TW201125763A - Transferring electric energy to a vehicle, using a system which comprises consecutive segments for energy transfer - Google Patents

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201125763 六、發明說明： I：發明戶斤屬之技術領域3 本發明有關於用以傳送電能至一載具，特別是諸如一輕 軌載具(例如，一有軌電車）的一有軌載具的一系統及一方法。 該系統包含一用以產生一交流電磁場且從而傳送能量 至載具的導電體配置。該導電體配置包含多個連續區段， 其中該等區段沿著載具行駛路徑延伸。 【先前技冬好】 特別是有軌載具，諸如，習知的軌道載具、單執載具、 有軌電車以及由諸如其他機械裝置、磁性裝置、電子裝置 及/或光學裝置的其他裝置而在一軌道上進行引導的載 具，需要電能來在該軌道上推進及操作不產生載具牽引力 的輔助系統。此類輔助系統為，例如，照明系統、供暖及/ 或空調系統、通風及乘客資訊系統。然而，更側重地說， 本發明有關於傳送電能至一不一定為（但是較佳地為）一有 軌載具的載具。一般說來，載具可以是，例如，一具有一 電動推進馬達的載具。載具還可以是具有一混合推進系統 的一載具，該混合推進系統例如為可由電能或由諸如以電 化學形式儲存的能量或燃料(例如，天然氣、汽油（gasoline) 或汽油（petrol))的其他能量操作的一系統。 有執載具，尤其是公共客運用載具，通常包含一沿諸 如一電軌或一架空線的轨道以機械及電氣形式接觸一線路 導線的集電器（可選擇地為一裝置）。裝在載具上的至少一推 進馬達用來自外部軌道或線路的電能供應並產生機械推動力。 201125763 有軌電車及其他地方的或區域性列車通常經由市内架 空線來操作。然而’特別是在城市之歷史性區域中，架空 線是不希望有的。另一方面，地下或近地導電軌道導致安 全問題。 US 5,821，728記載一用以為一移動電動載具之電池充 電的设備’ §亥设備包含用以沿一條道路之中心線產生一磁 場的一系列感應線圈。該等感應線圈經由可由開關啟動感 測器啟動的開關連接至電力線。當一感測器從載具之一發 射器接收一信號時，這將使對應的開關閉合且從而啟動線圈。 然而，由於該線圈產生一電磁場，故電源線連接至一 交流電壓源。從而，電源線永久產生一強度小於線圈但仍 足夠強來干擾周邊的任何電氣或電子設備的電磁場。 從轨道電感式傳送能量至載具，即產生電磁場，受到 EMC(電磁相谷性）方面的限制。一方面，電磁場可能干擾 其他技術裝置。另一方面，人類及動物不應該永久地受電 磁場的影響。至少’關於場強的各別極限值必須被觀測到。 可選擇的是，電源可以是一可經由一換流器連接至每 -線圈的DC(直流）電源線。典型的是，換流器包含一用以 控制半導顧關之運作以在換流ϋ之AC(交流)側產生交流 電壓的控制裝置。此控制裝置《要運作用電能。 爲了減小每次無裁具行敬的地方的電磁韓射，用以電 感式傳送能量至栽具的導體配置（例如，包含依據仍 5’821，728的線圈的配置）可被分為沿載具行駛路徑延伸的 連續區& 可僅在需要時被操作。特別是沿行驶 201125763 路徑的各區段之長度可比在行駛方向上的一載具之長度短 且該等區段可僅在一載具已佔用該區段沿其延伸的行駛路 徑之各別區域時被操作。特別是被一軌道載具所佔用意味 著一軌道載具正在該區段延伸的軌道上行駛。較佳地是， 該等區段僅在載具完全佔用行駛路徑之各別區域時被操 作。例如，軌道載具(在行駛方向上）比區段長，且若從該區 段之中心的視角來看，該載具之前部及尾部正行駛超出該 區段之極限。因此，建議在用以接收已傳送能量之一載具 的一接收裝置進入該區段延伸的行駛路徑之區域之前接通 該區段（即經過該區段的父流電開始流動）。 若大量連續區段被提供，則使用一DC電源線意味著需 要等量的換流器。每一換流器需要被提供有運作用電能。 因此，需要用以傳導電能至換流器控制裝置的附加設備。 