインシャーシまたはフレーム１２と、モノコックとして組付けられる車両本体１４とを含む。メインシャーシ１２の下には前ボギー台車１６および後ボギー台車１８が装着され、これらのそれぞれは４つの車輪２０を有する。２つの電気モータ１７、１９は、それぞれのボギー台車１６、１８に装着され、かつ各ボギー台車１６、１８の車輪２０を駆動させるように配置される。以下に詳細に説明されるように、電気モータは、シャーシ１２に取り外し可能に取り付けられ、かつバッテリを含む２つの搭載電源モジュール２２によって電力供給されるように配置される。

それぞれの電動車両１０は、それぞれの電源モジュール２２に対して１つである２つの電源モジュールベイ２６も備える。電源モジュールベイ２６は、シャーシ１２の下面に取り付けられる、またはシャーシ１２の下側によって画定され、かつ電源モジュール２２が取り外し可能に位置しかつ固定可能であるように構成される。電源モジュール２２が電源モジュールベイ２６内に位置しかつ固定されることによって、電源モジュール２２はメインシャーシ１２の下側に支持される。電源モジュール２２は、電源モジュールベイ２６内に取り外し可能に位置しかつ固定されるため、迅速かつ容易に取り替え可能である。この実施形態では、以下に詳細に説明されるように、電源モジュール２２は、車両１０の縦軸に直角である水平方向に電源モジュール２２を移動させることによって、車両１０の側部から電源モジュールベイ２６に挿入可能である。電源モジュール２２は、車両の下面に近づく必要なく、および車両を持ち上げる必要なく、電源モジュールベイ２６への挿入および電源モジュールベイ２６からの取り外しが可能である。これによって、巻上機または検査ピットのどちらかを必要とすることになるように車両の下側に近づく必要なく、車両１０の電源モジュール２２を遠隔位置で取り替えることが可能になる。

列車車両１０は、それぞれのタイプが異なる方法を利用して電力を提供するいくつかの異なるタイプの互換性があり交換可能な電源モジュール２２によって電力供給可能であるように構成される。本発明の目的のために、電源モジュールはバッテリモジュールである。

図３は、電源モジュールベイ２６内に位置することができる電源モジュール２２を示す。図３に示される電源モジュール２２はバッテリ電源モジュール２２である。電源モジュール２２は、一般的に、立方体状であり、かつ立方体状パッケージを画定する主要構造支持フレーム２８を含む。この実施形態では、電源モジュール２２は、前端３０および後端３２を有し、かつ幅より長い長さを有する。

電源モジュール２２は、外部コンポーネント（具体的には、列車上の電気モータ）を電源モジュール２２に接続するための電気コネクタを含む。安全アース線用の電気コネクタもあってよい。これはボルト連結であってよい。

電源モジュールベイ２６は、国際公開第２０１７／０２５７５１号に説明されるように、モジュール２２の固定および解除を手動で作動させることができる作動ハンドル８４によって駆動される２つの平行棒８２を有する固定機構を含む。

本発明によるエネルギー貯蔵および充電システム１００は図４に示されている。このシステムは、エネルギー貯蔵装置２００および充電装置４００を含む。

エネルギー貯蔵装置２００
エネルギー貯蔵装置２００は、バッテリ列２０２、電源入力部２０４、および電源出力部２０６を含む。

バッテリ列２０２は、個々のバッテリ２１０の列を収容するバッテリ容器２０８を含む。バッテリ列は典型的には、サイズおよび電力容量が大きいが、この実施形態における容器は標準サイズの輸送容器である。該列は、５ＭＷｈほどの電力容量を有する。

電源入力部２０４は、整流器を含む電力変換器２１４に接続される（単相または三相主電源などの）交流電源２１２を含む。電力変換器２１４は、「細流」充電として説明可能である列２０２のセル２１０を絶えず充電するように構成される。これによって、電源出力部２０６を介して後述される充電システム４００によって列車バッテリの高速充電を可能にするように大量のエネルギーをバッテリ列２０２に貯蔵可能になる。

