TW201008805A - Transferring electric energy to a vehicle - Google Patents

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201008805 六、發明說明： 本發明係有M於用以將電能傳送至一交通工具，尤其 傳送至諸如一輕軌交通工具（例如一電車）之一軌道結合交 通工具之一系統與方法。 t先前技術3 特疋地，軌道結合交通工具(track b〇und vehicle)，諸如 習知的軌道交通工具、單軌交通工具、無軌電車及沿藉由 其他方式（諸如其它機械方式、磁方式、電子方式及/或光學 方式)之-軌道導引之交通卫具，需要電能來沿該軌道推進 及操作不產生對該交通王具的牵引之獅㈣統。此類輔 助的系統例如為㈣系統、加熱及/或空調系統、該空氣通 風及乘客資訊纽。然而，較特定而言，本發明係有關於 ，電能傳送至未必（但較佳地減結合交通工具之— 交通工具。—般而言，該交通工具可以是，例如，具有一 作推進馬達之—交通工具。該交通卫具也可以是具 dt推進系統之—交通卫具，該混合推⑽統例如可 以疋藉由電能或諸如_ 電化儲存能ΐ或燃料（例如天然 孔八油或石油）之其他能量操作之一系統。 具，合交通卫具’尤其用於公共乘客運輸的交通工 雷勤言:含用以機械地及電氣地接觸沿著該軌道(諸如― 機載推之—線導體之^接觸器。具有至少—個 饋送並產生機來1該外部軌道或線之電力來 201008805 電車及其它局部或區域性的列車通常透過城市内的架 空線來操作。然而，特別地，在城市的歷史城區，是不希 望有架空線的。另一方面，在地面下或靠近地面的導電軌 導致安全問題。 WO 95/30556 A2描述了 —道路供電的電氣的交通工具 系統。該全電氣交通玉具具有—或多個機賴量儲存元件 或裝置’該⑻元件或裝置可快速祕自_電流所獲得的能 量來充電或激發，諸如機電電池之一網路。可在該交通工 具運行時給該等能量儲存元件充電。該充電透過功率耦合 元件(例如I人麵道路中⑽圈）之一網路來進行。感應加 熱線圈位於載客/卸客區以增加乘客的安全。 〜著該道路之長度將該等線圈設置在已選定的位置具 有如下缺點.具有機載能量儲存體之交通卫具需要一大的 儲躲量。另外，如果該交通工具沒有及時到達下一線圈， W通工具可能因為推進或其他用途而耗盡能量。因此， 至少對於一些應用，沿著該 一 量連績地傳送至該交通工具即沿著該轨道’將能 將^量感應地自該軌道傳送至該交通工具即產生電 磁％，易遭受與EMC(電磁相容 電磁場可能幹擾其他技術裝χ )有_限制。一方面， 該永久地遭受電磁場。至少，、P方面’人及動物不應 限值。 必項遵守場強度之各自的極 【明内容】 本發明之一 目的是提供用 以將電能傳送至一交通工 201008805 具，尤其傳送至-軌道結合交通工具之— Μ及方法，其 允許在行進_持續傳送電能並有助於以料emc之該 專各自的極限。 依據本發明之一基本概念，自沿該軌道配置之一導電 體配置將能量傳送至在該軌道上行進之該交通卫具而在該 交通工具與該導體配置之間沒有電氣接觸。 輸產生-各自的電磁場之-交流電流且該電磁場被用來將 該電能傳送至該交通工具。 較佳地，該導體配置位元於該軌道中及/或軌道下特 定地在該交通工具行進之祕面下。“，本發明也包括 該導體配置之至少-部分m於該執道側面的情況，例如 當該軌道位於鄉村或一隧道中時。 流經該導體配置之該交流電流的頰率可在5 i〇〇 kHz 間的範圍中，特定地在10-30 kHz間的範圍中，較佳地大約 20 kHz 0 由電磁場傳送該能量的原理具有該導體配置可電氣絕 緣而不接觸之優點。例如’該導體配置之該等導線或線可 埋藏在地下。沒有行人可無意的接觸該等埋藏的線。再者， 解決了用來接觸標準的架空線或導電軌之接觸器的磨損問 題。 如主要在WO 95/则6樹所作之揭露，行進在該軌 道上的該交通工具可包含至少-個線圈，且該電磁場在該 線圈中產生-電氣的交流電壓，該電氣的交流電壓可用來 操作該交通工具中諸如-推進馬達之住—電氣負載，或可 5 201008805 用來為諸如習知的電池及/或超級電容器之一能量儲存系 統充電。 