TW201022061A - Producing electromagnetic fields for transferring electric energy to a vehicle - Google Patents

Description

201022061 六、發明說明：

【明戶斤屬^_ 4*5"々貝J 本發明係有關用以向一車輛，尤其是向—有軌車輛， 例如，一輕軌電車(例如，一有軌電車)輸送電能之系統與方 法。

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於特定有軌車輛中，例如，習見的軌道車、單軌車、 電車巴士以及利用其他裝置(例如，利用其他機械裝置、磁 式裝置、電子裝置及/或光學裝置)被引導在—軌道上之車 輛，需要用於在軌道上推進以及用於操作不產生車輛摩擦 力之輔助系統的電能。此等辅助系統是，例如，發光系統、 發熱及/或空調系統、通風以及旅客資訊系統。但是，更特 別地，本發明係有關將電能輸送至一車輛，其不必要是(但 最好是卜有軌車輛。―般而言，該車輛可以是，例如，具 有-電氣操作推進馬達之車輛。該車輛同時也可以是具有 混口推進系統之車輕，例如，其可以是利用電能或利用 其他能量被操作，例如，利用電化學儲存能量或燃料(例 如’天，然瓦斯、汽油）之_。 有軌車輛，尤其是用於大眾旅客運輸之車輛，通常包 ❹1置）以供沿著軌道，例如，_電氣軌道 或—架空管線’ *機械式地及電氣式地接觸-線路導體。 ^車體上之至個推進馬達自外部軌道或線路被饋送電 力並且產生機械推進力。 有電車、及其他區域性或地方性火車通常經由在城 3 201022061 市内之架空管線被操作。但是’特別是在具歷史性城市部 份中，架空管線不是所需的。另—方面，在地面或接近地 面之導電鐵軌亦導致安全問題。 在國際專利w〇95/30556A2案中說明一執道供電式電 氣車輛系統。該全電氣車輛具有 存元件或裝置，其可自—電源(例如，-機電式電關Γ) 得到電能㈣速地縣電《供電。該魏職元件可在

車輛操作時被充電。該充電可經由電力元件之網路(例 如，被嵌進鐵道中之線圈）而發生。 沿著鐵道長度將線圈置放在所選擇之位置具有之缺點 疋輛在車體上需要有大儲存容量的電能儲存器。此外， 車輛不能及時抵達下-個線圈時，該車輛可能耗盡用 :推進或其他用途的電能。因此，至少於一些應用中，其 料^沿著行進路線，亦即沿著軌道，科續地將電能輸 送至車輛。

自軌道感應式將魏輪送至料，亦即產生電磁場， 疋遭受關於EMC(電磁適合性)之限制。-方面，電磁場可 能與其他專Η«置發生干擾。另—方面，人們以及動物 可能無法長期地承受_場。至少，對於場強度之分別的 限定數值必須被監視。 C發明内容3 β本發明之―目的是提供_輸送電魅-車輛（尤其 有軌車輛)之系統與方法，其允許在車輛行進期間 電能的連續輸送並且其容易符合峨之分別的限制。 4 201022061 依據本發明一基本論點電此* 著軌道被配置之 電氣導體配置被轉移至在軌道上行進之車在該車輛和 導體配置之間無電氣接觸。該導體配置攜帶-交變電流， 其產生-分別的電磁場且該電磁场被使用以將該電能輸送 至該車輛。 最好是，該導體配置被怖置於軌道中及/或在軌道之 下，例如，在車輛行進於其上的地表之下但是，本發明 同時也包括至少一部份的導體配置被佈置於軌道的旁邊之 情況，例如，當軌道被佈置在郊外或一隧道中時。 流動經由導體配置之交變電流的頻率可以是在5-100 千赫(kHz)範圍中，尤其是於瓜财赫範圍中，最好是大約 為20千赫。 利用電磁場輸送能量之原理具有之優點是導體配置可 電氣絕緣而不接觸。例如，導體配置之電線或線路可被埋 藏在地下中。沒有行人可無意地接觸該等埋藏線路。更進 一步地，被使用以接觸標準架空管道或通電鐵軌之接觸器 的磨損以及破裂問題將被解決。 如在國際專利WO95/30556A2案中之主要揭示，在執道 上行進之車輛可包括至少一線圈以及可在該線圈中產生一 電氣交變電壓之電磁場，其可被使用以操作車輛中之任何 電氣負載，例如’一推進馬達，或可被使用以充電一能量 儲存系統，例如’習見之電池及/或超級電容(super caps)。 為了降低沒有車輛被驅動時之電磁場，導體配置之片 段(s亥等片段是沿著車輛行進路線延伸的連續片段），可僅當 5 201022061 其需要時被操作。例如’於行進方向之… 段長度是較短車輛長度， ^料路線之片 延伸之行進路線之分別區域時僅二=佔用片段沿其 其是’被-軌道車輛佔用专喟 X 了破操作。尤 鐵軌上驅動。最好是，僅::翻正在片段沿其延伸的 別區域時，該“車I线仙彳t料線之分 進方向軌道車"是較， Μ仅亚且如果以財心觀看㈣ 尾部超越片段之限度。因此提議，在用 :車接收裝置進入片段沿其延伸的行進::::: 刖，该片段被導通(亦即，經由該片段之交變電朗始流動）。 傳輸能量（其是經由片段以產生交變電流所需要）的最 有效方法是㈣-電流供應線路1果該供應線路攜帶— 交變電/,IL，則在至該片段的分別界面之開關可被導通以開 始操作該片段。 但是，供應線路中之一交變電流同時也可導致一電磁 場。這電磁場可被環境所遮蔽，例如，藉由將供應線路埋 藏在地面中及/或藉由使用金屬屏障。 本發明提出另一方式：供應線路中之電流是一直流電 流並且連接供應線路與片段之交變電流線路的開關是—換 流器之部件。該換流器藉由重複地導通及切斷該等開關而 產生交變電流。最好是，各換流器直接地被佈置在一片段 末端。換言之：本發明之概念是局部地產生交變電流並且 最好是在當地點與當時間所需要處。 如果一片段將不被操作，則換流器之開關將不操作， 201022061 ' 疋長期地被切斷。因為供應線路攜帶直流電流，故 u仏應線路不產生一交變電磁場。更進一步地，僅那些被 • 導通的片段（亦即，其藉由換流器被饋送)產生電磁場。因 : 此，EMc標準可容易地被滿足並且電能損失可被降低至最 小。本發明之一基本論點，是用於提供及操作作為換流器 4件之開關的功效，不是顯著地較高於用於提供及操作在 交變電流供應線路和片段之間的開關。該等開關數量甚 • 至可被降低。例如，依據第11圖具有一個三相交流電源供 應線路以及具有三相位之片段的配置，在連續片段之間的 • 各界面處包括有9個開關。依據第12圖之具有直流供應線路 且同時也具有三個相位之片段的對應配置，則在連續片段 之間的各界面僅需要6個開關。 使用一直流電源供應線路可克服交流電源供應線路之 缺點，因該交流線路包括需要被補償之一電感，例如，利 用在沿著行進路線之固定區間的電容補償。因為直流供應 φ 線路中之電流是—直流電流，由於任何電感補償之損失不 會發生。 交變電流供應線路進一步的問題係有關AC供應線路 供電方式。固定電流源可被連接到該AC供應線路且產生— 固定電流，無關於電氣負載之尺度。另一方面，AC供應線 路中之損失也與負載無關，亦即，電氣損失隨時地發生。 更進一步地，需要設計用於主要操作的所有AC供應線路之 元件，例如，電纜線、開關以及濾波器。 當片段中沒有電流被抽取且被轉換成為一交變電流 7 201022061 時’則直流電供應線路不會產生損失。用以過濾非所需的 頻率之濾波器對於DC供應線路不是必需的。 當被饋送一固定電流源之一AC供應線路被使用時，其 將不容易檢測一短路電路。DC供應線路中是較不可能有一 短路電路並且可容易地被檢測。 直流電供應線路可以相同於標準直流電供應線路（例 如，通著電流的鐵軌)之方式被饋送電能，其將利用一車輛 之滑動接觸器被接觸。 尤其是，下面事項被提出··用於將電能輸送至一車輛 (尤其是關於-有轨車輛’例如，一輕軌電車)之系統，其中 •該系統包括用以產生-交變電磁場以及因而用以輸 送該電能至該車輛之一電氣導體配置，