エネルギー貯蔵装置２００は、鉄道駅に位置し、かつ既存のインフラストラクチャから電力供給されてよい。

充電システム４００の第１の実施形態
本発明による充電システムは、４レールシステムに基づいている。一般的に、非電化鉄道には、第１のレール２ａおよび第２のレール２ｂ（図４）を含む、上述されるような１組のレール２がある。２つの走行レール２ａ、２ｂには、移動中に車両１０の車輪２０が接触する。

充電システム４００によると、第３のレール３および第４のレール４が設けられる。第３のレール３および第４のレール４は走行レール２ａ、２ｂに平行である。第３のレール３は第１のレール２ａに隣接するが、レール２ａ、２ｂの外側にある。第４のレール４は第１のレール２ａと第２のレール２ｂとの間にある。

第３のレール３および第４のレール４は鉄道の長さを伸長させず、例えば、支線の終わりの鉄道駅に隣接してよい充電ゾーンＣＺにのみ配置される。第３のレール３および第４のレール４の長さ（すなわち、充電ゾーンＣＺのサイズ）はあらかじめ定められ、かつ充電される最短の列車より短くなるように選択される。このように、第３のレール３および第４のレール４は使用時に列車１によって完全に覆われ得る。

第３のレール３および第４のレール４は電力供給装置、この事例では、電力制御モジュール４０６を介してエネルギー貯蔵装置２００に接続される。第３のレール３は恒久的に地電位であり、第４のレール４は電力制御モジュール４０６によって電力供給装置に選択的に接続可能である。これによって、搭載された列車バッテリには直流充電電流がもたらされる。

車両１０は、第１の電気レール接点４０２および第２の電気レール接点４０４を含む。これらの接点は、電車設計の分野では周知のシューの形態である。第１のシュー４０２は、車両１０が充電ゾーンＣＺにある時、第３のレール３と接触するように構成される。第２のシュー４０４は、車両１０が充電ゾーンＣＺにある時、第４のレール４と接触するように構成される。シュー４０２、４０４は、列車上のバッテリモジュール２６上の充電端子に接続される。このように、モジュール２６のバッテリは貯蔵装置２００から充電可能である。

充電システム５００の第２の実施形態
図５を参照すると、本発明による充電システム５００の第２の実施形態が示されている。

充電システム５００は、第３のレール３および第４のレール４を含むが、これらレールは、３つの近接する別個の充電ゾーンＣＺ１、ＣＺ２、ＣＺ３に分離される。１つまたは複数の充電ゾーンＣＺ１、ＣＺ２、ＣＺ３は列車１の個別の車両１０によって覆われ得る。それぞれの充電ゾーンは、これ自体の対応する電力制御モジュール５０６を有し、この電力制御モジュール５０６は、ゾーンのそれぞれにおける充電レールに選択的に電力供給することができる。それぞれの第３のレール３は、恒久的に地電位であり、それぞれの第４のレール４は、この対応する電力制御モジュール５０６によって電力供給装置に選択的に接続可能である。

それぞれの車両１０は、図４に示されるようなシューの形態の（図示されない）第１の電気レール接点および第２の電気レール接点を含む。

それぞれの充電ゾーンＣＺ１などは個々に連動される。換言すれば、充電電流を関連ゾーンの充電レールに送給できるようにするために、関連の電力制御モジュール５０６は、列車車両が適所にあることを満たすようにする必要がある。

これによって、設けられる充電システムが（この例では）最高３つまでの車両１０の充電を容易に行うことができる。システムは、列車１の長さによって必要とされるように１つまたは２つの車両を充電することもできる。例えば、ゾーンＣＺ１の単一の車両１０は、第４のレール４が他のゾーンＣＺ２、ＣＺ３のどちらかで通電していなくても充電可能である。

連動
上述される充電システム４００、５００のどちらかで、第４のレール４が、露出される時、すなわち列車が存在しない時、（少なくとも危険をもたらすことになる程度に）通電させることが許可されないことは、理解されるであろう。本発明は、列車が存在し、かつ充電電力を受けるための適切な状態に設定される時にのみ第４のレール４を通電させることで、第４のレール４への人的接近が防止されるように徹底するための一連の連動を含む。この連動は以下のようなものになる。これらのそれぞれが、単独でまたは組み合わせて、上述されるようないずれかの実施形態によって採用可能であることは理解されるであろう。