特定地，提出如下内容：用以將電能傳送至一軌道結 合交通工具，尤其傳送至諸如一電車之一輕軌交通工具之 系統，其中： - 該系統包含用以產生一電磁場並藉此將該能量傳 送至交通工具之一導電體配置， - 該導電體配置包含用以傳輸一交流電流之一相之 至少一線， - 該線沿著該軌道延伸， - 該線以使得當該交流電流流經該線時在每一時間 點上其產生一電磁場之一列連續的磁極之一方式 遭配置，其中該等連續的磁極具有交替的磁極性， - 該列連續的磁極沿著由該軌道所定義的該交通工 具之該行進方向延伸。 另外，該系統可由如下該等特徵所定義： - 該系統包含一導電體配置， - 該導電體配置包含用以傳輸一交流電流之一相之 至少一線， - 該線沿著該轨道延伸， - 該線包含橫向於由該執道所定義的該交通工具之 該行進方向延伸之多個區段， - 同一線的該等區段沿著該執道以使得當一交流電 流流經該線時在每一時間點上該交流電流交替地 201008805 以相對方向流經在該列中的連續區段之方式配置 成一列。 一種用以將能量傳送至該父通工具之相對應的方法， 其包含如下特徵： '一電磁場由沿該軌道設置之一導電體配置產生，藉 此將能量傳送炱該交通工具， - 該電磁場透過傳導在該導電體配置之一線中的一 父流電流之至少/相之該相電流來產生， - 該相電流在該線中沿著該軌道以使得當該相電流 流經該線時在每一時間點上其橫向於該交通工具 之該行進方向流經该線的多個區段之方式傳導，其 中其以一第一方向流經該等區段之一第一群組並 以相對方向流經該等區段之一第二群組，且其中該 第一群組與該第二群組之該等區段在該行進方向 上交替。 該導電體配置包含如上所述之該等線當中之至少一 線。較佳地’其包含這些線中的至少兩線，其中每條線適 於傳輸一多相交流電流之一相。實際上，較佳地是，該導 電體配置包含三條線且每條線適於傳輸—個三相交流電流 之該三相當中之-相 '然而，也可能的是，藉由_相對應 數目的線傳财於三相。由該等線及/或鱗不同線之該等 區段產生之該等磁極在每一時間點上以一重複序列沿該行 進方向延伸，其巾該重複序列與該等相之—序列相對應。 例如，在具有相位u、v、w^_個三相該電流的情況下， 7 201008805 傳輸相位u之一區段之後是傳輸相位v之一區段，接著傳輸 相V位之該區段之後是傳輸相位W之一區段，且相位U、V、 W之此序列沿著該軌道的方向即沿著該行進方向重複多 次。隨後將參考附圖描述一例子。 該至少一線當該交流電流流經該線時在每一時間點上 產生一電磁場之一列連續的磁極，其中該等連續的磁極具 有交替的磁極性。換言之：在一給定時間點上，在線中的 該交流電流沿著行進方向產生具有一磁場向量之一磁場， 該磁場向量在該線之一第一區域中定向在一第一方向，該 線之該第一區域之後是該線之一第二區域，該磁場之該場 向量在該線之一第二區域中定向在與該第一方向相對的方 向，該線之該第二區域之後是該線之另一區域，該磁場向 量在該線之該另一區域中再次定向在該第一方向，等等。 然而，並非總是如下這種情況：該第一方向與在該線之後 面區域中該磁場之方向準確地以相對方向定向。一原因可 能是該線不是準確地以一規則、重複的方式來配置。另一 原因可能是該導體配置之其他線之非對稱的影響。一進一 步的原因可能是外部電磁場。而且，行進在該軌道上之該 交通工具將影響所產生的電磁場。 然而，由該導體配置之該同一線在每一時間點上產生 之交替磁極之原理具有以下優點··側向於該導體配置之該 產生的電磁場強度隨著到該導體配置距離的增加而快速的 減小而為一非常小的強度。換言之，在該線之該等區域中 該等相對定向的磁場側向於該線相疊加並互相補償。由於 201008805 =Γ電=1:具有非常小的電磁場強度，較佳的， '首下面”;广至》'線設置在該執道中及/或該軌 ’…行進方向延伸之該線的該等區段沿一 ^平面延伸。在此脈絡中，“水平”㈣_