—r瓶配罝包枯至少一交流線路，其中各交流 線路是適用於攜帶一相位之一交變電流， L 該導體配置包括複數個連續片段，其中該等片段广 者該車_進路線而延伸，各片段包括各該 交流線路之—部份， 段之一直流供 該系統包括用以將電能供應至該等片 應線路， •減至少一換流器被連接到該供應線路，索 流成‘I:由=線路所攜帶之直流電㈣ 田。亥至少-交流線路所攜帶 伸 尤其是，該供應線路可沿著行 =。 例如’供應線路可大致地平行於鐵路之鐵軌： 201022061 換流器可被分佈在行程部份上以連接供應線路與產生電磁 場之電氣導體配置的片段。 一片段被認為是導體配置之一部份，其中各片段產生 用以輸送電能至一車輛之電磁場’假設片段被導通，亦即， 被操作。尤其是，各片段可包含至少二線路導體配置之部 份’其中各線路是適用於攜帶一不同相位之交變電流。 更進一步地，一種用以向一車輛（尤其是關於一有軌車 輛，例如’一輕執電車)輸送電能之方法被提出，其中：

-一電磁場藉由一電氣導體配置被產生，因而將向該車 輛輸送電能， -該電磁場藉由引導一交變電流經過該電氣導體配置 之連續片段之至少-片段而被產生，其中該等片 段沿 著該軌道而延伸， 1 乂變職藉由操作或不操作複數個換流 :者而受限於該電氣導體配置之—敎片段或一特 疋的連續片段列，於各情況令，該等換流器連接一直 流供應線路至二個連續片段之間的一界面，以便在該 車輕仃進路線之-限龍域巾產生該電磁場。 二是:該:氣導體配置包括三線路，各線路攜帶-相或多於t二相父變電流。但是’其同時也可能，僅有二 /各兮;:目利用一對應數目的交流線路所攜帶。尤其 二3 (^可包括各該等線路之部份，因而各片段產 錢之情"，通常，彳目位移相是12〇。。各相 9 201022061 位中之交變電流可以是利用換流器所被產生之一弦波式或 幾乎是弦波式電流。關於該等換流器之操作，尤其是關於 控制換流器之開關的方法，例如，參考鐵路牽引車輛推進 馬達之㈣。錢討叫肖單元(其控财通㈣ - 斷開關之刀別私序之時序）而被控制。但是，該等驅動單元 ：. 可利用調節所有驅動單元時序的換流器之一較高階控制裝 置而被控制。這控制裝置可接收一同步信號，以便使不同 換流器的操作同步化。但是，另外地，不同換流器的同步 也可以利用一單一控制裝置被進行，其藉由直接地控制該 參 等驅動單元或藉由輸送同步信號至換流器的各控制裝置而 進行該同步化。這意謂著，最好是，對於複數個換流器至 、 少有一個控制裝置並且這較高階的控制裝置直接地控制或 間接地控制換流器之開關操作。這控制裝置可以是一特定 換流器之控制裝置並且所有的換流器也可具有此一控制裝 置。於此情況中’較高階的控制裝置經由換流器之控制裝 置間接地控制開關。另外地’可能僅有一個較高階的控制 裝置用於直接地控制該等開關。 ® 一般而言’用於該等換流器開關控制之結構可在本發 明不同的實施例中以不同的方式被實現。在任何情況中， 利用不同換流器的開關進行同步化切換程序，最好是，如 下面將更詳細地說明。 同步化不必然表示不同換流器的切換程序得在相同時 間被進行。反而，該同步化可能導致由不同換流器所產生 之交變電壓的一相位移。例如，在一片段之一第一端點的 10 201022061 一第一換流器可能產生一第，交變電壓（或更精確地說：一 電位），並且在該片段相對端點之一第二換流器可能產生一 第二交變電壓。例如，這些交變電壓可具有180。之相位移。 因此，一交變電流在該片段中被產生° 另一方面，第一及第二換流器被同步化之方式可以使 得在該片段相對端點的交變電壓沒有相位移。於此情況 中，在該片段中將沒有交變電流被產生。但是，如果換流 器之一的操作被停止（亦即，換流器開關不再導通且被切斷） 的話，則其他換流器以及在另一片段之進一步的換流器可 經由一連續片段列導致一交變電流。因此，依據第—實施 例，連續片段中之相位線路彼此串聯連接或可被切換而彼 此串聯連接。 尤其是’該系統可適用於開始一第三換流器之操作 以便導致交變電流流動經過一延伸的連續片段列，其中該 第三換流器連接供應線路至另一片段部份的一第= 點， 其中，該第三端點沿著軌道比第二端點更遠離第一端點地 被佈置且被佈置在延伸連續片段列之末端，並且其中該系 統是適用於使第三換流器與第二換流器同步化，因而第一' 和第二換流器不具相位移地被操作。結果， _ %禾一端點和 第三端點之間的片段中沒有交變電流。但是，尸 、 、«換 流器一被切斷（亦即，停止第二換流器之操作），如果在第一 換流器和第三換流器之間有—相位移的話，則—交變電: 將經由延伸之連續片段列在第一端點和第三端點之門產 生。 11 201022061 在稍後步驟中，第二換流器可再次被導通並且可比較 於第二換流器而具相位移地被操作，並且比較於第一轉換 器而不具相位移地被操作。因此，在第一端點和第二端點 之間的交變電流停止流動，但是在第二端點和第三端點之 間仍然有一交變電流。因此，第一換流器可被切斷。 在前面段落中所說明之程序可被重複以供用於沿著行 進路線之進一步的片段，因而在一車輛行進之片段中產生 交變電流。尤其是，如在這說明中之別處所述地，交變電 流可藉由僅為一車輛所佔用之區域中的片段被產生。 最好是，於行進方向中行進路線（片段沿其延伸）之部份 疋較紐於軌道上一車輛的長度，並且僅當一車輛佔用片段 被佈置於其上的轨道分別部份時該系統方調適用於操作 (並且尤其疋導通)該等#段。因為僅有在軌道之下（或在類 、随c旁邊的些情況巾）之#段被導通車輛屏障環境使 免文由導體配置所產生之電磁場的影響。最好是，僅有完 ，為車is所佔帛之#段被操作，亦即在沿著行進路線之 方向該等被操作之片段不延伸超越車輛前端並且不 延伸超越車輛尾部。 取計是

μ寺片段之被操作方式使得當車柄沿著4 路線行進時有來自該等片段之連績輸送至車輛的電能 =及等片段可以是—連續片段列（亦即，_系列)之部 :。亥列沿著行進路線延伸。這意謂著，一第—片段( 收::所佔用)可被操作並且在該車輛進入(或在該和 、進入)該列下一個片段之前，該下一個片段被導: 12 201022061 第片&可在車輛已離開行進路線對應部份之

另一方面， 後被斷電。 ―”對應部份，，㈣為是具有(在料行祕線之縱長方 向中)如導體配置對應的片段相同延伸的—部份。”連續的電 能輸送”意謂著當對躺片段操作時車歡接㈣置叙常 是在—部份中（例如，該等片段線路财心產生-電磁場 之父變電流’以便提供魏至該車輛）。#—連⑽段被導 通時或當第-片段被斷電時(例如，如果換流器操作開始或 停止）’經軸料料狀㈣村歸生—蹄中斷(例 如’幾毫秒）。儘管如此，電能之輸送是，，連續的"，因為當 對應的片段被操作時’車輛的接收裝置被置於—部份中: 但是’最好是，钱輸制時也情的。此不中斷輪 送範例將在下面被綱。如果連續部㈣線路彼此互相争 聯連接的話，則不中斷輸送尤其是容易達成的。因此，依 據第-實施例，導體配置被配置之方式使得至少二個連續 片段可在相同時間操作，其中在連續部份中用以攜帶同相 交變電流之對應線路彼此串聯連接。例如，在連續片段之 間的界面可包括一開關、一配置或可連接或斷開對應線路 的開關。但是，最好是，連續片段的相位線路是彼此互相 永久地串聯連接’並且該等片段之操作可藉由操作(或不操 作）分別的換流器而被控制。 >、 依據一第二實施例，用以攜帶連續部份中之同相交變 電流的線路不彼此互相連接。這實施例之優點是，非致動 片段完全不產生電磁場，因為它們自致動片段被解除耦 13 201022061 合。一範例將參考圖形被說明。 個。T:被操作之連續片段的數目不被限 i不=’例如’如果1的車柄在路線上行進，_， 片置具有接收裝置的-車輛，則三個或更多個速續 在相同時馳操作1此情財，最好是，僅當最 後的接收裝置已離開對應