【發明内容】 本發明之一目的在於提供一上述種類的用以電感式傳 送電能至一載具的系統及提供一種傳送電能至一載具的方 法，它們減小了提供電能給控制及/或操作電磁場之產生以 傳送能量至載具的系統之裝置所作的努力。此外，應該滿 足用以滿足EMC要求之各別限度。 用以產生電磁場的導體配置可定位於軌道中及/或執 道下，例如，位於載具行駛的地表下面。然而，本發明還 包括該導體配置之至少一部分位於軌道旁邊的情況，例 如，當該轨道位於鄉村或一隧道中時。 傳送導體配置之區段產生電磁場所需能量的最簡單的 201125763 方式為使用一附加的電源，其中該電源之電源線攜帶一交 流電。與區段連接的各別介面中的開關可被接通以開始操 作該區段。然而，如上所述，該等電源線也產生一磁場β 此磁場可例如藉由將電源線埋置於地下及/或藉由使用金 屬屏蔽物而與環境隔絕。然而，由於交流電壓具有高峰值 電壓，故屏蔽效果較差。在任何情況下，金屬屏蔽物都會 增加構建及實現該系統之成本及所作出的努力。另一方 面，高峰值電壓增加了供電效率。 本發明提出一替代方式：電源攜帶一大體恆定電流（即 一直流電）且每一區段經由一換流器連接至電源線。在各別 區段中產生電磁場所必需的交流電由一換流器產生。特別 是該換流器藉由重複地接通及斷開開關來產生交流電，如 在換流器技藝中所習知。較佳地是，每一換流器被直接置 於一區段之末端。換言之：本發明之構想係局部地產生交 流電且較佳地是在必要的位置及時間產生交流電。流經導 體配置的交流電之頻率可以在5至l〇〇kHz範圍内，特別是在 10至30kHz範圍内，較佳地是大約20kHz。 特別是該系統包含一用以傳導電能至該等區段的直流 (DC)電源，其中該直流電源包含一第一及一第二直流線， 該第一直流線在一不同於該第二直流線之電位的電位下被 操作。較佳地是，該等直流線沿載具之行駛路徑延伸。每 一區段經由至少一適於將一由直流電源所攜帶的直流電轉 換成一由該區段所攜帶的交流電的換流器連接至直流電源。 若一區段未被操作，則該換流器之開關不被操作，即 201125763 永久地斷開。由於電源線主要攜帶—直流電，故該電料 產生-強度顯著的交流電磁場 ^ ^ ,, -* „〇 ,α ^ 僅接通（即由該換流 ο個換U供應）的那些區段產生電磁場。因此， EMC標準可被輕易从且電㈣耗降至-最小值。用I提 供及操作作為部分換流器的開關所作的努 用以提供及操作交流電源線蛊 .’、、问、 力。甚至開關數目也可減少。之間之開關所作的努 此外，使用一DC電源克服了一 失在於交流線包含-例如需Hi ;電源之缺失，該缺 的電I, r 崎駛路似蚊間隔配置 的電今進㈣㈣電感。由於％電源線中的奸 f流電，故由電感所致之損耗幾乎為零。例如，DC電源線 Γ=Γ—載具之—滑動接觸器接觸的標準dc電源線(諸 如導電軌道)相同的方式被供應有電能。 用以產生三相交流電（本發明之優選）的換流器通常包 ,三個連接DC電源線的橋接器。每一橋接器包含串聯的二 半導體開關（通常為1GBT或⑽）。該橋接H之對應的交流 線連接至二開關之間的一點。 此種換流器包含用以驅動控制該等開關所需的電流的 驅動單元。^GBT，由於㈣_單元驅_流往返於 IGBT之閘極，故通常被稱為閘極驅動單心爲了協調該等 驅動早元之運作’-通常被稱為驅動控制單元或卿的換 流器控制單元被提供。 需為操作該換流器及/或該區段所需的這些裝置及可 能的附加裝置(例如，用以檢測—載具之存在的檢測器）提供 201125763 電能來操作該裝置或多個裝置。 本發明之一基本想法為同時使用DC電源為這些裝置 提供電能。為此’ DC電源之兩條線路之間的DC電壓被調變 使付DC電壓隨時間而變化。然而，較佳地是所產生的交流 電壓之峰值電壓遠小於DC電源之DC電壓。例如，該二電源 線之間的電壓之平均值可以在5〇〇至1 〇〇〇V的範圍内。另一 方面，覆加交流電壓之峰值電壓可以在例如2至1〇¥的範圍 内。-般說來，較佳的是覆加交流電壓之峰值電壓（最高電 壓與平均值之差）等於或小於直流電壓（即二DC線之平均值 之差)之5% ’最佳的是等於或小於直流電壓之2%。 