青曲或輕微傾斜之情況。㈣應地，該等_段之2自 的“水平，，面也可輕微傾斜。因此，水平指魏道以水平面 延伸之標m相同的情況應用_軌道向 或自該山向下之情況。該軌道之—些百分比的傾斜對㈣ 向於該軌道之該磁場的補償而言是可忽略的。 由於側向於該軌道之該場強度非常小，所以可以以高 功率將能量傳送至該交通u同時可輕易地滿足emc 極限值(例如5uT針對該侧向磁場強度）。 依據一特定較佳實施例，該導電體配置之該至少一線 沿著該軌道以蛇紋的方式延伸，即以行進方向延伸之該線 之區段在每一情況下其後是橫向於該行進方向延伸之一區 段，橫向於該行進方向延伸之該區段其後又是以行進方向 延伸之一區段。如果是一多相系統，較佳地該導體配置之 所有線以此方式配置。該線可由一纜線實現。 該表達“蛇紋，’涵蓋具有一彎曲組態及/或具有有急轉彎 轉變區之直區段至相鄰區段之線。直區段是較佳的，因為 它們產生較均勻的場。 特定的，在該導體配置之該至少一線中的該交流電流 產生一電磁波，該電磁波以與該線之連續磁極之該距離成 比例且與該交流電流之該頻率成比例之一速度沿行進方向 9 201008805 5玄等區段之 工具之最大寬度。 本實施例之-優點是流經該等區段之該交流電^在該 接收裝置可被設置於其中之該區域中產生—近乎均勻 或相對於行進方向移動。較佳地，橫向於 之該等區段中之至少一些區段且較佳地二：：方向延伸 超過-寬度’該寬度大於在軌道上之段延伸 收該傳送能量之一接收裝置之該寬度。:如工具之用以接 該寬度可大於佔據該軌道之該等交通 之磁 場強度。

本發明之該系統或方法之一進一步的實施例保證了該 交替磁場強度隨時間保持恒定。爲了實現本目標，該至少 一線連接至一 AC(交流)恒流源’該AC恒流源適於以一交流 電流饋送該線，該交流電流之平均值是常量（或接近常量）， 而與自該導電體配置傳送至在該軌道上的該交通工具或至 該等交通工具之該電力無關。

依據該AC恒流源之較佳實施例，其包含將AC電壓變換 成AC電流之一電氣配置。此電氣配置在每條線中可包含在 該恒流源之一輸入端之一輸入電感器及在該恒流源之一輸 出端之一輸出電感器’其中該輸入端連接至一電壓源’其 中該輸出端連接至沿著該軌道之線區段’其中每條線包含 該輸入端與該輸出端之間之一連接點且其中每個連接點經 由一電容器被連接到一共用的相同星點。 如果一次只有一交通工具受該一次側（Primary side)電 源(饋送該導體配置)供電，可選擇地，一恒定AC電壓可施 加到該軌道端導電體配置上。因為只存在一交通工具，所 10 201008805 以避免了任何負載分佈之幹擾。在此情況下，流經該導體 配置之該AC電流（由該恒定AC電壓供應所導致）視該負載 強度而定。因此，該一次側導電體配置之該等電損失是負 載相依的，且該電流不是恒定的’如在一恒定AC電流供應 的情況（如上所述）。 該能量源（或電源）可以是（這也應用到本系統之其他實 施例）用以自一恒定的DC電壓產生一AC電壓之一習知的換 流器。 較佳地，該導電體配置位元於該軌道下面，例如在地 下。 在一較佳實施例中’該多相導體配置之該等線在一星 點連接，即該等線在為所有相位共用之一連接點互相連 接。這樣的一星點組態尤其易於實現且確保了該等多個相 位之行爲是對稱的，即所有相位傳輸相同的有效電流，當 二儘^在該等相位之間存在·一相移。例如，在一個三相系 、先的情況下，該相移通常是12〇。。在每個相位中的該交流 電流可為一正弦或接近正弦的電流。一星點連接之一額外 的優點疋，不需要向後的導體到該電源。該導體配置至該 電力供應系統之所有的連接可在該軌道之同一軌段中完 成。 *上該至少—線包含用來將該電能傳送至該交通工具或該 等乂通工具之—電感器且進一步包含對將該能量傳送至該 交通工具或料交通1具沒有幫助之電感器，其中 該A属電感器由位於同—線中的__電容器來補償以使得該 11 201008805 電容器與該洩漏電感器之產生阻抗為零。這樣的—零阻广 具有使該系統之該無功功率最小化並藉此使該等有功功率 元件之設計最小化之優點。 較佳地，該導電體配置之至少一線(及較佳地所有該等 線）包含多個線節段，其中每個線節段沿著該軌道之—不同 軌段延伸並可獨立於該等其他線節段來開啟或關閉。每個 線節段通常包含橫向於該行進方向延伸之多個該等區段。 相對應地，本方法之一實施例包含獨立於該等其他線 節段來開啟或關閉線節段之步驟，以使在為該交通工具所 _ =據之該軌道之軌段處的交通工具受來自該導電體配置之 能量來提供且以使沿著未被—交通工具所佔據之該軌道之 夕些軌段被關閉。因此，減少了在該系統操作期間之 ， 員失此外’可較容易滿足EMC需求，因為避免了不必要 _ 的電磁場。 ，尤其較佳的是，在該行進方向上該軌道之該等轨段短 =在該軌道上的—交通工具之長度，且該系統適於唯在-乂通工具正佔據該線節段所在之該轨道之該各自的執段時 馨 、作（及特疋地，開啟)線節段。由於該軌道下（或在一些情 兄下，在隨道中侧向於該轨道)之僅有的線節段被開啟，所 該等交通工具使環境免受由該導體配置所產生的電磁 二，較佳地，只操作被一交通工具完全佔據的節段，即沿 著仃進路役的縱向方向，該等受操作的節段不延伸超過該 交通，具之前部且不延伸超過該交通工具之末端。 °使用關閉的該等線節段來控制該切換程式。較佳 12