段方被斷電。 $片&之路線部份時，該W

開始或停止片段操作之處理程序可使用該 一個相位線路被控制。最好是，為—車輛佔用之軌道的〆 ^別部份可以被檢測’尤其是利用檢測該片段線路中〆電 壓及，或-電流，其是因#至線路之感餘合所導致及/ 或因車輛所產生之電磁場所導致。相對地…量測裝^ 被連接職料紅至少1。最好是，舰個或所有的 片段線路被連接到一量㈣置及/或連接到相同的量測裝 置。量測裝置剌於藉由檢_車輛至線路之感應麵合所 導致及/或因車輛所產生之電磁場所導致之線路中的電壓及 /或電流或-分離環路而檢測在軌道的分㈣份上為 佔用部份。 «==τ用以接_電能之-車輛的接 收裝置進人被佈置-片段的行進路線部份之前使該片段 導通。 例如，該等片段長度之尺度標定方式可使得該等片段 之至少-者為軌道上-車輛所縱向覆蓋，亦即，轨道上— 車輛最小長度是-個諸長度之2倍長(最好是，所有的線 14 201022061 用以接收轉移電能之車輛接 在車輛的中間部份中。更進 路片段具有相同長度）。因此， 收裝置可以縱長方向地被佈置 -步地，最好是僅有完全為軌道上—車㈣覆蓋著之片段 被導通。另-方面’進人H線路片段上面區域之車輛 —進入下一個線 事件可被檢測（如上所述地）’並且只要車輛 路片段上面之區域，則這線路片段將被導通

因此，在車輛離開線路片段上面區域之前，片段將被 切斷。最好疋，匕們在其不再完全為該車輛所覆蓋之前被 切斷。 如果導體配置包括多於一個的交變電流線路(例如，相 位線路）’則檢測車輛進入或離開一特定線路片段之事件， 可僅只使用該等線路之一被進行。但是，其他的線路可對 應地被導通且被切斷，亦即，導體配置包括一些部份，其 中在其他部份中的所有線路可一起被導通及被切斷。 依據本發明一較佳實施例，在該等片段之至少一片段 中的該等線路之至少一線路（最好是所有該等片段中的所 有線路）被配置方式可以使得’當交變電流流動經過線路 時，該等線路產生一列連續之電磁場磁極，其中該連續磁 極具有交錯磁極性。該列連續的磁極以車輛行進方向延 伸，該行進方向利用軌道或利用行進路線被定義。另外地’ 該至少一線路包括複數個部份’其橫交於利用執道或行進 路線被定義之車輛的行進方向而延伸。於此情況中’相同 線路部份以一列方式沿著行進路線(例如’軌道)被配置’使 得當一交變電流流動經過該線路時’交變電流以相對方向 15 201022061 交錯地流動經過該列的連續部份。 利用該等線路及/或不同線路部份被產生之磁極是，在 各時間點在行進方向延伸之—重複序列其中該重複序列 對應至相位序列。例如於具有相位U、V、W之一個三相交 變電流的情況中，攜帶相位U之—部份之妓接著攜帶相位 V之一部份，其後依序地接著攜帶相位w之一部份，並且這 相位u、v、w之順序於軌道方向（亦即，以行進方向）被重 複許多次。稍後將參考附圖說明一範例。

於上述之本發明較佳實施例中，當交變電流流動經過 線路時’該至少一線路產生一列連續電磁場磁極，其中連 續的磁極具有交錯磁極性。換言之：在一所給予的時間點， 在線路中之交«，黯生（在行財向）具有—磁場向量（其 以該線路之-第-區域之-第-方向蚊位）之—磁場該 第-區域之後接著該線路n區域，其巾該磁場之磁 場向量以第-方向之相對方向被定位’其後再接著線路之 另-區域’其中該磁場向量再次以第一方向被定位，等等。

但是’不經常是第-方向和該線路下面區域中的磁場向量

方向正好以相對方向被定位之情況。—個理由可能H 線路沒正好以蚊、重複料被配置。另_理由可能是^ 體配置的其他線路之非對稱的影響。進_步的理由可能θ 外界電磁場。同時，在軌道上行進之鱼 浥之車輛也將影響所產生 但是，利用導體配置相同線路在各時間點被產生之交 錯磁極原理具有下列優點，在導體配置旁邊產生之電磁尸 16 201022061 強度具有一非t α rfc 吊j、的強度’其因至導體配置之距離增加而 快速地減少。換+ 狭3之’在線路區域中之相對定位的磁場在 線路旁邊之上被重疊置放並且彼此互相補償。因為在軌道 兩侧上僅需要具有非常小的電磁場強度，最好是，至少一 線^電氣導體配置被佈置於軌道之中及/或在軌道之下，其 中心又於行進方向而延伸之線路部份於水平之平面延伸。 於本文中，’’ 7卜ςρ丨，... 八十同時也涵蓋軌道可形成一彎曲狀且是稍

微地傾斜之情況。對應地，線路部份之分別的"水平"之平 面同時也可以是稍微地傾斜。水平因此是彳旨執道是在-水 平的平面延伸之標準情況。相同情況適用於行進路線或轨 道往上地引導至—坡地上或自該坡地往下之情況。對於在 路線旁邊之磁場補償，一些百分比的路線斜度是可忽略的。 因為在路線旁邊之磁場強度是非常小，能量可以高功 率被轉移至車輛並且在相同時間之EMC限定值(例如，對於 在旁邊之磁場強度是5μΤ)可容易地被滿足。 依據一較佳實施例，電氣導體配置之至少一片段中之 至少一線路沿著行進路線或軌道以彎曲方式延伸，亦即， 在各情況中，於行進方向延伸之線路部份之後將緊接著橫 父於行進方向而延伸之一部份，依序地其後再次接著於行 進方向延伸之一部份。於多相位系統之情況中，最好是導 體配置的所有線路以這方式被配置。該線路可利用一電境 綠被實現。 ”彎曲"涵蓋具有明確地彎曲至鄰接部份的轉移區段之 曲線式組態及/或具有平直部份的線路（其沿行進方向延 17 201022061 伸）。最好是平直的部份，因為它們產生更多的均勻礙場。 尤其是’該至少-片段之至少一線路中的交變電流產 生一電磁波，其以成比例於線路連續磁極距離之速率以及 成比例於交變電流之頻率於行進方向或相對於行進方向而 · 移動。取好疋’橫交於行進方向延伸之至少—些該等部份， ： 且最好是，所有的這些部份延伸超過一寬度，其是大於在 該軌道上一車輛之用以接收該傳送電能之接收裝置的寬 度。例如’該等部份之寬度可以是大於可能佔用該軌道之 車輛的最大寬度。 _ 该實施例之-優點是’經由該等部份流動之交變電 流，在接收裝置可能被佈置的區域中產生一幾乎均勻的場 強度。 琢 最好是，電氣導體配置被佈置在轨道之下，例如，& · 地面之下。 至少一線路包括被使用以輸送該電能至車輛之一電感 且進-步地包括一漏損電感(其無助於至車輛之電能輸 送）’其中該漏損電感利用被佈置在相同線路中之電容被補 _ 償，因而電容所產生之阻抗以及漏損電感是零。此一零阻 抗具有之優點是系統之電抗功率是最小化，並且，因此， 主動電力構件之設計同樣也將最小化。例如，補償電容可 以被佈置在—片段之各相位線路的一端。 關於在車輛内之電能接收原理和詳細說明將參考附圖 被說明。但4，下面將說明一些特點：車辅接收裝置可包 括一導體或多導體之-線圈或可包括複數個線圈。多相位 18 201022061 接收裝置之多數個線圈的優點是，其是較容易的且表示不 需要太多的努力即可以使接收的電流或電壓之波動平滑。

最好是，該至少一線圈被置放在主要端導體配置上面 僅有幾公分處，因為在主要和次要線圈之間的磁耦合將因 距離增加而減少。例如，至少一線圈被置放在不高於地面 上10公分處，最好是不多於5公分並且最好是在地面上2-3 公分處。尤其是，這應用是假設導體配置被佈置在地下。 導體配置線路可被佈置在地面之下不多於2公分處，最好是 不多於1公分。 最好是，接收轉移電能之接收裝置是可於垂直方向移 動的，因而其可被帶進入接近地面的位置並且當接收裝置 不被使用時，其可被提升至一較高的位置。 最好是，接收裝置包括複數個線圈，其被配置在行進 方向之不同位置。例如，在線圈之間的距離可以是等於沿 著軌道部份之不同相位導體配置的距離，其中這些部份是 橫交於行進方向而延伸的部份。但是，不需要置放不同的 車輛線圈在如同該等部份距離之彼此相同距離處。 圖式簡單說明 接著將參考附圖說明本發明之實施例以及範例。該等 圖式中： 第1圖分解地展示沿著一執道延伸之一個三相導體配 置； 第2圖展示經由依據第1圖之三相配置的交變電流作為 時間函數之圖式； 19 201022061 第3圖展示一磁場之場線路，該磁場利用依據第1圖之 導體配置被產生，而一車輛之接收裝置被佈置於導體配置 上方所展示之區域，其中磁場分佈之進行方向在圖形平面 自右方至左方或自左方至右方延伸； 第4圖展示該磁場一區域的另一圖式，該磁場是當一負 載連接到車輛中之接收裝置時利用導體配置被產生；