電気接続連動－第１の実施形態
図６ａ～図６ｃは、さまざまな段階の動作での第１の電気連動システム６００の概要図を示す。

第１の電気連動システム６００は、レール側サブシステム６０２および車両側サブシステム６０４を有する。

レール側サブシステム６０２は、２つの充電ゾーンＣＺ１、ＣＺ２における第４の、すなわち「通電」レール４の２つの区分を含む（例えば、充電ゾーンのさらなる説明のために図５を参照）。図６ａ～図６ｃが概要図であり、かつ第３のレール３および第４のレール４の長さが実際には、図５に従って整合することは留意されたい。

レール側サブシステム６０２は、エネルギー貯蔵装置２００（または他のエネルギー供給）の端子に接続される。

エネルギー貯蔵装置２００の通電端子は、第１のレール側電源開閉器６０６を介してＣＺ１の第４のレール４の区分に接続される。第１のレール側電源開閉器６０６は、第４のレール４のＣＺ１区分をエネルギー貯蔵装置２００の通電端子にまたは地電位Ｅに交互に接続することができる。エネルギー貯蔵装置２００の中性端子は、第３のレール３のＣＺ１区分に接続される。中性端子は地電位Ｅに接続される。

第１の直列制御／保護デバイス６０８はエネルギー貯蔵装置２００の下流に設けられる。電力供給装置２００の中性端子とアースとの間の接続がデバイス６０８と電力供給装置２００との間にもたらされることは留意されたい。

レール側サブシステム６０２は、第４のレール４の第１の充電ゾーンＣＺ１部分に接続される信号生成回路６１０をさらに含む。信号生成回路６１０は、高周波（ＨＦ）交流パイロット信号および低周波（ＬＦ）交流パイロット信号を交互に生じさせるように構成される発振器６１２を含む。

エネルギー貯蔵装置２００の通電端子はまた、第２のレール側電源開閉器６１４を介してＣＺ２の第４のレール４の区分に接続される。第２のレール側電源開閉器６１４は、第４のレール４のＣＺ２区分をエネルギー貯蔵装置２００の通電端子にまたは地電位Ｅに交互に接続することができる。エネルギー貯蔵装置２００の中性端子は、第３のレール３のＣＺ２区分に接続される。中性端子は地電位Ｅに接続される。

第２の直列制御／保護デバイス６１６はエネルギー貯蔵装置２００の下流に設けられる。電力供給装置２００の中性端子とアースとの間の接続がデバイス６１６と電力供給装置２００との間にもたらされることは留意されたい。

レール側サブシステム６０２は、第４のレール４の第２の充電ゾーンＣＺ２部分に接続されるレール側検出回路６１８をさらに含む。レール側検出回路６１８は、低周波（ＬＦ）センサ６２０および高周波（ＨＦ）センサ６２２を含む。

レール側サブシステム６０２はレール側コントローラ６２１を含む。コントローラ６２１は、後述されるように、レール側検出回路６１８（具体的には、低周波（ＬＦ）センサ６２０および高周波（ＨＦ）センサ６２２）からデータ信号を受信するように、および、出力制御信号を発振器６１２およびレール側電源開閉器６０６、６１４に提供するように構成される。

車両側サブシステム６０４は２つの車両１０上に設けられる。それぞれの車両１０は、第３のレール３との接触のための集電シュー４０２、および第４のレール４との接触のための集電シュー４０４を含む。それぞれの列車車両１０は、異なる充電ゾーンＣＺ１、ＣＺ２を占有するように構成される。

それぞれの車両１０は、直列充電制御デバイス６２３を有する充電可能電源モジュール２２を含む。

第３のレール接続シュー４０２は電源モジュール２２に接続される。

第４のレール接続シュー４０４はリンクコンデンサ６２４によって接続される。第４のレール接続シュー４０４のそれぞれはまた、それぞれのシューに対して低周波（ＬＦ）センサ６２８を含む車両側検出回路６２６に接続される。第４のレール接続シュー４０４はまた、第１の車両側電源開閉器６３０および第２の車両側電源開閉器６３２にそれぞれ接続される。電源開閉器は、シュー４０４を、地電位Ｅ、または電源モジュール２２の正端子に交互に接続するように構成される。