特別是下文提出：—用以傳送電能至-載具特別是諸 如一輕軌載具的一有執載具的系統，其中： _ 5玄系統包含一用以產生一交流電磁場且從而傳送該 能量至該載具的導電體配置， -該導體配置包含多個連續區段，其中該等區段沿該載 具之行駛路徑延伸， -該系統包含一用以傳導電能至該等區段的直流電 源，其中該直流電源包含一第一及一第二直流線，該 第一直流線在一不同於該第二直流線之電位的電位 下被操作， -每一區段經由至少—適於將一由該直流電源攜帶的 直流電轉換成-由該區段攜帶的交流電的換流器而 連接至該直流電源， -該系統包含-調變裝置，纟用以使用一預定調變頻率 8 201125763 來凋；t a亥第一及第二直流線中至少一者之電位從而 以該調變頻率產生一具有—覆加交流電壓的直流電 壓， 。亥等換流器中至少某些換流器包含一具有一個一次 ’、堯組及一個二次繞組的變壓器，其中該一次繞組連接 至該第一或第二直流線使得直流電流經該一次繞組 且其中該二次繞組連接至一適於提供電能來操作該 換流益的電源配置。 此外，一種傳送電能至一載具特別是諸如一輕軌載具 的—有軌載具的方法被提出，其中： _ 一導電體配置被操作以產生一交流電磁場且從而傳 送該能量至該載具， -該導體配置包含多個連續區段，其中該等區段沿該載 具之行駛路徑延伸，其中該等區段被單獨地、至少部 分地及/或至少偶爾地被操作， -用以傳送至該載具之電能經由一直流電源被傳導至 5亥等區段’其中該直流電源包含一第一及一第二直流 線，該第一直流線在一不同於該第二直流線之電位的 電位下被操作， -該電能從該直流電源經由至少一換流器傳導至各該 區段’該換流器被操作以將一由該直流電源攜帶的直 流電轉換成一由該區段攜帶的交流電， -該等第一及第二直流線中至少一者之電位以一預定 調變頻率來調變，從而以該調變頻率產生一具有—覆 201125763 加交流電壓的直流電壓， -該等換流器中至少某些換流器包含一具有一個一次 繞組及一個二次繞組的變壓器，其中該一次繞組連接 至該第一或第二直流線使得直流電流經該一次繞組 且其中該變壓器用以提供來自該第二繞組的電能來 操作該換流器之一控制裝置。 較佳地是該預定調變頻率被選定使其對位於該系統内 或該系統之周圍環境中的其他裝置無干擾。例如，該預定 調變頻率可以在500至1000Hz的範圍内。 如上所述，該第一直流線在一不同於該第二直流線之 電位的電位下被操作。例如，該第一直流線可處於正電位 且該第二直流線可處於負電位。更一般地來說，該第一直 流線上的電位總是高於該第二直流線上的電位或反之亦 然，儘管直流電壓以該預定調變頻率而被調變。覆加交流 電壓具有一峰值，該岭值小於該第一直流線與該第二直流 線之電位的平均值之差。 一可用以產生覆加交流電壓的裝置可以是一具有一個 一次繞組及一個二次繞組的變壓器。該二次繞組可以是該 第一或第二直流線的一部分使得一流經該一次繞組的交流 電在該二次繞組之連接點處感生所期望的電位調變。 上述用以使操作該換流器所需電能解耦的另一變壓器 可被定位於該換流器附近或可以是一包含該換流器的模組 的一部分。在此變壓器之該二次繞組中感生的交流電壓可 用作交流電壓源。如在提供能量給電氣或電子組件之技藝 10 201125763 中基本上知曉，此交流電壓可連接至用以調節操作該換流 器及/或其他裝置所需的電壓或電流的電路。此電路可包含 一用以產生一直流電的整流器、用以使一直流電壓平滑的 電容及/或至少又一用以產生一所期望交流電壓位準的變 壓器。可選擇地或除此之外，該電路可包含其他電氣或電 子組件。 較佳地是，該導電體配置包含三條線路，每一條線路 攜帶一三相交流電中的一相交流電，其中各相相異。然而， 還可能僅有由對應數目的交流線所攜帶的二相位或有多於 三相位。例如，對一個三相系統而言，相移通常可能是 120°。特別是各該區段可包含各該線路之一段。每一相的 交流電可以是一由該換流器或該等換流器產生的正弦或近 似正弦的電流。可選擇地，其可能是一近似矩形的電流， 即一時間步階函數。 依據一第一實施例，該導體配置以至少二連續區段可 同時被操作的一方式配置，其中該等連續節段中用以攜帶 交流電之同一相的對應線路串聯。例如，該等連續區段之 間的介面可包含可使對應線路連接或斷開的一開關或開關 排列。然而，較佳的是連續區段之相位線永久串聯連接且 該等區段之運作（產生一電磁場）或非運作（不產生一電磁場) 係藉由操作（或藉由不操作）各別換流器來控制。 