第5圖分解地展示沿著軌道利用導體配置被產生之磁 波移動之圖式以及展示由於車輛在執道上之移動的接收裝 置之移動； 第6圖展示具有供用於三個不同相位線圈之車輛接收 裝置的電路圖，其中該接收裝置連接到一個AC/DC-轉換 器； 第7圖是在一導體配置沿其延伸之一軌道上行進之軌 道車輛； 第8a-c圖是一軌道車輛在執道上行進之情況的三個連 續時間點，其中該軌道被提供導體配置之複數個連續線路 片段，該等線路片段可被導通且被斷電以用於向車輛提供 能量； 第9圖是相似於第8圖所展示之包括沿著軌道之導體配 置的電路圖之配置的一配置圖，其中該導體配置包括可被 導通且被斷電之線路片段； 第10圖是相似於第1圖所展示之配置的一配置圖，其分 解地展示在鐵路之二鐵執之間的導體配置； 第11圖是具有一 AC電源供應線路以及用於連接在片段 20 201022061 之間的界面與供應線路之開關的配置圖； 第12圖是—較佳配置圖，其具有用以輸送電能至一車 輛之片段，其中該等片段經由在該⑼段之間界面之換流 器而連接到一直流電源供應線路； 第13圖是分解地展示沿著具有複數個連續片段的軌道 行進之-軌道車輛’其中—換流器被配置在二個連續片段 之間的各界面處；

第14圖是-配置圖，其相似於第12圖所展示之在一第 一時間點的操作狀態之配置圖； 第15圓是第14圖在-時間點之配置圖，當在該時間點 時’―車輛的接《置沿著轉片段行進並且 的操作被備妥， 第16圖是第14和15圖之配置圖，其中接收裝置已移動 =連續片段並且在二個連續片段之間的界面處之換流器 1目對於第15圖展示狀態之不同操作狀態被操作， 第17圖是分解地展示-直流電源供應線路以及複數個 ’其Μ㈣展示㈣器之—第一操作狀態的連 續片段間之換流器的操作， 第18圖是第η圖在第二操作狀態之配置圖， 第19圖是分解地展示包括連續的片段之一配置圖，其 用以攜帶交變電流相位之片段線路是不彼此互相串聯連 接，以及 第圖是用以在連續片段之一產生—固定交變電流的 固定電流源。 21 201022061 【貧施冷式】 第1圖展示〜導押 导體配置，其可沿著一軌道，例如，沿著 。@軌(例如’參看第10圖展示之配置)被佈置在地面之 ® ;後者之障況中，第1圖中之鐵軌自左延伸至右方。第 1圖展示之配置可β 」以疋沿者行進路線延伸之總導體配置的 複數個片段之〜片段。 第1圖疋》解圖。第1圖展示之導體配置包括三個線 1、2、3，甘-j —、、，、在第一端點4a以及第二端點4b之間延伸（在 "進方向$1圖巾自左延伸至右方或自右延伸至左方）。 線路包括橫交於行進方向延伸之部份。線路丨' 2、3僅有 —橫向延伸部份以參考號碼被表示亦即線路3之三個 P伤5a、5b以及5C ,線路3進一步的一些部份以"5"被表示， 線路2之一部份以5χ被表示以及線路丨之一部份以^被表 不。於最好的情況中’第1圖中展示之配置12被佈置於軌道 地面之下或在鐵路枕塊中，因而第丨圖展示配置12之頂視 圖。於此情況中，鐵軌可自左方延伸至右方，在第1圖中之 頂部和底部，亦即，橫向延伸之線路部份可以完全地在利 用鐵軌所形成的界限之内（同時也參看第10圖）。例如，以第 12 -18圖展示之方式，三個線路丨、2、3可透過換流器被連 接到一DC(直流)供應線路’其中該供應線路沿著車輛行進 路線延伸並且同樣地也可饋送其他片段之電能。 在第1圖展示之時間中，一正電流II經由線路3流動。" 正”表示第1圖中在片段端點4a、4b之間的電流自左方流動 至右方。因為線路1、2、3是三相交變電流之相位線路，其 22 201022061 他電流之至少一者，此處是經由線路2之電流12以及經由線 糾之電流D是負的，或-般而言，於相對方向流動。經由 線路1、2、3之電流方向以箭號被指示。 一換流！§(沒有被展示在第丨圖中）可被佈置在第i圖展 不之一個線路1、2、3的各個端點上^換流器可被同步化以 在片·Μ目對端點產生電位之—彳目彳4移。當第丨圖展示之配置 是總導體配置之複數個片段之—時，線路卜2、3同時也可

連接到-連續>；段的對應相位線路(例如，如第12圖之展 示）。 橫交於行進方向而延伸之線路3的部份以及線路卜2的 1應=:最好是具有相同寬度且是彼此互相平行。實際 i有銘:纟二個線路橫向延伸部份之_寬度方向中 綠政。b s位被展不於第1圖中以可辨識各部份或各 後，其中在行進方^ 緊接在相同之彎曲狀路線之 同線路的連續交於行進方向延伸之相 於第1圖中間之展_ / —刀之一的距離。例如，如 示。在這些連續^=連續部份5之間的距離是叫表 交於該行77 ’另有二個部份’其橫 之部份5y。伸1即，線路2之部份5x以及線路1 些部份之心:=:，的樣型於行進方-在這 左方流的對應方向被展示她圖 邛伤5&攜帶一電流自配置12之第—側八 23 201022061 流至該配置之相對側B。侧端A是軌道的一側（例如，當從一 行進的車輛觀看時，其是在行進方向之右側），並且如果配 置12被埋藏在軌道之下的地面中，側端b是相對側（例如， 在軌道之左側），或更一般言之，（至少該橫向延伸部份)在 一水平的平面中延伸。 ： 連續部份5b因此在相同時間攜帶一電流，其是從側端b 流動至侧端A。線路3之下一個連續部份允因此攜帶自側端 A流至側端B之電流。所有的這些電流具有相同尺度，因為 它們在相同時間被攜帶於相同線路。換言之：橫向延伸之 ® 部份與以行進方向延伸之部份而彼此連接。 因此，這彎曲狀之線路配置具有利用線路3之部份、 5b、5c、…所產生之磁場，其產生電磁場的一列連續磁極， 其中該等連續磁極（利用部份5a、5b、5c、…被產生之該等 磁極）具有交錯磁極性。例如，利用部份5&被產生之磁極的 極性可在一特定時間點中對應—磁偶極，其中，磁北極是 面向上方並且磁南極是面向下方。在相同時間，利用部份 5b所產生之磁場的磁極性在相同時間被定位，其方式使 參 得，對應的磁偶極是其南極向上且其北極向下。部份允之 對應的磁偶極以如部份5a之相同方式被定位，並且以此類 推。相同情況亦可應用至線路。 但是，本發明同時也涵蓋僅有一個相位、有二個相位 或有多於三個相位之情況。僅具有一相位之導體配置可如 第1圖之線路3般地被配置。線路3之端點可因此透過一相位 換流器連接到-直流電供應線路。—個二相位配置可以， 24 201022061 例如’包含線路3和2，但是在二個線路（或一般而言：所有 的線路)之橫向延伸部份之間的距離最好是固定（亦即，在線 路3之一棱向延伸部份到線路2之二個最接近的橫向延伸部 份之間的距離-在行進方向以及在相對方向-是相等）。 第10圖將展示導體配置之一些範例尺度，例如，第1圖 展示之導體配置。第1〇圖中僅三個線路111、112、113之部 分（其可對應至第1圖之線路卜2、3)被展示，並且連接至換 流器或連續片段的線路被省略。 彎曲狀之線路111、112、113被佈置在供用於鐵路車柄 (例如’區域性或本地性的火車，例如，有軌電車)之鐵路的 二鐵軌116a、116b之間。”在…之間"之表示是相關於第1〇 圖展示之頂視圖。例如，線路111、112、113可被佈置在鐵 軌116位準之下。 各線路11卜112、113包括線性部份，其橫交於軌道方 向而延伸，亦即，鐵軌116的縱向方向。這些橫向延伸部份 經由以鐵軌縱長方向延伸之縱向延伸部份而連接到相同線 路的連續橫向延伸部份。橫向地以及線性地延伸部份具有 一長度LB，其最好是’至少是如在鐵軌之間的距離RB< — 半大。例如距離RB可以是1公尺且橫向延伸部份之長声 可以是50公分或在50至75公分範圍中。 相同線路之橫向延伸部份和縱向延伸部份利用彎曲線 路部份彼此連接。例如，其曲率對應至具有半徑15〇毫米之 圓形的曲率。 第10圖同時也分解地展示—屏蔽區域118，其為行進在 25 201022061 鐵軌116上之-車輕的接收裝置之線圈戶斤覆蓋。該線圈寬度 是等於線路橫向延伸部份之長度。但是，實際上，最好是二 這寬度是較小於橫向延伸部份之長度。這允許於橫交^進 方向之方向的線圈位置之一移位，如在屏蔽區域118下面利 . 用二個箭號以及-線所指示者。如果移位將不移動線圈越 ： 過橫向延伸部份之界限，則此一移位將不影響利用線圈之 能量接收。 從第2圖所展示之隨時間變化之圖式可知，經由第^圖 之相位1、2、3的電流是習見的三相交變電流之相位電流。 φ 第2圖之LI、L2、L3表示彎曲狀線路卜2、3形式之電感。 如於第2圖之展示，電流之峰值電流值可以是分別地在 300A至-3GOA範圍中。但是，較大或較小的峰值電流同時也 是可能的。300A峰值電流是足以提供推進能量至一有轨電 車以供該有軌電車沿著數百公尺至數千公尺之軌道（例 如，在-具歷史性之城市中心内）移動。此外，該有執電車 可自-車上電能儲存器，例如，一習見的電化學電池配置 及/或-超級電容配置，提取能4。魏量儲料，在妹 m 電車離開市中心且連接到一架空線路時，可再次完全地被 充電。 第3圖之弯曲線是利用第】圖中展示之線路卜2 3部份 所產生的磁場之磁力線。第3圖展示對應至第2圖時間刻度 上、”30”、"60"、"90"之四個不同時間點的情況。第2圖 之時間刻度同時也可被解釋作為展示電流弦波形態角度之 刻度，其意謂著第2圖展示在-完全週期之上的電流形態， 26 201022061 亦即，在週期開始”0”之電流數值是相同於在”360”之週期結 束的數值。如果”相位移”名稱在這說明中被使用，其意指 示交變電流相位(例如，第2圖之展示）或對應的交變電壓之 相位。相對地，其不欲指示換流器（其連接到該等片段)之切 換動作以及交變電流對應的浮動或”波動"(沒有被展示在第 2圖中）。但是，交變電流不需要是弦波形態電流。其他波 形同時也是可能的，例如，矩形波。