201008805 地，可檢測一交通工具對該軌道之一各自軌段的佔據特 定地藉由檢測在該線節段中的由該交通工具至該線節^之 感應耦合所導致及/或由該交通工具產生之電磁場所導致 之一電壓及/或一電流。相對應地，一量測裝置可連接至該 等線節段當中之至少一線節段。較佳地，多個或所有該等 線節段連接至一量測裝置及/或同一量測裝置。該（等）量測 裝置適於透過檢測在該線節段中之由該交通工具至該線節 段之感應耦合所導致及/或由該交通工具產生之電磁場所 導致之一電壓及/或一電流，來檢測—交通工具對該軌道之 該各自軌段之佔據。 該系統可適於在用以接收該傳送能量之一交通工具之 一接收裝置進入一線節段所在之該軌道之該軌段之前開啟 該線節段。 例如，該等線節段之長度可以這樣的一方式來定尺 寸：該等線節段中之至少兩線節段被在該軌道上之一交通 工具縱向覆蓋，即在該軌道上的一交通工具之最小長度是 一線節段長度的兩倍長(較佳地，所有的線節段具有相同的 長度）。因此，用以接收該傳送能量之該交通工具的該（等) 接收裝置可沿縱向方向設置於該交通工具之該中間區段。 此外，較佳的是只開啟完全為在該軌道上之一交通工具所 覆蓋之線節段。另一方面，可檢測到一交通工具進入在一 特疋線節段上面之該區域之事件（如上所述），且一旦該交通 工具進入在該下一隨後的線節段上面之區域，開啟此線節 段。 一 13 201008805 因此，在該交通工具 前關閉線節段。較佳地， 蓋之前關閉。 離開在該線節段上㈣ 它們在不再受該交通工具完全覆 如果該導體配置包含多於一線，可只使用該等線 之-線來執行檢測較^魏人或__肢線: 該等事件。然、而，該等其他的線可相對應地開啟及^ 即，該輯配置包含區段，其巾在其絲段巾的 二 一起開啟及關閉。 線可 參考該等附圖將描述與在該交通工具中能量之

關的原理與細節。然而’一些特徵描述如下：該交通 之該接收裝置可包含-導體或多個導體之-線圈或其= 含多個線圈。-複數相接收裝置之複數線圈之優點在於匕 較容易及意味著較少的努力來平滑該等職收 壓之該等波動。 飞電 較佳地胃至夕-線圈只高於該一次側導體配置幾公 分被設置’因為-次與二次線圈之間的該磁耗合將隨著距

離的增加而減小。例如’該至少-線圈高於該地不超過10cm 被設置，較佳地，高於該地不超過5cm及最佳為2 3咖。特 疋地，如果該導體it置設置於該地下時這適用。該導體配 置之該(等)線可設置在該地面下不超過20cm， 較佳地不超 過 l〇cm。 較佳地’接收該傳送能量之該接收裝置在垂直方向是 可移動的以使其可移動至靠近地的-位置且當該接收裝置 不使用時其可升至一較高位置。 14 201008805 較佳地，該接收裝置包含沿行進方向在不同位置遭配 置之多個線圈。例如，該等線圈之間的距離可等於沿著該 軌道的該導體配置之不同相位之該等區段之距離，其中這 些區段是橫向於該行進方向延伸之區段。然而，像該等區 段之距離一樣將該交通工具之該等不同的線圈以相對於彼 此之相同的距離設置是不必要的。 圖式簡單說明 現在將參考該等附圖描述本發明之實施例及範例。該 等圖式顯不. 