依據一第二實施例，該等連續節段中用以攜帶交流電 之同一相的線路彼此未連接。此實施例之一優勢在於，由 於不活動區段與活動區段解耦，故它們完全不產生電磁 11 201125763 場。一範例將參照圖式被加以描述。 同時被操作的連續區段之數目不限制於兩個。更精確 地說，三個或更多連續區段可被同時操作，例如，若一長 載具，諸如一具有位於不同位置的接收裝置的載具，正行 駛於路徑上。在此情況下，較佳地是僅當最後一個接收裝 置已離開對應於該區段的路徑之節段時才斷開區段。 開始及停止區段運作之過程可使用該等區段之該等相 位線中的至少一者來控制。較佳地是，可檢測到軌道之一 各別節段被一載具佔用，尤其是藉由檢測區段之線路中的 由載具電感耦合至該等線路所產生的及/或由該載具所產 生之電磁場所產生的一電壓及/或一電流。對應地，一量測 裝置可連接至該等線路中至少一者。較佳地是，該區段之 多條或所有線路連接至一量測裝置及/或同一量測裝置。該 量測裝置或該等量測裝置適於藉由檢測該線路或一單獨迴 路中的由該載具電感耦合至該線路所產生的及/或由該載 具所產生的電磁場所產生的一電壓及/或一電流來檢測軌 道之各別節段被一載具佔用。此一量測裝置可與該等換流 器中的一換流器組合且可被提供有來自連接至該變壓器之 該二次繞組的電源配置的運作用電能。 技藝中所習知的標准換流器通常包含一目的為使該換 流器之DC側上的直流電壓平滑的電容。較佳的是在二DC 電源線之間使用此一電容提供一用於電源中的交流分量的 鏈結。該電容連接該二DC電源線，但是該電容與該二DC 電源線中經由該變壓器之一次側的一者分離。因此，覆加 12 201125763 交流電壓可與該等DC電源線解耦且該換流器之橋接器之 兩端的電壓幾乎恆定。該電容作用為交流電壓之一短路。 一範例將被更加詳細地加以描述。當該換流器未產生一交 流電時，此一鏈結使電力能夠供給該變壓器之二次側，但 是該換流器之控制裝置仍需要電能來運作。因此，較佳地 是該換流器包含一電容，該電容具有用以使其連接的相反 連接，且其中該等相反連接連接至該第一直流線及該第二 直流線。該電容可由一電容器或由並聯及/或串聯連接電容 器之任一組合來實現。 而且，技藝中所習知的換流器通常包含一用以降低或 消除由該換流器運作所產生之頻率的反應器。依據發明之 一實施例，該反應器用作該變壓器之該一次繞組。因此， 不需要附加的反應器且減小了建立該系統的成本。此外， 該換流器之電氣性質不由一附加的一次繞組改變。 用以產生電磁場的導體配置可包含三條在行駛方向上 延伸的線路(每一條路用於交流電之一相位）。然而，每一條 線路較佳地包含橫向於該行駛方向延伸的節段。因此，每 一條線路可能順著一類蛇形線的路徑。 較佳地是，每一條線路順著沿該行駛路徑的同一類似 蛇形線路徑，其中該等線路在行駛方向上偏移了橫向於該 行駛方向延伸的同一條線路之連續節段之間的距離之三分 之一。類蛇形線意指，在每一種情況下在該行駛方向上延 伸的線路之數節段後接橫向於該行駛方向延伸的節段，依 次再後接一沿該行駛方向延伸的節段。 13 201125763 具有橫向延伸線段的此類線路在交流電流經該條線路 的每一時刻產生一電磁場之一列連續磁極，其中該等連續 的磁極具有交變磁極性。在一給定時間點，交流電產生一 具有一磁場向量的磁場，在該線路之一第一區域中該磁場 向量朝向一第一方向，在該第一區域(在行駛方向上）之後的 該線路之一第二區域中磁場之場向量朝向該第一方向之相 反方向，在該第二區域之後的該線路之另一區域中磁場向 量再次朝向該第一方向，依此類推。因此，由於由橫向延 伸線段產生的場彼此補償，故該行駛路徑旁邊的場強非常小。 圖式簡單說明 本發明之實施例及範例將參照所附圖式被加以描述。 該等圖式繪示： 第1圖係一具有用以傳送電能至一載具的區段的配 置，其中該等區段經由位於該等區段之間之介面處的換流 器連接至一 DC電源， 第2圖係示意性的一沿一具有多個連續區段的執道行 駛的軌道載具，其中一換流器被配置在介於二連續區段之 間的每一介面處， 第3圖係示意性的一包含連續區段的配置，其中用以攜 帶交流電之多個相位的區段之線路彼此未串聯連接， 第4圖係一用以在該等連續區段之一者中產生一恆定 交流電的恆定電流源，以及 第5圖係一繪示一連接至DC電源的三相換流器的電路圖。 