第3圖之4個部份圖式左方，展示線路1、2、3橫向延伸 部份之相交部份。參考標號"H”指示經由線路丨之一橫向延 伸部份流動的電流II，且以此類推。這些橫向延伸部份垂 直於第3圖影像平面而延伸，其中該圖像平面是經由第工圖 配置12之一垂直切割平面，其中第丨圖和第3圖之圖像平面 彼此互相垂直，並且其中第3圖之圖像平面於行進方向延 伸，而切割第1圖之部份5成為二半。在第3圖上方區域中， 電磁線圈7分解地被展示如平坦矩形框式區域。在這此線圈 7頂部上，其是用以自配置12接收能量之車輛接收裝置之部 份，被佈置著鐵磁性背骨8,以便捲紮且轉向磁力綠。這: 背骨8具有電磁鐵芯心功能。 — 第4圖展示如第3圖所展示之相似圖式。但是，該圖展 示一車輛（其在軌道上行進）中之線圈感應軌道導體配置中 之電流的假設情況。除了第3圖之外’第4圖同時也展示經 由線圈7的區域7a、7b、7C、7d中之電氣導體41a、^b的才 交部份。在區域7a、财，往上地被定位超出第4_之^ 平面外的-電流，在展示的時間點時流動。在第崎右端， 27 201022061 其展示線圏7之區域7c、7d，電流往下指向而進入第4圖之 圖像平面中，如又線所指示。利用線圈7產生之電磁場(如 利用第4圖中之磁力線所展示），是對稱於部份几㈣之邊 緣線，因為雜〜至财之電料叫也是_於該邊緣 線。 第5圖展示沿著垂直延伸且延伸於行進方向的一切割 平面之另一切割圖。第5圖上半方中展示，被佈置在橫交於 打進方向延伸之線路卜3、2部份t的線路卜3、2之金屬 線或金屬線束。整體地’橫交於行進方向延伸之配置12的7 個晶，至少部份地被展示在第5圖中。在一列中之第一、 、及第七箱（自左方至右方)屬於線路卜因為經由部 ⑽(第5圖中第四部份)之電流u的方向是相對於經由部份 5a' &(第5圖中第_和第七部份）之電流⑽方向並且因 為電流II、13、12是交變電流，所產生的電磁波以速率vw 在仃進方向移動。該波形以9表示，配置i2之電感叫表示。 …第5圖之上半部截面部份代表於行進方向且以速率⑽ "進之車輛接收襄置，並且第5圖頂部mp,指示第$圖 展丁配置12之-線路片段，其長度是等於—線路(此處是線 路1)的三個連續橫向延伸部份之間的2倍距離。 第6圖展不—配置之電路圖，其可被佈置在軌道上行進 的車輛之中或在其之下。該配置包括一個三相接收裝 ^其用以接收來自軌道之電磁場並且用以自該處產生電 能。該接收農置包括供用於各相位u、2a、％之一線圈或 複數線圈的-配置，其中該等線圈以Lm72m表示（方 28 201022061 塊201)。在展示的實施例中，相位ia、2a、3a—起連接在共 同星點71。相位la、2a、3a之漏損電感（未分開地被展示在 第6圖中）利用電容C71、C72、C73被補償，如於方塊202之 展示。

第6圖中所展示之相位電流181&、Is2a、Is3a的接收裝置 201、202之輸出端，連接到一 AC/DC(交流/直流）轉換器 203。轉換器203之DC端連接到一中間電路之線路76a、 76b。線路76a、76b經由—平滑電容(：7(1彼此互相連接，如 在204所指不。可在車輛之内被提供能量之電氣負載，在 205利用-電阻RL被表示’其可連接到—中間電路之線路 76a、76b。& μ 夺日不負栽RL可導致一電壓降，其中ud是， 例如，中間電路之電壓。 ^圖展示—軌道83(此處：具有二條鐵軌之—鐵路軌 ^為—有執車_(例如…區域公《送火車或有軌電 展示之配置包括田 詈， 用以產生一電磁場之一電氣導體配 地被展；*、。將忐量輪送至軌道上之車輛。導體配置89分解 古十。;/仏’該導體酉己置可以如於第1圖所展示地被設 〇T該導體配置89(¾ „ 範例，亦可應心這不只是應用至第7圖中所展示之 上。十甘3… 其他配置）可被佈置在地面下或在地面 疋•具疋，於且右_ 滾動之鐵路的情^ 鐵軌且執道車輛的輪子可在其上 準上鐵軌之間的地/轉體配置可被佈置在鐵路枕塊位 在鐵路枕塊之下。上，或部份地被佈置在地面上，但是 。例如，如果鐵路枕塊是用混凝土所建構 29 201022061 的’則用以支賴軌之枕塊或其他構造可包括洞孔及/或凹 洞，導體配置線路可通過該等洞孔及/或凹洞而延伸。因 而，鐵路構造可被制以維持線路於所需㈣曲形狀。 有軌車輛81包括在其底面用以接收利科航置_ 產生的電磁場之-接收裝置85。該接收裝置85電氣地連肖 : 到-車體上電氣網路86,因而在接收裝料中被感應之能 量’可被分佈在車輛81之内。例如，在具有輪子心、剛、 88c、88d之轉向架·、780b中’用以驅動推進馬達（沒有 被展示在圖式中）之輔助裝置9〇以及推進單元8〇 84可被連 參 接到分配網路86。更進-步地，_能量儲存魏，例如， -電化學能量儲存器或電容器之配置，例如，一超級電容， 同時也可連接到該分配網路。因此，能量儲存器82可藉& 利用接收裝置所接收之能量被充電，尤其是在軌道上之車 輛81停止期間。當車輛81在軌道上移動時，移動車輛輯 需要的一部份推進能量可從能量儲存器82提取，並且在相 同時間，利用接收裝置所接收之能量可供用於該推進，亦 即，可以是部份的推進能量。 〇 第8a-c圖展示包括可被導通及斷電部份之導體配置112 的概念，因而僅有被導通之部份產生—電磁場，以便將能 量輸送至軌道上的車輛。第8圖之範例展示$個片段τι、T2、 T3、T4、T5 ’其沿著軌道被配置成_列連續片段。 車輛92，例如，一有軌電車，在軌道上行進。在車輛 92地面之下提供二個接收裝置95a' 95b(亦即，二個不同的 單元），其用以接收利用該等片段被產生的電磁場。接收裝 30 201022061 置祝、娜可以是冗餘裝置，其中該衫置之只有一個是 操作車輛必需的。這增加操作安全性。但是，裝置95a、95b 同時也可歧㈣餘裝置，討在相同相產生操 之能量。但是，其可能在裝置95之至少—個可能不產生能 量_情況中發生。取代二個接收裝置，車輛亦可以包括 更多的接收裝置。