車両側サブシステム６０４は車両側コントローラ６３４を含む。コントローラ６３４は、後述されるように、車両側検出回路６２６からデータ信号を受信するように、および、出力制御信号を車両側電源開閉器６３０、６３２に提供するように構成される。

システム６００は以下のように動作する。

図６ａは、鉄道車両が存在しない条件でのシステムを示す。充電ゾーンＣＺ１、ＣＺ２両方における第４のレール区分４は、これらをアースＥに接続する電源開閉器６０６、６１４の位置により地電位である。従って、露出されるレールは安全である。発振器６１２はこの条件で低周波（ＬＦ）パイロット信号を生じさせる。

図６ｂは鉄道車両が適所に移動したことを示す。車両のシュー４０２、４０４はレール３、４のそれぞれに接触する。接触すると、低周波信号は、充電ゾーンＣＺ１、ＣＺ２の第４のレール区分４間のリンクコンデンサ６２４を通過することができるため、レール側検出回路６１８におけるＬＦセンサ６２０によって検出可能である。

検出すると、レール側コントローラ６２１は、電源２００を第４のレール区分４に接続するようにレール側電源開閉器６０６、６１４を切り替える。これは図６ｃに示されている。レール側コントローラ６２１はまた、低周波（ＬＦ）パイロット信号から高周波（ＨＦ）パイロット信号に切り替えるように発振器６１２に命令する。

高周波（ＨＦ）信号は、車両側検出回路６２６で高周波センサ６２８によって検出される。この入力を受信する車両側コントローラ６３４は、次いで、車両側電源開閉器６３０、６３２を切り替えて、第４のレール区分４と接触しているシュー４０４がここでエネルギー貯蔵部２２と接触するようにする。現時点では、充電部２００から車両バッテリ２２までの充電回路がある。

レール側検出回路６１８がパイロット信号を常時（高周波または低周波のどちらか）必要とするように構成され、その他の場合は、レール側コントローラ６２１がレール側電源開閉器を地電位Ｅに戻すように切り替えることになることは、留意されたい。このように、シューとレールとの間の接触を少なくする車両の移動によって、可動レール区分への電力は自動的に切断されることになる。

電気接続連動－第２の実施形態
連動の第２の実施形態によると、「ハンドシェイク」システムが提案される。

それぞれの電源（例えば、電力制御モジュール５０６）は、低電力「アドレス」信号を接続された第４のレール４の関連区分にブロードキャストするように構成されるデジタル電子ハンドシェイクモジュールを備える。モジュールはまた、このような低電力アドレス信号を検出するように、および、所定の応答の認識時に電力制御モジュール５０６から充電電流を作動させるように構成される。

それぞれの列車車両はまた、低電力アドレス信号を検出するように、および、所定のアドレスの認識時に接続された第４のレール４の関連区分に低電力応答信号を送るように構成されるデジタル電子ハンドシェイクモジュールを備える。信号は接点／シュー４０４を通過する。

それぞれの電力制御モジュール５０６および接点４０４は一意の「アドレス」信号を有する。

（充電モジュールのそれぞれに一意である）それぞれの充電アドレスは、充電デジタル電子ハンドシェイクモジュールによって常時第４のレール４の関連区分に「ブロードキャスト」される。

シューがレール４の関連区分に接触すると、列車モジュールは充電アドレスを検出する。充電アドレスが予想されるアドレスに適合する場合、電子ハンドシェイクモジュールは接点アドレスをまたこのレール区分にブロードキャストする。

デジタル電子ハンドシェイクモジュールが列車から正確な接点／シューアドレスを読み出す場合、充電が開始される。それぞれの車両が正確な第４のレール区分と接触している位置に列車がある時にのみ、この区分を「通電」させ、充電が開始される。

列車が到着すると、当然ながら、充電部が自身のアドレスを発行し、かつ応答なしまたは擬似応答のどちらかを取得している期間がある。これらの状況では、充電電流はなく、第４のレール区分４は接地している。

充電部の全てがこれらの正確に番号付けされた接点／シューに「通信している（ｔａｌｋｉｎｇ）」時にのみ、システムは列車が正確な位置にあることを知るため、充電を可能にする。