I：實施方式3 14 201125763 第1圖繪示一電路圖。該圖中部分繪示用以產生一電磁 場的一導電體配置之一列連續區段137、138 ' 139。僅一區 段被完整繪示出來，即區段138。區段137、138、139各包 含二條相位線 135a、135b、135c。每一區段 137、138、139 之每一條相位線135在其一端包含用以補償相位線135之電 感的一電容140。因此，阻抗為零。每一條相位線135由一 串半圓付號化表示以指示電感。然而，相位線可以是一條 直線、一條類蛇形線、一線圈或任一其他種類的線。 在介於連續區段137、138、139之間的介面處，每一條 相位線135在每一種情況下都經由一開關147、148連接至一 包含DC線141a、141b的DC電源之正及負電位。每一介面處 的六開關為一換流器的一部分。例如，相位線1 經由連 接144a連接至正電位（線路14ia)及負電位（線路141b)。在連 接144a内，介於相位線135&與正電位之間的開關由參考數 字147表示且介於相位線135a與負電位之間的開關由參考 數字148表示。相位135c至正及負電位（線路141a、 141b)之連接144b、144c以同一方式構建。此說明應用於區 •^又137與區段138之間的介面142。在區段138與區段139之間 的介面處，相位線135與DC電源線141之間的連接由參考數 字145a、145b、145c表示。相位線135與線路141&之正電位 之間的開關由149表示且連接至負電位的開關由15〇表示。 從而’每一介面142、143可藉由操作開關丨4?、148或 149、150而連接至電源線141及與電源線141斷開。開關 147、148連同未在第丨圖中繪示出來的開關147、148之一控 15 201125763 制器構成一第一換流器。開關149、150及一對應的用以控 制這些開關之切換運作的控制器以同一方式在介面143處 構成一第二換流器。在該等換流器之運作期間，換流器之 開關重複接通及斷開以在介面142、143處即在區段137、 138、139中之一者之一端處產生一所期望的交流電。例如， 用以連接DC電源線141至相位線135a的連接144a從而包含 開關147及開關148之一串聯連接，其中一連接位於相位線 135a與一介於開關147、148之間的接觸點之間。 如第2圖中所示，多個區段1473至14冗可沿一載具162 之行駛路授配置為一導體配置16〇之連續區段。載具丨62(例 如，一有轨電車）可包含至少一用以接收由一個或一個以上 區段157產生的電磁場的接收裝置161。在第2圖中所示之情 況下，接收裝置161位於區段157〇上面且至少此區段15乃被 操作以產生一電磁場並提供能量給該載具。此外，該載具 可包含可用以在從d段157未接收収夠的能量時操作該 載具的能量儲存器163a、163b。 在二連續區段157之間的每-介面處，一換流器15^至 152e被提供。例如，換流器152可依據第丨圖之電路圖而實 現。DC電源線14la、141b也在第2圖中繪示出來。它們連 接至-能量來源151，諸如，-用以產生—直流電的發電站。 第3圖之頂部繪示一軌道載具214。載具214，例如，一 有執電車，包含用以從軌道之區段211接收電磁能的二接收 裝置218a及218M該圖繪示總數為七的連續區段2113_211§ 中的至少一部分，儘管實際上通常有更多的連續區段。在 16 201125763 第3圖中所示的時刻，其中三區段即區段21沁、2丨化及211(1 為活動的’即這些區段之線路攜帶一交流電從而產生電磁 場來傳送電磁能至載具214之接收裝置2ι8。各該區段包含 二條線路且各條線路在活動時攜帶交流電之三相其中之一相。 每一區段211經由一恆定電流源配置八、B、c連接至一 DC電源線213a、213b，該配置在第4圖中被繪示出來。配 置A、B、C可放置在例如一單一的盒子中。如第3圖中所示 者’ DC電源線213連接至一遞送所需dc電流至DC電源線 213的發電站215。可取捨地，發電站215還可包含一用以調 變電源線213之間之DC電壓的裝置。一調變裝置之一範例 將參照第5圖被加以描述。 