下面的說明係有關所有的這些情況，並且，係有關車 輛只具有一個接收裝置之情況。 依據第8圖展示之範例，車輛自左方移動至右方。於第 關中，車輛92㈣元件T2、T3上面的執道並且部份地佔 用兀件T1和T4上面之軌道。_個接收農置或多個接收裝置 95通常敎位衫全被車_制料件上面。因為，在 接收裝置至車輛最錢的尾端之_長方向的輯是較大 於導體配置112之各片段長度。 第8a圖之情況中，元件T2、T3被導通且所有其他元件 Ή、T4、T5被斷電。第8b圖中，車輛92完全地佔用元件τ2、 Τ3上面的軌道並且幾乎完全地佔用元件科上面的軌道，元 件Τ2已被斷電，目為接收裝㈣已離開元件^上面的區 域，並且在車輛完全佔用元件Τ4上面的區域時，元件科將 被導通。這說明，元件Τ4何時被導通展示於第&圖中。但 是’此時，元件T3已被斷電。 第9圖展示一配置，其是相似於第8圖展示之配置。實 際上，其可以是相同於第8圖展示之配置的不同展示。但 是，第9圖展示該配置之另外的部份。用以產生一電磁場之 31 201022061 導體配置的各連續片段103a、103b、103c，經由用以在片 段產生交變電流之分別的換流器1〇2a、1〇2b、1〇2c，被連 接至一直流供應線路1〇8。連續片段1〇3& ' 1〇3b、1〇3c彼此 不互相電氣地串聯連接。該等片段103a、103b、103c線路 之一端點連接到分別的換流器1〇2a、1〇2b、1〇2c。在該片 段之其他端點，該等線路可被連接到一共同星點。但是， 第9圖並不展示該較佳實施例。

第11圖展示一電路圖。用以產生電磁場之電氣導體配 置的一列連續線路片段137、138、139部份地展示於圖形 中。僅有一片段完全地被展示，亦即，片段138。該等片段 137、138、139各包括三個相位線路135a、135b、135c。這 些相位線路135可以，例如，使用第丨圖中所展示之方式被 實現。尤其是，不論在連續片段137、138、139之間的界面 如何，連續片段137、138、139之相位線路之橫向延伸部份 可以在行進方向（如第11圖中之自右方至左方或自左方至 右方）以固定距離被佈置。下面將更詳細地說明該等界面。