第1圖沿著一軌道延伸之一個三相導體配置之示意圖， 第2圖以時間之函數顯示流過依據第1圖之該配置之該 等三相之交流電流之一圖式， 第3圖當一交通工具之一接收裝置位元於該導體配置之 該所示區域之上時，由依據第1圖之該導體配置產 生之一磁場之磁場線，其中該磁場分佈之該前進方 向沿該圖之平面自右至左或自左自右延伸， 第4圖顯示當一負載連接至該交通工具内之該接收裝置 時由該導體配置產生的該磁場之一區域之另一圖， 第5圖示意地顯示由該導體配置產生的該磁波沿著該軌 道之運動並顯示由於該交通工具沿該軌道的運動 而引起該接收裝置的運動之一圖， 第6圖經由一電氣配置連接至一AC電壓源之依據第1圖 之該導體配置之一示意電路圖，該電氣配置將該 AC電壓源之電壓變換為饋送至該導體配置中之一 15 201008805 恒定交流電流， 第7圖顯示具有用於三個不同相位的線圈之一交通工具 之一接收裝置之一電路圖，其中該接收裝置連接至 一 AC/DC轉換器， 第8圖在一導體配置沿其延伸之一軌道上行進之一軌道 交通工具， 第9圖在一軌道交通工具在一軌道上運動之情況下之在 時間上的三個連續點，其中該執道被提供具有一導 體配置之多個連續的線節段，其中該等線節段可被 開啟或關閉用以向該交通工具供應能量， 第10圖與在第8圖中所示的該配置類似之一配置，包括沿 著該軌道之一導體配置之一電路圖，其中該導體配 置包含可開啟或關閉之線節段，及 第11圖與在第1圖中所示的該配置類似之一配置，示意地 說明介於一鐵路之兩軌條之間的一導體配置。 I：實施方式3 較佳實施例之詳細說明 第1圖顯示沿著一軌道例如沿著一鐵路之該等軌條（例 如見在第11圖中所示的該配置）可位元於地下之一導體配 置。在後面的情況中，該等軌條按第1圖的該視圖自左至右 延伸。 第1圖可理解為一示意圖。該導體配置之該等三條線 1、2、3包含橫向於行進方向（自左至右或自右至左）延伸之 區段。只有線卜2、3之該等橫向延伸區段中的一些用該等 201008805 參考數字表示，即線3之三個區段5a、5b與5c，該線3之一 些進一步的區段用“5”表示’線2之一個區段用5x表示及線1 之一個區段用5y表示。在該最較佳的情況下，在第1圖中顯 示的該配置12位元於該軌道之地下以使第1圖顯示在該配 置12上的一俯視圖。該等軌條在第1圖的該頂部及底部可自 左至右延伸，即該等橫向延伸線區段可完全在由該等軌條 所定義的該等邊界内（亦見第11圖）。 例如，如在第6圖所示之方式，該等三條線1、2、3可 連接至一個三相AC電流源。在第1圖描述的該時間，一正 電流II流經線3。“正”意思是電流自該電流源流至該線。該 等三條線1、2、3在該配置之另一端於一共用星點4連接在 一起。因此，該等其他電流當中的至少一電流，這裡是經 過該線2的該電流12與經過該線丨的該電流13是負的。一般而 言，應用該星點規則意思是，在每一時間點上流至該星點 與自該星點流出的所有電流之總和為零。該等電流經過線 1、2、3的該等方向如箭頭所示。 橫向於該行進方向延伸之線3的該等區段與線卜2的該 等相對應的區段具有相同的寬度且互相平行。實際上，較 佳地在該#三條線之料橫向延伸㊣段之間在寬度方向上 不存在移位。在第1财顯示了這樣的-移位，原因是每個 區段或每條線可被識別。 較佳地’每條線沿著該軌道遵循相同的類似蛇紋的路 控，其中該等線在該行進方向上以橫向於該行進方向延伸 之同-線之連續區段之間距離的三分之—被移位。例如， 17 201008805 如第1圖中間所示，户$瑞广 在連續區段5之間的該距離用丁 在這些連續區段5之心β〜 ’ΤΡ表不。 之間的該區域内存在橫向於行 伸之兩其他的區段， 方岐 區段5、5x、5V之“ L•奴5x與線1的&段5y。連續 距離重複。 帛沿订進方向以這些區段之間的規則 在第圖的。亥左區域中顯示了流經該等區段之該電滿 的相對應的方向。例如，區段⑽輸自該配置一

^至該配置之該相對側B之-電流。如果該配置12埋糾 下於該軌道下，或較_般而言，沿—水平面延伸的話· 是該軌道之i(諸如沿行财向的右侧，當自-行進中交 通工具察看時）’而側B是該相對側(例如該軌道的左側）。 於此同時該連續區段5b因此傳輸自側B流至側A之一 電流。線3之下-連續區段父因此傳輸自側a至側b之一電 因為它們同時由該同一 流。所有這些電流具有同一大小 線所傳輸。換言之：橫向延伸的該等區段透過沿行進方向 延伸的區段互相連接。