アース接続
システムは、第３のレール３を接続するシュー４０２によるアース接続がなされ、かつ満たされていると証明されることを確認する。

移動検出
（第４のレール４を危険にさらすことが考えられる）列車が動く時に第４のレールへの電力を遮断するように構成される列車移動検出器が設けられる。移動検出は、例としてではあるが、当業者によって理解されるように多くの形態を取ることができる：
・車両１０に向けられる静電センサは、鉄道線路に隣接して配置されてよい。例えば、光ベース（例えば、レーザ）移動センサ、または、ＲＦＩＤ、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）またはＷｉ－Ｆｉ（登録商標）などの無線の形態。
・列車が動いていることを通知するために制御モジュール４０６と通信することができるセンサが列車車両上に配置されてよい。このセンサは、列車の駆動システムに接続されてよい、または例えば、加速を感知することができる慣性デバイスであってよい。

運転者入力検出
運転者が電力を選択するまたはブレーキを解除する任意のアクションが、充電部を無効にしかつ第４のレール４およびこのシューを接地することを検出するためのセンサが設けられてよい。このセンサは、たとえ列車が遠ざかり始めた場合に、第４のレールへの充電電流を遮断するために制御モジュール４０６と通信することになる。

接地シュー
移動時に、全てのシュー４０２、４０４は、保守要員または乗客への感電の危険性を排除するように地電位で保持される。

電気接続連動－第３の実施形態
連動の第３の実施形態によると、代替的な「ハンドシェイク」システムが提案される。

図７ａおよび図７ｂは、代替的な電気連動システム７００の概要図を示す。

電気連動システム７００は、レール側サブシステム７０２および車両側サブシステム７０４を有する。

レール側サブシステム７０２は、１対の電力伝達レール区分３ａ、４ａ、および１対の連動信号レール区分３ｂ、４ｂを含む。区分３ａ、３ｂは一列に並んでおり、区分４ａ、４ｂは一列に並んでいる（がこれは必須ではない）。区分４ａ、４ｂは通電レールである。対３ａ、４ａ、３ｂ、４ｂは単一の充電ゾーンＣＺ内に含まれる。１つの充電ゾーンは充電される必要がある列車のそれぞれの車両に与えられる（が図７ａおよび図７ｂには１つのみが示されている）。

レール側サブシステム７０２は、エネルギー貯蔵装置２００（または他のエネルギー供給）の端子に接続される。

エネルギー貯蔵装置２００の通電端子は、レール側電源開閉器７０６を介して充電ゾーンＣＺの第４のレール４ａの区分に接続される。レール側電源開閉器７０６は、第４のレール４ａの充電ゾーンＣＺ区分をエネルギー貯蔵装置２００の通電端子にまたは地電位Ｅに交互に接続することができる。エネルギー貯蔵装置２００の中性端子は第３のレール３ａの充電ゾーン区分に接続される。中性端子は地電位Ｅに接続される。

レール側サブシステム７０２は、第４のレール４ｂの第１の充電ゾーンＣＺ部分に接続されるレール側信号生成および検出回路７１０をさらに含む。レール側信号生成および検出回路７１０は、パイロット信号を生じさせるように構成される発振器７１１の形態の信号源を含む。レール側信号生成および検出回路７１０はセンサ７２０を含む。

レール側サブシステム７０２はレール側コントローラ７２１を含む。コントローラ７２１は、後述されるように、レール側信号生成および検出回路７１０（具体的には、センサ７２０）からデータ信号を受信するように、および出力制御信号を、発振器（図示せず）、および、レール側電源開閉器７０６を制御するＰＬＣ７０７に提供するように構成される。

それぞれの車両１０上に車両側サブシステム７０４が設けられる。それぞれの車両１０は、第３のレール区分３ａと接触する第１の列車シュー４０２ａ、第３のレール区分３ｂと接触する第２の列車シュー４０２ｂ、第４のレール区分４ａと接触する第１の列車シュー４０４ａ、および第４のレール区分４ｂと接触する第２の列車シュー４０４ｂを含む。それぞれの列車車両１０は、異なる充電ゾーンＣＺを占有するように構成される。