各片段137、138、139之各相位線路135，於相位線路 135之一端點，包括用以補償相位線路135電感之一電容 140。因此，阻抗是零。 在連續片段137、138、139之_界面，各個相位線路 135連接到AC電源供應線路130的三個交變電流線 ma、mb、me之-者。該等連接是以參考號碼13^路 132b、132e表*，並且料連接132之各者包括用以導通以 及切斷在相位線路13 5和交變電流線路丨3丨之間的連接 32 201022061 關133。但是，這些開關133是僅當片段137、138、139之一 的操作開始或停止時方操作（亦即，導通或切斷）。 更進一步地，在各情況中，該等連接132之各者經由開 關134連接至共同星點136。因此，在一特定界面之開關133 ’ 可被切斷，但是該星點開關134可被導通。因此，相位線路 135在這界面被短路並且可在片段之一相對端點被饋送交 變電流。 φ 但是，如之前所述，本發明建議不使用交變電流線路 130 ’但是卻建議使用直流電電源供應線路，如於第12圖之 展示。DC供應線路之正性以及負性線路以參考號碼141a、 141b表示。實際上，這些線路141之一可藉由接地(例如， * 利用鐵路之鐵軌)被實現。 第12圖展示之電路圖是相同於有關片段137、138、139 之第11圖所展示的配置。第丨丨和^圖中使用相同的參考號 碼表示。 響 相對於第11圖，在該等片段137、138、139以及DC電 源供應線路141a、141b之間的界面連接是不同的。各相位 線路135在各情況中經由一開關147、148被連接到1)(：;供應 線路141上的正性和負性電位。例如，相位線路n5a經由連 接144a被連接至正性電位以及負性電位。在連接14如之 内，在相位線路135a和正電位之間的開關是以參考號碼147 表不，且在相位線路135a和負電位之間的開關是以148表 示。相位線路135b、135c至正性和負性電位（線路141a、141b) 之連接144b、144c以相同方式被構成。這說明也應用在片 33 201022061 段137和片段U8之間的界面142。在片段138和片段139之間 的界面，在相位線路135和DC供應線路141之間的連接是以 參考號碼145a、145b、145c表示。在相位線路135和線路i41a 的正電位之間的開關是以149表示並且至負電位的開關是 以150表示。 ： 因此，各界面142、143可利用操作開關147、148或149、 150而被連接至/被切斷自供應線路141。開關147、148與開 關147、148之一控制（其不被展示在第12圖中），一起構成第 一換流器。以相同方式，開關149、150以及用以控制這些 Ο 開關的切換操作之一對應的控制構成在界面丨4 3之第二換 流器。在換流器操作期間，換流器之開關重複地被導通且 被切斷以在界面142、143產生所需的交變電流，亦即，在 s等片#又137 138、139之一的端點上。例如，用以連接dc 供應線路141至相位線路135a之連接14如因此包括開關i47 碭關148的串聯連接，其中在相位線路135a以及在開關 147、148間的一接觸點之間構成一連接。 如於第13圖之展示，複數個片段1473至147£可被配置 〇 成沿著車輛行進路線之連續片段。該車輛可包括一接收裝 置161 ’其用以接收由一個或多於一個片段157所產生的電 磁場。在第13圖展示情況巾’接收裝置161被佈置在片段 15几上面且至少這片段15乃被操作以產生一電磁場並且提 供電I至車輛。更進一步地，車輛可包括電能儲存器Μ%、 如果沒有自片段157接收足夠電能的話，則其可被使 用以操作該車輛。 34 201022061 在—個連續片段157之間的各界面，換流器152a至152e 被提供。例如，換流器152可依據第12圖之電路圖被實現。 DC電源供應線路141a、14比同時也被展示在第13圖 中。其被連接到一電能源151，例如，用以產生一直流電之 一電力站。 接著將配合第14圖-16圖說明依據本發明，用以操作一 配置之一系列的操作動作。第14-16圖所展示的配置是相似 於第12圖所展示的配置。僅有的差異是’第1416圖完全地 展不二個連續片段138、139以及它們至鄰近片段之分別的 界面。在第14-16圖所展示的三個界面之換流器是以Invl、 Inv2、Inv3表示。這些換流器之構造將參考第12圖被說明。 在第14圖所展示的情況中’一車輛之接收裝置161是沿 著一部份的行進路線行進並且這部份藉由於行進方向之片 段138的延伸被形成。第14圖中之接收裝置161自左方移動 至右方。片段138之開始藉由至片段137之界面（其中換流器 Invl被佈置)被形成。片段138之末端藉由至片段139之界面 (其中換流器Inv2被佈置)被形成。以相同方式，片段139(其 是片段138的鄰近片段)之開始，藉由換流器Inv2之位置被形 成並且片段139之端點利用換流器Inv3之位置被形成。 更進一步地，第14圖分解地展示利用換流器Invl作為 時間函數被產生之電位（圖形170a)並且同時也展示藉由換 流器Inv2被產生作為時間函數之電位（圖i7〇b)。上方線路 (在第14圖範例中，其是矩形交變電壓線路，但其也可以是 其他形狀的交變電壓線路)是以文字A表示，指示這電位可 35 201022061 在相位線路135a之界面的點A被量測。以相同方式，在點 B(相位線路13515之界面點）之電位，以及在點c(相位線路 135c的界面點）之電位，展示於圖形17〇a。圖形17诎展示在 換流器Inv2對應的界面點a，、&、（^之電位。 . 圖形170被使用以展示在換流器Invl、Iny2之間的相位 移。在第14圖之時間，這相位移是18〇。，其意謂著在點A 以及在點A’之電位具有相同的絕對值，但是，當對於點A 其是正值時，則對於點A，，其電位將是負值，並且反之亦 然。其亦應用在點B、B’以及C ' c，之其他相位。因為利用 參 換流器Inv 1、Inv2被產生之交變電壓是一個三相位交變電 流’在三個相位之間的相位移是12〇。。更一般而言，在連 續片段之間的界面之換流器產生交變電壓，該電壓最好是 具有一固定時間週期以及固定峰值電壓。在二峰值電壓之 間的中間之電壓位準對於各相位於圖形17〇中展示如一水 平線。 在一片段或一片段列之相對端點的電位之間的相位移 不必然得是180。，以在該片段或該連續片段列中產生—交 φ 變電流。藉由控制該相位移’經由該片段的交變電流之峰 值以及平均值可被控制。例如’為安全理由，一降低的峰 值電流可能是所需的。 除了第14圖所展示的之外，不僅是只有-片段可以上 述方式被操作（亦即’藉由在片段相對端點產生電位之一相 位移），而同時也可有二個或更多連續的片段可以這方式被 操作。於此情況中’在該列連續片段之一端點操作一換流 36 201022061 器並且在該連續片段狀相對端點上操作—換流器就足夠 了。例如’為了操作該等片段138、139，換流器Inv3可以 如換流器Inv2之相同方式操作，如第14圖所展示的，並且 換流器Inv2可在相同時間被切斷（亦即，不被操作）。 返回至第14圖展示之情況，接收裝置161自左方移動至 右方。當接收裝置161接近片段138端點時（第15圖），換流器 Inv3之操作開始。圖形170c同時也展示在換流器Inv3之位置 的界面點A"、B”、C"作為時間函數之電位。在由換流器 Inv2、Inv3所產生的電位之間沒有相位移。因此，只要換流 器Inv2被操作，將沒有電壓越過片段139並且沒有電流流動 通過片段139。 當接收裝置161抵達片段138、139之間的界面時（或在 抵達該界面之前，短時間地），換流器Inv2的操作將被停止， 亦即，換流器Inv2的所有開關維持打開。因此，一交變電 流經由連續片段138、139被建立。 當接收裝置161已抵達片段139時，換流器Invl可被切 斷。為了備妥這情況，首先換流器Inv2再次被導通，但是 相對至換流器Invl不具有相位移。換言之，如於第16圖之 展示，利用換流器Invl、Inv2被產生之電位是相同的。因此， 經由片段138之交變電流停止流動。於下一個步驟，換流器 Invl可被切斷。 關於第14-16圖所說明之步驟，當接收裝置161接近換 流器Inv3被佈置之界面時，可對於下一個連續片段139a被 重複。 37 201022061 參考第17和18圖，將說明不同換流器，例如’第14-16 圖之換流器，之間將如何實現同步化之範例。 第17圖分解地展示DC供應線路141，其沿著行進路線 延伸（自左方至右方或自右方至左方）。在連續片段之間的界 面191、192、193以實心小圓點以及參考號碼19卜192、193 被標示。在各界面191、192、193，於DC供應線路141以及 控制器175、176、177之間有一連接。控制器控制被佈置在 界面191、192、193處之換流器（沒有展示在第17圖和18圖 中）的操作。各控制器包括用以控制換流器之分別開關的一 電力部份 175a、176a、177a。 更進一步地，第17和18圖展示同步鏈路178，其可以是 數位資料匯流排。該鏈路178同時也是沿著行進路線延伸， 並且包括連接至各控制器175、176、177之連接178a、178b、 178c。連接178被設計以自鏈路178輸送同步信號至控制器 175、176、177。此外，其同時也具有自各控制器175、176、 177至鏈路178之一連接。這反向連接是以179a、179b、179c 表示。實際上，連接178、179可利用在控制器和鏈路之間 的相同資料界面被實現。連接17 9被使用以自控制器輸送信 號至鏈路，並且因而輸送至連接到鏈路178的其他控制器。 第17圖所展示之操作狀態中，控制器175是一主控制 器，其經由連接179a以及經由鏈路178而輸出同步信號至其 他控制HH6、m，崎每次操料使所有控制器的操作 同步化。 為了降低不同控制器之同步信號處理的延遲或計算誤 38 201022061 差’主控制器175同時也自鏈路178接收同步信號，亦即， 也接收它本身所輸出之信號。因此，在所有轉換器中的同 步信號之處理是相同的。 如果其他換流器的操作將以一相位移或不具相位移被 進行的話，則主控制器175同時也可輸出資訊至其他控制 器。 例如，在第15圖展示之情況中，控制器175可以是換流 _ 器1nvl之控制器，控制器176可以是換流器inv2之控制器且 控制器177可以是換流器Inv3之控制器。控制器175輸出同 步信號至換流器Inv2、Inv3之控制器，且同時也輸出資訊至 換流器Inv2和Inv3，使得操作將以18〇。之相位移被進行。另 外地，關於相位移之資訊可與同步信號一起被轉送至其他 控制器。如果該等控制器之間的同步信號之輸送所導致的 延遲疋固定的話，則關於相位移之資訊同時也可使用脈波 信號被轉送，亦即，利用脈波信號時序被轉送。各脈波信 〇 號可被解釋作為一時脈信號，並且接收控制器可使控制與 時脈信號之接收同步。 第18圖展示第17圖之配置的不同操作狀態。此時，在 控制器175所控制的換流器以及控制器176所控制的換流器 之間的片段可能已被斷電。因此，控制器175不再是主控制 器。因為控制器176所控制的換流器仍然操作，這控制器176 已取代主控制器之作業，亦即，當控制器175所控制之換流 器的操作停止時，一對應的訊息可能已經自控制器175經由 鏈路178被傳送至控制器176。因此，控制器176經由連接 39 201022061 179b以及經由鏈路178將同步信號輸出至其他控制器。 當接收到同步信號時，在一時間操作之各控制器將輸 出信號至控制器電力部份或直接地將所接收的同步信號轉 移至電力部份。 - 第19圖展示在圖形頂部之一軌道車輛214。車輛214， ； 例如，有軌電車，包括用以自執道片段21丨接收電磁能量之 一'個接收裝置218a和218b。該圖形展示總共7個連續片段 211a-211g之至少一部份，雖然，實際上通常有更多的連續 片#又。在第19圖展示之時間中，該等片段之三者，亦即， ❿ 片段211b、211c和211d是致動的，亦即，這些片段之線路 攜帶交變電流，因而產生用以將電磁能輸送至車輛214之接 收裝置218的電磁場。各該等片段包括三個線路並且當致動 時各該線路攜帶三相位交變電流之一者。 各片^又211經由固疋電流源A1 ' B1、C1連接到一 DC供 應線路213a、213b，如第20圖所展示。配置Ai、Bl、C1， 例如，可被儲放在單一方盒中。如於第19圖之展示，DC_ 供應線路213連接到供應站215,其傳送所需的DC電流至DC ® 供應線路213。固定電流源A1、B1、C1包括具有用於連接 DC供應線路213a、213b之連接的一換流器C1。該等連接與 電感219a、219b組合。電感219主要端連接到分別的1)〔線 路213並且電感219次要端連接到用以產生交變電流的三個 相位之三個電流路線221a、221b、221c。各電流路線221包 括二個彼此串聯連接的半導體電力開關，並且交變電流線 路連接到分別電流路線中的開關之間的一點上。關於該半 40 201022061 導體開關以及電流路線，換流器可以是一習見的三相換流 器，並且，因此，熟習本技術者將習知其進一步的細節。 但是，在包括二個彼此串聯連接之電容223a、223b的 電感219次要端之間有一進一步的連接。在電容223之間中 的一點經由（在各情況中）至少一第一電感225a、225b、225c 而連接到各交變電流線路。更進一步地，在二個電容223之 間中的該點經由一第二電容227a、227b、227c而連接到各 交變電流線路216a、216b、216c中的另一點。這些連接點 被佈置在交變電流線路216a、216b、216c中一電感226a、 226b、226c的一相對端，其中另一連接端是關於第一電容 225a、225b、225c被連接到交變電流線路216a、216b、216c 之連接。第一電容225被連接到交變電流線路路216之該等 連接被展示在第20圖中的方塊B1之内，並且第二電容227 被連接到交變電流線路116的該等連接被展示在第20圖中 的方塊A1之内。方塊A1同時也包括電感226。 方塊Al、B1構成包括補償電容器之所謂6—極濾波器， 其中該補償電容器補償產生主要端電磁場的片段中之線路 的電感。 當操作時，亦即，當換流器C1之半導體開關重複被導 通且被切斷時，固定電流源產生具有一固定有效平均值之 一交變電流，該交變電流是無關於因此在片段211之内被產 生且被轉送至車輛214之接收裝置218的功率。 【圖式簡單說明】 第1圖分解地展示沿著一軌道延伸之一個三相導體配 41 201022061 置； 第2圖展示經由依據第1圖之二相 相配置的交變電流作為 時間函數之圖式； 第3圖展示-磁場之場線路，該磁場利用依據第丄圖之 導體配置被產生，而-車輛之魏Μ被佈置於導體配置 上方所展示之區域’其中磁場分佈之進行方向在圖形平面 自右方至左方或自左方至右方延伸； 第4圖展示該磁場一區域的另—圖式該磁場是當一負 載連接到車輛中之接收裝置時利用導體配置被產生； 第5圖分解地展示沿著軌道利用導體配置被產生之磁 波移動之圖式以及展示由於車輛在軌道上之移動的接收裝 置之移動； 第6圖展示具有供用於三個不同相位線圈之車輛接收 裝置的電路圖，其中該接收裝置連接到一個AC/DC-轉換 器； ' 第7圖是在一導體配置沿其延伸之一執道上行進之軌 道車輛； 第8a'C圖是—軌道車輛在軌道上行進之情況的三個連 續夺間點，其中該軌道被提供導體配篆之複數個連續線路 1又，該等線路片段可被導通且被斷電以用於向車輛 能量； 供 第9圖是相似於第8圖所展示之包括沿著軌道之導體配 置的電路圖之配置的〆配置圖，其中該導體配置包括可被 導通且被斷電之線路片段； 201022061 第圖是相㈣第！騎絲 解地展示錢路之二鐵軌之_導體配置Γ配置圖，其分 第11圖是具有-AC電源供 之間的界_供麟路之開_配置^及用於連接在片段 輛之片第ΓΓ較佳配置圖’其具有用以輪送電能至一車 器而連二直中、!Γ段經由在該等片段之間界面之換流 %钱到—直流電源供應線路； 行進地::沿著具有複數個連續片段的軌道 之間的各界面處：一換流器被配置在二個連續片段 -時一 時，===在一時間點之配置圖，當在該時間點 的操作2Γ收裝置沿著該等片段行進並且-連續片段 ❹ 第16圖是第14和15圖之配置圖 至該連續片段並且在二個連續片段之^ =收裝置已移動 以相=於第15圖展示狀態之不同操作狀態被择^之換流益 =解地展示一直流電源供應二複數個 控制早凡’其用以控制展示控制器 續片段間之換流器的操作， 知作狀態的連 第18圖是第17圖在第二操作狀態之配置圖， 中第19圖是分解地展示包括連續的片段之-配置圖，其 中用以攜帶交變電流相位之片段線路是不彼此互相串聯連 43 201022061 接，以及 第20圖是用以在連續片段之一產生一固定交變電流的 固定電流源。 【主要元件符號說明 A卜B卜Cl··.電流源 C71、C72、C73…電容 η、12、13…電流 Lp…電感 1、2、3…相位線路 4a、4b···端點 5、5a、5b、5c、5x、5y···線 路部份 7…線圈 8…鐵磁性背骨 9…波形 12···配置 41a、41b…電氣導體 76a、76b···線路 81…有軌車輛 83…軌道 102a、102b、102c…開關 103a、103b、103c".片段 108···主線路 111、112、113…線路 116···交流線路 116a、116b".鐵轨 118···屏蔽區域 138、139···片段 141_-DC供應線路 161…接收裝置 175、176、177…控制器 175a、176a、177a…電力部份 178···同步鏈路 178a、178b、178c...連接 179…連接 19卜192、193…界面 201、202…接收裝置 203…AC/DC轉換器 204…電容 205…負載 211…片段 213…DC供應線路 214…車輛 215…電能供應站