由於此類似蛇紋的配置’由該線3之區段5a、5b、5c、 所產生的該等磁場產生一電磁場之一列連續的磁極，其中 該等連續磁極（由區段5a、5b、5c、·.所產生的該等磁極) 具有交替的磁極性。例如，由區段所產生的該磁極之極 性在一特定時間點上對應一磁偶極，對於此磁偶極，該磁 北極面朝上且該磁南極面朝下。於此同時，由區段5b所產 生的該磁場之該磁極性同時以該相對應的磁偶極南極面 朝上且北極面朝下之方式被定向。區段5c之該相對應的磁 18 201008805 偶極以與區段5a相同的方式被定向，等等。相同的應用到 線1與線2。 然而’本發明也涵蓋只存在一相、存在雨相或存在多 於二相之該情況。只具有一相的一導體配置可如第1圖中 的線3來配置，但該線3之該末端(位於第1圖之右手邊）而非 該星點4可透過沿著該軌道延伸之一連接器線（第丨圖未示） 連接至該能量源（第1圖未示）。一兩相配置玎例如由線3與 線2構成’但是在該兩線(或較一般而言：所有線)之該等橫 向延伸的區段之間的鉅離較佳地是恒定的（即該線3之一 橫向延伸區段沿該行進方向與該相對方向至線2之兩個最 近的橫向延伸區段之間的該等距離是相等的）。 第11圖意圖是說明例如在第1圖中所示的該導體配置 之該導體配置之一些尺寸。在第丨丨圖中只顯示了該三條線 ni、112、113的一部分且省略了互相的連接(例如經由第i 圖的該星點4)以及與該電力供應的連接。 該等類似蛇紋的線1U、112、113位於用於鐵路交通工 具(諸如區域性的或局部的列車，諸如一電車）之一鐵路的 兩軌條之間。該表達“之間”係有關於在第u圖中所示之俯 視圖。例如，該等線lu、U2、113可位於該等軌條US之 位準以下。 該等線11卜112、113當中之每一線包含橫向於該軌道 方向，即該等軌條116之該縱向方向延伸之線性區段。這 些橫向延伸區段透過沿該等軌條之該縱向方向延伸之縱 向延伸區段來連接至同一線之該等連續的橫向延伸區 19 201008805 段。該等橫向線性延伸區段具有-長度LB，較佳地，該長 度LB至少與該等軌條之間的該距離仙的—半—樣長。例 如，該距離RB可能是丨喊該等橫向延伸區叙長度可能 為50cm或在50至75cm的範圍内。 同-線之該等橫向延伸區段與該等縱向延伸區段透過 弯曲區段互相連接。該曲率與例如具有15Gmm的一半徑之 一圓之曲率相對應。 第11圖也tf意地顯示被在該等軌條116上行進之一交 通工具之-接收褒置之—線圈覆蓋之—受遮蔽區域US。 該線圈之寬度等於料線之料橫向延賴段之該等長 度。然而’實際_L，較佳的的，此寬度小於該等橫向延伸 區段之長度。允許該線圈的位置在橫向於該行進方向之 該方向上有一移位，如在該受遮蔽區域118下面的兩箭頭 與一直線所不。如果該移位不會使該線圈移動超過該等橫 向延伸區段之該等邊界，那麼這樣的一移位將不影響該線 圈對能量的接收。 如下自第2圖中顯示的時間相依圖，經過第丨圖之該等 相位卜2、3的該等電流是一習知三相交流電流之相電流。 在第2圖中的LI、L2、L3表示的是該等類似蛇紋的線 1、2、3形成電感。 如第2圖所示，該等電流之該峰電流值可分別地在300A 至-300A的範圍中。然而’較大或較小的峰電流也是可能 的。300A峰電流足以將推進能量提供給一電車用來使該電 車沿著幾百米至幾千米的一執道移動，例如在一城市之該 20 201008805 歷史城鎮中心内。另外，該電車可自諸如一習知的電化電 池配置及/或一超級電容器配置之一機載能量儲存體獲取 能量。一旦該電車已離開該城鎮中心且連接至—架空線， 該能量儲存體可再次完全地充電。 在第3圖中的該等彎曲線是第丨圖所示之線丨、2、3之該 等區段所產生之該磁場之場線。第3圖描述在與第2圖之該 時間尺度上的“0”、“3G”、“6G”、“9G”相對應之四個不同的 時間點之該等情況。第2圖的該時間尺度也可解譯為顯示 該等電流之正弦行爲之角度的一尺度，這就是說，第2圖 顯示該等電流經過-完整週_行爲，即在“σ，處該· 開始的該等電流值與在“着，處該週期結束的該等電流值 相同。 在第3圖的該等四個部分圖的左邊，顯示了線ι、2、3 之橫向延伸區段之截面圖。參考符號“„，，表示流經線路】 之-橫岐伸區段线電流n，料。這錢向延伸區段 垂直於第3圖之該圖像平面延伸，其中該圖像平面經過第工 圖之該配置12是-垂直切割平面，其中以圖與第3圖之該 等圖像平面互相垂直且其中第3圖之該圖像平面沿該行進 方向延伸，將第i圖之該等區段5切割成兩半。在第顶之 該等上方區域中’電轉圈7被示意地齡為平坦矩形框 化區域。在係為-交通工具之—料裝置之心自該配置 12接收能量之部分之這些線圈7的頂部設置鐵磁主幹8以 收集與轉移該等磁場線。