恆定電流源A、B、C包含一具有用以連接DC:電源線 213a、213b之連接的換流器c。該等連接與—電感元件 (inductivity)219a、21 %組合。電感元件2丨9之一端連接至各 別的DC線213且電感元件219之另一端連接至用以產生交 tiL電之二相的二電流路控221 a、221 b、221 c。該等電威元 件用來消除或至少降低由操作路徑221中的開關所產生之 頻率。 每一電流路徑221包含串聯連接的二半導體電力開關 且交流線連接至介於各別電流路徑中的開關之間的—點。 關於半導體開關及電流路徑’換流器可以是一習知的三相 換流器，且因此熟於此技者習知進一步的細節。 然而，電感元件219之二次側之間有包含串聯連接的二 電容223a、223b的一進一步連接。電容223之間的—點在每 17 201125763 一情況下經由至少一第一電感元件225a、225b、225c連接 至各交流線。此外，二電容223之間的該點經由一第二電容 227a、227b、227c連接至交流線216a、216b、216c之每一 者中的另一點。相對於第一電容225a、225b、225c連接至 至交流線216a、216b、216c的連接，這些連接點位於一位 於交流線216a、216b、216c中的電感元件226a、226b、226c 之相對端。第一電容225連接至至交流線216之連接在第4圖 之方塊B内繪示出來，且第二電容227連接至交流線116之連 接在第4圖之方塊A内繪示出來。方塊A還包含電感元件 226。 方塊A、B構成一所謂的六極濾波器，包括補償產生一 次側電磁場的區段中的線路之感應率的補償電容器。 當運作時，即當換流器C之半導體開關重複接通及斷開 時，恆定電流源產生具有一與電力無關的恆定有效平均值 的一交流電’該電力由此產生在區段211内並傳送至載具 214之接收裝置218。 第5圖繪示一包含一個三相換流器3 〇 1及某些其他電路 組件的模組35。模組35之一第一直流線41a連接至一DC電 源之一第一直流電源線141a。模組35之一第二直流線4ib連 接至該直流電源之第二直流電源線141 b。 如第5圖之左上方區域中所示意性續·示，第一直流電源 線141a連接至用以在一預定調變頻率下調變直流電源線 141之間的直流電壓的一第一變壓器37之二次繞組37a。爲 了使直流電源線141a、141b之間產生對應的覆加交流電 18 201125763 壓，第一變壓器37包含一可連接至一在該預定調變頻率下 正產生一交流電的交流電流源的一次繞組3 7 b。此一交流電 流源可以是一頻率產生器，其頻率可被調適。二次繞組37a 上的電壓由一次繞組37b兩端的電壓及該變壓器之該等繞 組之間的關係來確定。因此，該交流電流源之電壓也是可 調的。 模組3 5之第一直流線41 a包含為模組3 5的一部分的一 第二變壓器39之一次繞組39a。此第二變壓器39用以使電能 與操作換流器所需的直流電源解耦。除了第5圖中所示者之 外’該第一變壓器及該第二變壓器也可不必直接相連。更 精確地說’該等變壓器之一可連接至該第一直流電源線且 另一變壓器可連接至該第二直流電源線。 模組35之第一及第二直流線41a、4lb經由一電阻器44 且經由在第一及第二直流線41a、41b之間形成一電容的電 容器45a、45b、45c相連。出於安全原因，電阻器44被提供。 若模組35與DC電源斷開，例如，藉由斷開線路41a中的開 關40 ’則電阻器44之高歐姆電阻使直流線41之不同電位之 一緩慢等化成為可能。 電容45用以使電阻器44兩端之電位之波動平滑。由於 在母一情況下二開關147、148之串聯連接兩端之電壓鹿 該是恆定的，故不希望得到此類波動。 第5圖綠示具有依據也可在其他特定實施例中實現的 本發明的一較佳特徵的一特定實施例。依據此特徵，電容 經由用以使電能與直流電源解耦的第二變壓器之—次繞組 19 201125763 連接至直流電源。這意味著存在於Dc電源（介於第5圖之範 例之線路141a、141b之間）中的覆加交流電壓藉由由第二變 壓器（第5圖中之39)執行的電能解耦而至少部分消除。換言 之’電容45產生交流電壓之一短路。 半導體開關147、148之功能及運作可能類似於或等同 於第1圖中所示之配置，且因此，此處將不再對其加以描 述。