44 201022061 216···交流線路 223…電容 218…接收裝置 225a、225b、225c...第一電容 219、219a、219b…電感 226a、226b、226c…電感 221···電流路線 227a、227b、227c···第二電容

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Claims (1)

1. 201022061 七、申請專利範圍： 1. 一種用以向一車輛，尤其是一有軌車輛，例如，一輕 執電車，輸送電能之系統，其中 -該系統包括用以產生一交變電磁場且因而用以 將電能輸送至該車輛之一電氣導體配置， -該電氣導體配置包括至少一交流線路，其中各 交流線路適用於攜帶一相位之交變電流， -該導體配置包括複數個連續片段，其中該等片 段沿著該車輛行進路線而延伸，各片段包括各該至少 一交流線路之一部份， -該系統包括用以將電能供應至該等片段之一直 流供應線路， -各片段經由至少一換流器被連接到該供應線 路，該換流器適用於將由該供應線路所攜帶之直流電 流換流成為由該至少一交流線路所攜帶之交變電流。 2. 如前述申請專利範圍之系統，其中該換流器包括相位 開關，該等開關適用於重複地連接及切斷具有/來自一 相位之交流線的供應線路，因而產生該交變電流。 3. 如前述申請專利範圍中之任一項之系統，其中用以攜 帶連續片段中之同相交變電流的對應部份彼此電氣 地分離。 4. 如申請專利範圍第1或2項之系統，其中該導體配置以 在一時間至少有二個連續片段可被操作之方式被佈 置，其中用以攜等連續片段中之同相交變電流的對應 46 201022061 部份彼此串聯連接。 5. 如申請專利範圍第4項之系統，其中一第一換流器將 該供應線路連接至一片段之部份之一第一端點且一 第二換流器將該供應線路連接至相同片段之部份或 一連續片段列之部份之一第二端點，其中該第一端點 以及該第二端點是該片段或該片段列之相對端點。 6. 如前述申請專利範圍之系統，其中該系統適用於以彼 此相對之一預定相位移操作該第一換流器以及該第 二換流器，因而產生跨越該片段或該片段列之一交變 電壓，該交變電壓導致一對應的交變電流流動經過該 片段或該片段列。 7. 如前述申請專利範圍之系統，其中該系統適用於啟動 一第三換流器之一操作，以便導致該交變電流流動經 過一延伸之連續片段列，其中該第三換流器將該供應 線路連接至另一片段的部份之一第三端點，其中該第 三端點被定位而沿著該軌道比該第二端點更遠離該 第一端點且被定位在該延伸之連續片段列的端點，並 且其中該系統適用於使該第三換流器與該第二換流 器同步化，因而該第二和該第三換流器不具相位移地 被操作。 8. 如申請專利範圍第1項之系統，其中該等片段是較短 於行進方向中之一車輛的長度，並且其中僅當有一車 輛正佔用該片段被定位之該行進路線的一分別部份 時，該系統方適用於操作該等片段。 47 201022061 9. 如前述申請專利範圍之系統，其中僅當有一車輛完全 地佔據該行進路線的一分別部份時，該系統方適用於 操作該等片段。 10. —種用以向一車輛，尤其是一有軌車輛，例如，一輕 軌電車，輸送電能之方法，其中 -一電磁場藉由一電氣導體配置被產生，因而將 向該車輛輸送電能1 -該電磁場藉由引導一交變電流經過該電氣導體 配置之連續片段之至少一片段而被產生，其中該等片 段沿著該軌道而延伸， -該交變電流藉由操作或不操作複數個換流器之 至少二者而受限定於該電氣導體配置之一特定片段 或一特定的連續片段列，於各情況中，該等換流器連 接一直流供應線路至二個連續片段之間的一界面，以 便在該車輛行進路線之一限制區域中產生該電磁場。 11. 如前述申請專利範圍之方法，其中至少二個連續片段 在相同時間被操作，其中該等連續片段中用以攜帶同 相交變電流的該等線路之對應部份彼此串聯連接。 12. 如前述申請專利範圍中之任一項之方法，其中沿著該 行進路線之該等片段長度是較短於該行進方向中之 一車輛長度，並且其中僅當有一車輛已經佔據該片段 沿其延伸之該行進路線的分別區域時，該等片段方被 操作。 13. 如前述申請專利範圍之方法，其中僅當有一車輛是完 201022061 全地佔據該行進路線之該分別區域時，該等片段方被 操作。 14. 如申請專利範圍第10項之方法，其中一片段在用以接 收該被輸送電能之一車輛的接收裝置進入該片段沿 其延伸之該行進路線的區域之前被導通。

   15. 如申請專利範圍第10項之方法，其中該等換流器藉由 重複地關閉以及開啟相位開關而被操作，因而連接及 切斷具有/來自一相位之交流線的供應線路，因而產生 該交變電流。 16. 如申請專利範圍第10項之方法，其中一第一換流器被 操作，其連接該供應線路至一片段之一第一端點，並 且一第二換流器被操作，其連接該供應線路至該相同 片段或包括該片段之一連續片段列的一第二端點，其 中該第一端點以及該第二端點是該片段或該片段列 之相對端點。 17. 如前述申請專利範圍之方法，其中該第一換流器和該 第二換流器以彼此相對之一預定相位移操作，因而產 生跨越該片段或該片段列之一交變電壓，該交變電壓 導致一對應的交變電流流動經過該片段或該片段列。 18. 如前述申請專利範圍之方法，其中一第三換流器之一 操作被啟動，以便導致該交變電流流動經過一延伸之 連續片段列，其中該第三換流器被操作以將該供應線 路連接至另一片段的部份之一第三端點，其中該第三 端點被定位而沿著該軌道比該第二端點更遠離該第 49 201022061 一端點且被定位在該延伸之連續片段列的端點，並且 其中該第三換流器和該第二換流器同步化，因而該第 二和第三換流器不具相位移地被操作。

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