這些主幹8具有—電磁鐵之鐵心 的功能。 21 201008805 第4圖顯示一與在第3圖中所示的該等視圖類似的視 圖。然而，該圖意圖是說明在該交通工具（其正在該軌道 上行進）中的線圈在該軌道之該導體配置中感生電流之該 假設情況。除了第3圖以外，第4圖也顯示經過在該線圈7 之該等區域7a、7b、7c、7d中的導電體41a、41b之橫截面。 在區域7a、7b中，自第4圖之該圖像平面朝外向上定向之 一電流在該描述之時間點上正在流動。在第4圖的該右手 邊，其中顯示了線圈7之區域7c、7d，如叉線所示，電流 向下進入至第4圖之該圖像平面中。由線圈7所產生的該電 磁場（以第4圖中之該等電場線説明）關於區段7b及7d之該 邊界線對稱，因為在區段7a至7d中的該等電流量也關於該 邊界線對稱。 第5圖顯示沿著垂直延伸且在該行進方向上延伸之一 切割平面之另一切割。在第5圖之該上半部分顯示了位元 於該等線卜3、2之區段中、橫向於該行進方向延伸之線卜 3、2之該等導線或導線束。總計，在第5圖中至少部分地 顯示了橫向於該行進方向延伸之該配置12之七個區段。在 該列中的該第一、第四及第七區段（自左至右）屬於線卜由 於經過區段5b(在第5圖中的該第四區段）的該電流II之方 向與經過該等區段5a、5c(在第5圖中的該第一與該第七區 段）的該電流II之方向相對，且由於該等電流II、13、12是 交流電流，所以該所產生的電磁波沿著該行進方向以一速 度vw移動。該波用9來表示，該配置12之該電感器用Lp來 表示。 22 201008805 在第5圖之上半部顯示的該等橫載面表示沿該行進方 向且以一速度vm行進之一交通工具之一接收裝置，且在第 5圖之該頂部“2TP”表示的是，第5圖顯示配置12之一線節 段，配置12之該線節段的長度等於在一線(這裡是線1)之該 等三連續的橫向延伸區段之間之該距離的兩倍。 在第6圖中所示的該配置包含可以是依據第1圖的該導 體配置12之一導體配置103、104、105。爲了顯示它們的 電氣性質，在第6圖中使用等效的電路符號。該三相系統 103、104、105傳送處於相位1、2、3之相電流II、12、13。 該等相位1、2、3之固有感應率可由Lpl、Lp2、Lp3來表 示’其等產生用以將能量傳送至在該軌道上的任一交通工 具之該電磁％。然而该專線1、2、3也包含如在第6圖中的 區塊104中所示之>戈漏電感器Lsl、Ls2、Ls3。這些不希望 的洩漏感應率之該阻抗由在該等線i ' 2、3中之電容器 Cld、Ck2、Ck3來補償，如在區塊1〇3所示。 在線1、2、3中用來產生該等電磁場之該電能由一個三 相電壓源1〇1產生。針對該等相位的該等相源用區塊101中 的VI、V2、V3來表*。在該等線丄、2、3中的該等所產生 的電壓用Ul、U2、U3來表示。該電壓源連接至一恒流源 102之該輸入。此源102之一輸出連接至區塊1〇3中的該等 電容器。在源102之該輪出產生該等電流II、12、13。這些 電流隨時間是恒定的，與自線丨、2、3傳送至在該轨道上 的任一父通工具之該能量無關。在恒流源1〇2之該輸入 端，該源1〇2在每條1、2、3中包含一輸入電感器仏、 23 201008805 L2a' L3a。在該源i〇2之該輸出端，每條線}、2、3包含一 輸出電感器Lib、L2b、L3b。於該等輸入與輸出電感器之 間’每條線1、2、3經由一電容器C卜C2、C3連接至一共 用星點61。 第7圖顯示可位於在該轨道上行進的一交通工具中之 一配置之—電路圖。該配置包含用以自該軌道接收該電磁 場並用以藉此產生電能之一個三相接收裝置。該接收裝置 包含針對每一相位la、2a、3a之一線圈或線圈之一配置， 其中該等線圈用L71、L72、L73(區塊201)表示。在所示的 實施例中’該等相位la、2a、3a在一共用星點71處連接至 一起。該等相位la、2a、3a之洩漏感應率(在第7圖中未單 獨顯示）由電容器C71、C72、C73來補償，如在區塊202中 所示。 該接收裝置201、202之該輸出端（第7圖於此顯示該等 相電流Isla、Is2a、Is3a)連接至一 AC/DC(交流/直流)轉換 器203。該轉換器203之該DC端連接至一中間電路之線 76a、76b。