それぞれの車両１０は、（図示されない）直列充電制御デバイスを有する充電可能電源モジュール２２を含む。第３のレール接続シュー４０２ａ、４０２ｂは電源モジュール２２に接続される。

車両側サブシステム７０４は、発振器７０５の形態の信号源を含む車両側信号生成および検出回路７３０をさらに含み、この回路は第４のレール４ｂの第１の充電ゾーンＣＺ部分に接続される。車両側信号生成および検出回路７３０はセンサ７３２を含む。

電気連動システム７００の動作について、ここで説明する。

充電レール４ａ、４ｂは、車両１０が充電ゾーンＣＺにない場合に、充電レール４ａ、４ｂが「通電」しないように徹底するために連動がクリアされるまで地電位で保持される。

列車が充電ステーションに到着すると、車両側信号生成および検出回路７３０は、車両が存在し、かつ列車が作動している（例えば、運転者の鍵が設置されているおよび／またはブレーキがオフになっている）ことを示す信号を送信する。この信号は一般的に、列車が充電ステーションに到着する時だけでなく、常時生じる。この信号はレール側信号生成および検出回路７１０によって受信される。センサ７２０は、車両が適所にあり、かつ列車が依然作動しているという事実を検出する。

運転者の鍵が除去されるおよび／またはブレーキがかけられると、異なる周波数の信号は、車両側信号生成および検出回路７３０によってレール側信号生成および検出回路７１０に送信される。それに応じて、レール側信号生成および検出回路７１０はさらなる周波数で信号を送信する。

本発明のこの実施形態の「ハンドシェイク」は、車両側信号生成および検出回路７３０とレール側信号生成および検出回路７１０との間の特定の周波数の信号の交換を含む。

「ハンドシェイク」が完了すると、車両の充電の準備をするためにＰＬＣ７０７を介してレール側信号生成および検出回路７１０から車両側信号生成および検出回路７３０に信号が送信される。充電を開始するために、ＰＬＣ７０７からレール側電源開閉器７０６に信号が送信される。

充電中はずっと「ハンドシェイク」は継続する。「ハンドシェイク」がうまく完了し、かつ運転者の鍵が取り外されたままであるおよび／またはブレーキがかけられている限り、充電を継続させる。

運転者の鍵が再挿入されると、送信された信号の周波数の変更が、レール側信号生成および検出回路７３０によって受信され、レール側電源開閉器７０６は電力の供給を止めるために開放される。

上記の実施形態では、車両１０はシューの２つの対４０２ａ、４０２ｂ、４０４ａ、４０４ｂを有すると説明されているが、車両が１対のシューを有してよいことは理解されるであろう。

本実施形態は、既存の鉄道車両が、信号を提供するために利用可能である、列車全体を通して送られる「運転者の鍵」信号を有する傾向があるため、有益である。従って、車両間のさらなる配線は必要とされない。

上記の実施形態では、レール側サブシステム７０２は、単一の充電ゾーンＣＺにおいて、第４のまたは「通電」レール４ａ、４ｂの２つの区分、および第３のレール３ａ、３ｂの２つの区分を含むとして説明されているが、レール側サブシステム７０２が単一の充電ゾーンＣＺにおいて、第４のまたは「通電」レール４の単一区分、および第３のレール３の単一区分を有してよいことは理解されるであろう。この実施形態では、連動信号は充電中に電力信号に重ね合わせられる。

さらなる実施形態によると、車輪センサは連動検出装置と直列に使用可能であり、それによって、適所以外に車両が動くと充電動作を停止することにもなることは、留意されたい。センサは、例えば、光学または磁気のものであってよい。

変形は本発明の範囲内にある。

充電システム４００は、エネルギー貯蔵装置２００と共に機能するように構成されるが、システムが独立して使用可能であることは留意されたい。

例えば、エネルギー貯蔵システム２００は、例えば、列車バッテリ装置に手動で差し込まれるリード線を必要とする、任意の他のタイプの充電システムと共に使用されてよい。充電システム４００は、電気生成器または主電源などの他の電源と共に使用されてよい。

バッテリ列２００は、主グリッド以外の手段で充電されてよい。例えば、再生可能なエネルギー生成器は、単独でまたは主電源と組み合わせて該列を充電するために、容器２０８および／または隣接ステーション上に設置されてよい。例えば、ソーラーパネル、または風力タービンが設置されてよい。