父流線135a、135b、135c分別連接至半導體開關147a、 148a ; 147b、148b ; 147c、148c之串聯連接之間的一點。 一飛輪二極體47、48以反平行方式連接至各該半導體開關 147 、 148 。 然而，換流器之進一步的細節在第5圖中繪示出來。還 描繪了其他半導體開關之對應的控制裝置，一閘極驅動單 元55被繪示出來，其連接至半導體開關1471)之閘極以驅動 用以改變閘極電何以切換半導體開關147d所必需的電流。 如由一條虛線所標示’閘極驅動單元45連接至一驅動控制 單元53 ’其控制半導體開關147、148之所有閘極驅動單元 之運作。操作驅動控制單元53所需的能量且可取捨的還有 操作閘極驅動單元所需的能量由電路51提供，此電路51連 接至第二變壓器39之二次繞組39b。電路51包含用以調整二 次繞組39b上之交流電壓使其適於驅動控制單元53及/或驅 動單元54之需求的電氣及/或電子組件。 第5圖還繪示了一用以量測例如電流及電壓的量測單 元53。量測值可由驅動控制單元53使用來控制閘極驅動單 元54。 20 201125763 I：圖式簡單說明3 第1圖係一具有用以傳送電能至一載具的區段的配 置，其中該等區段經由位於該等區段之間之介面處的換流 器連接至一 DC電源， 第2圖係示意性的一沿一具有多個連續區段的軌道行 駛的軌道載具，其中一換流器被配置在介於二連續區段之 間的每一介面處， 第3圖係示意性的一包含連續區段的配置，其中用以攜 帶交流電之多個相位的區段之線路彼此未申聯連接， 第4圖係一用以在該等連續區段之一者中產生一恆定 交流電的恆定電流源，以及 第5圖係一繪示一連接至DC電源的三相換流器的電路圖。 【主要元件符號說明】 35.. .模組 37.. .第一變壓器 37a...二次繞組 37b... —次繞組 39.. .第二變壓器 39a... —次繞組 39b...二次繞組 40.. .開關 41.. .直流線 41 a...第一直流線/線路 41b...第二直流線 21 201125763 44.. .電阻器 45.. .電容/閘極驅動單元 45a~45c...電容器 47、48...飛輪二極體 51.. .電路 53.. .驅動控制單元/量測單元 54.. .驅動單元/閘極驅動單元 55.. .閘極驅動單元 135、135a、135b、135c...相位線 137~139、157、157c...區段 140.. .電容 141.. .DC電源線/直流電源線 141a、141b...DC線/線路/DC電源線/直流電源線 141a.. .DC線/線路/DC電源線/第一直流電源線 141b.. .DC線/線路/DC電源線/第二直流電源線 142、143...介面 144a 〜144c...連接 145a、145b、145c···參考數字 147、148…開關/參考數字/半導體開關 147a~147f...區段 147a〜147c、148a~148c...半導體開關 147d...半導體開關 149、150…開關 151.. .能量來源 22 201125763 152、152a~152e...換流器 160.. .導體配置 161.. .接收裝置 162.. .載具 163a、163b...能量儲存器 21 卜 211a〜211g...區段 213.. . DC電源線/電源線/DC線 213a、213b…DC電源線 214.. .軌道載具/載具 215.. .發電站 216、216a、216b、216c...交流線 218、 218a、218b...接收裝置 219、 219a、219b、226、226a、226b、226c·.·電感元件 221、221a、221b、221c...電流路徑 221.. .電流路徑/路徑 233、233a、233b...電容 225a、225b、225c...第一電感元件/第一電容 225、225a、225b、225c...第一電容 227、227a、227b、227c···第二電容 301.. .三相換流器 A、B、C...恆定電流源配置/恆定電流源 A、B...恆定電流源配置/恆定電流源/方塊 C...恆定電流源配置/恆定電流源/換流器 23

Claims (1)

1. 201125763 七、申請專利範圍： 】·二種用以傳送電能至—载具，特別是諸如-輕軌載具的 —有軌載具的系統，其中 '^系統包含-用以產生—交流電磁場且從而傳送該 能量至該載具的導電體配置， -亥導體配置包含？個連續區段，其巾該等區段沿該 载具之行駛路徑延伸， -該系統包含一用以傳導電能至該等區段的直流電 源，其中該直流電源包含一第一及一第二直流線， 該第-直流線在-不同於該第二直流線之電位的電 位下被操作， 每區段經由至少一換流器而連接至該直流電源， 3玄至少一換流器適於將一由該直流電源攜帶的直流 電轉換成一由s亥區段攜帶的交流電， ••該系統包含一調變裝置，其用以使用一預定調變頻 率來調變該第一及第二直流線中至少一者之電位， 從而以該調變頻率產生一具有覆加交流電壓的直流 電壓， -該等換流器中至少某些換流器包含一具有一個一次 及一個二次繞組的變壓器，其中該一次繞組連接至 '•玄第一或第一直流線使得該直流電流經該一次繞組 且其中該二次繞組連接至一適於提供電能來操作該 換流器的電源配置。 如則面申請專利範圍所述之系統，其中該導體配置包含 24 201125763 至少一交流線，其中每一交流線適於攜帶一交流電之一 相位。 3·如前面申請專利範圍所述之系統，其中每一區段包含各 該至少一交流線之一節段。 4-如申請專利範圍第2項所述之系統，其中連續區段中用 以攜帶交流電之同一相位的對應節段彼此電氣性分離。 5·如申請專利範圍前面三項中任一項所述之系統其中該 換流器包含適於重複地使該直流電源與一相位的交流 線連接及斷開從而產生交流電的相位開關，其中該換流 器包含一用以控制該等相位開關之運作的控制裝置且 其申該控制裝置連接至電源配置來接收運作用電能。 女申β專利範圍第1項所述之系統，其中該換流器包含 —電容，該電容具有用以使其連接的相反連接，且其中 該等相反連接連接至該第一及該第二直流線。 7·如申請專利範圍第1項所述之系統，其令該變壓器之該 次繞組為一用以降低或消除由該換流器之運作所產 生之頻率的反應器。 8·-種用以傳送電能至—載具，特別是諸如—輕轨載具的 —有執載具的方法，其中 --導電體配置被操作以產生—交流電磁場且從而傳 送該能量至該載具， -該導體配置包含多個連續區段，其中該等區段沿該 載具之行駛路徑延伸’其中該等區段被單獨地、至 少部分地及/或至少偶爾地被操作， 25 201125763 -用以傳送至該載具用的電能經由—直流電源被傳導 至該等區段，其中該直流電源包含一第—及一第二 直流線，該第-直流線在一不同於該第〔直流線之 電位的電位下被操作， -该電能從該直流電源經由至少一換流器傳導至各該 區段，該換流ϋ適於將-㈣直流電源㈣的直流 電轉換成一由s玄區段攜帶的交流電， -该第一及第二直流線中至少一者之電位以一預定調 變頻率來調變，從而以該調變頻率產生—具有覆加 交流電壓的直流電壓， -該等換流器中至少某些換流器包含一具有一個一次 及一個二次繞组的變壓器，其中該一次繞組連接至 S亥第一或第二直流線使得該直流電流經該—次繞組 且其中該變壓器用以提供來自該第二繞組的電能來 操作該換流器之一控制裝置。 9. 如先前申請專利範圍所述之方法，其中至少二連續區段 被同時操作，其中該等連續區段中用以攜帶交流電之同 一相位的線之相對應節段彼此串聯連接。 10. 如申料利範@第8項所述之方法，其巾該等連續區段 中用以攜帶該交流電之同-相位的線之相對應節段彼 此電氣性分離。 11. 如申請專利範圍第8至10項中任一項所述之方法其中 該換流器之相位開關由該控制裝置控制以重複地使該 直流電源與一相位的交流線連接及斷開，從而產生交流 26 201125763 電’且其中該控織置被提供有來自該二次繞組的電能 以操作該控制裝置。 12·如申請專利範圍第8項所述之方法，其中該換流器包含 一電容，該電容具有“使其連接的減連接，其中該 等相反連接連接至該第—及第二直流線且其中該電容 還用以使該第-及第二直流線之間的直流電壓之波動 平滑。 13.如申請專利範圍第8項所述之方法，其中該變壓器之該 -次繞組也用作-用以降低或消除由該換流器之運： 所產生之頻率的反應器。 27