第３のレールの代わりに、第１のレールおよび／または第２のレールは地電位であってよく、かつ充電回路を完成させてよいが、これは好ましくない。そのように、車輪、ブラシギア、および走行レールを、充電用のアース経路として使用することは可能であると思われるが、これは好ましくない。

システムは、直流の代わりに鉄道車両に交流を提供するように構成されてよい。

Claims (18)

1. 列車車両によって完全に覆うことができるような大きさの充電レールと、
   電車バッテリを充電するための電力供給装置であって、充電電流を前記充電レールに選択的に供給するように構成される、電力供給装置と、
   前記充電レール上の列車車両の位置および／または動きを検出するように構成されるセンサ装置と、を備え、
   前記列車車両が前記充電レールを少なくとも部分的に覆う時にのみ前記充電電流が前記充電レールに供給されるように、前記センサ装置が前記電力供給装置に接続され、
   前記センサ装置は、さらに、前記列車車両の運転者による車両電力の選択または車両ブレーキを解除する入力を検出し、前記入力の検出に応答して前記充電レールへの前記充電電流の供給を終了させるよう構成される、レール運搬車両充電システム。
2. 前記列車車両が前記充電レールを完全に覆う時にのみ前記充電電流は前記充電レールに供給される、請求項１に記載のレール運搬車両充電システム。
3. 前記センサ装置は、前記充電レールで作られている回路を検出するように、かつ作られている前記回路の検出時に前記充電電流を印加するように構成される、請求項１または２に記載のレール運搬車両充電システム。
4. 感知電位を前記充電レールに印加するように構成され、前記センサ装置は、前記感知電位の結果として流れる感知電流を検出するように構成される、請求項３に記載のレール運搬車両充電システム。
5. 前記感知電流は交流であり、前記充電電流は直流である、請求項４に記載のレール運搬車両充電システム。
6. 前記センサ装置は、前記充電レール上の列車車両の存在を検出するように構成される、請求項１から５のいずれか一項に記載のレール運搬車両充電システム。
7. 前記センサ装置は、電磁センサ、例えば、光学または無線周波数センサである、請求項６に記載のレール運搬車両充電システム。
8. 複数の列車車両を同時に充電するように構成される複数の別個の充電レールを含む、請求項１から７のいずれか一項に記載のレール運搬車両充電システム。
9. それぞれの別個の充電レールは、前記充電レール上の対応する列車車両の前記位置および／または動きを検出するように構成されるセンサ装置をそれぞれ備え、各前記センサ装置は、対応する列車車両が対応する前記充電レールを少なくとも部分的に覆う時にのみ前記充電電流が対応する前記充電レールに供給されるように前記電力供給装置に接続される、請求項８に記載のレール運搬車両充電システム。
10. 前記電力供給装置は複数の前記充電レールに共通である、請求項９に記載のレール運搬車両充電システム。
11. 前記充電レールは２つの走行レールの間に配置される、請求項１から１０のいずれか一項に記載のレール運搬車両充電システム。
12. 充電回路を前記充電レールと共に作るように構成されるさらなる充電レールを含む、請求項１から１１のいずれか一項に記載のレール運搬車両充電システム。
13. 前記さらなる充電レールは地電位に接続される、請求項１２に記載のレール運搬車両充電システム。
14. 前記さらなる充電レールは走行レールの外部に配置される、請求項１３に記載のレール運搬車両充電システム。
15. 前記レール運搬車両充電システムによって充電されるように配置されるバッテリが搭載されたレール運搬車両を含み、該レール運搬車両は、前記充電レールとの接触のための電気接点を含む、請求項１から１４のいずれか一項に記載のレール運搬車両充電システム。
16. 前記センサ装置は前記レール運搬車両に搭載される、請求項１５に記載のレール運搬車両充電システム。
17. 前記センサ装置は、前記電気接点と前記充電レールとの間の電気接続を検出するように構成される、請求項１６に記載のレール運搬車両充電システム。
18. 前記センサ装置は、前記レール運搬車両の移動を検出するように構成される、請求項１７に記載のレール運搬車両充電システム。

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