該等線76a、76b經由用“204”表示的一平滑電 容器C7d互相連接。可在該交通工具内被提供能量之該電 氣負載用在“205”的可連接至該中間電路之該等線76a、 76b的一電阻RL來表示。“Ud”表示該負載rl可導致一電壓 降，其中Ud例如是在該中間電路中的該電壓。 第8圖顯示被諸如一區域性公共運輸列車或一電車之 一軌道結合交通工具81佔據之一軌道83(這裡：具有兩執 條之一鐵路軌道）。 201008805 所示的該配置包含用來產生一電磁場藉此將能量傳送 至在該軌道上的該交通工具之一導電體配置。該導體配置 89為示意地顯示。例如，該導體配置可如第1圖中所示設 計。該導體配置89(且此應用到其他配置，不僅應用到在 第8圖所示之該例子）可位於地下或地上。特定地，在鐵路 …有軌道父通工具的輪可於其上滾動之兩軌條的情況 下，该導體配置可位元於地上在一鐵路軌枕的位準之上介 於邊等軌條之間，或部分地在地上但在該鐵路軌枕之下。 如果該等鐵路軌枕例如由混凝土製成，用以保持該等軌條 的該等軌枕或其他建構可包含孔及/或腔，該導體配置之 該或該等線延伸經過這些孔及/或腔。因此，該鐵路建構 可用來保持該（等）線成該所希望的蛇紋形狀。 该軌道結合交通工具81在其下面包含用來接收該導體 配置89所產生的該電磁場之一接收裝置85。該接收裝置85 電氣地連接至一機載電氣網路86以使在該接收裝置85中 所感生之該電能可在該交通卫具81中分配。例如，輔助裝 置90與用來將推進馬達（未示）驅動至具有輪88a、88b、 88c、88d之轉向架780a、780b中之推進單元8〇、84可連接 至該分配網路86。此外’ 一能量儲存體82,諸如一電化能 量儲存體或諸如超級電容器之電容器的一配置，也可連接 至該分配網路。因此’該能量儲存體82可用該接收裝置所 接收的此量來充電’尤其在該交通工具81於該軌道上停止 期間。當该交通工具81在該軌道上移動時，可自該能量儲 存體82取出需要用來移動該交通工具以之該推進能量的 25 201008805 -部分，且與此同時由該接收裝置所接收的該能量可有助 於該推進，即可以是該推進能量的部分。 第9圖說明包含可被開啟或關閉的區段以使只是開啟 的區段產生一電磁場以將能量傳送至在該軌道上之該交 通工具或該等交通工具之一導體配置112之概念。第9圖之 例子顯示沿該軌道排列成一列連續的節段之5個節段τ丄、 T2、T3、T4、T5。 諸如一電車之一交通工具92正在該軌道上行進。在該 交通工具92之地板下面提供了用來接收由該等節段所產 參 生的電磁場之兩接收裝置95a、95b。該等接收裝置95a、 95b可以是冗餘的裝置，其中只需要該等裝置中之一個裝 置來操作該交通工具。這增加了操作安全。然而，該等裝 · 置95a、95b也可以是同時產生能量以操作該交通工具之非 冗餘裝置。然而，如下情況可能發生：該等裝置95中的至 少一個裝置可以不產生電能。該交通工具可包含更多的接 收裝置而非兩個接收裝置。 下面的描述係有關於所有的這些情況，及此外有關於 ® 該交通工具只具有一個接收裝置的情況。 依據在第9圖中所示之該例子，該交通工具自左向右移 動。在第9圖的上部分中，該交通工具92佔據在元件T2、 T3上的該轨道且部分地佔據在元件T1與T4上的該軌道。 該等接收裝置95或該接收裝置總是位於被該交通工具所 _王佔據的元件上。情況就是這樣’因為在縱向方向上該 等接收裝置與該交通工具之最接近末端之間的距離大於 26 201008805 該導體配置112之每一節段之長度。 在第9圖之該頂部視圖的情況下，該等元件Τ2、Τ3被開 啟且所有其他的元件ΤΙ、Τ4、Τ5被關閉。在第9圖之該中 間視圖中，其中該交通工具92完全佔據在元件Τ2、Τ3上的 軌道且幾乎完全佔據在元件Τ4上的軌道，元件Τ2已被關 閉’因為該等接收裝置95或該接收裝置已離開在元件Τ2 上的該區域，且一旦該交通工具完全佔據在該元件Τ4上的 該區域’元件Τ4將被開啟。在第9圖的底部視圖中顯示了 當開啟該元件Τ4時的這種狀態。 第10圖顯示與第9圖所示之該配置類似之一配置。實際 上，第10圖可為如第9圖所示之相同配置之一不同視圖。 然而，第10圖顯示了該配置之額外的部分。用於產生一電 磁場之該導體配置之該等連續節段l〇3a、i〇3b、l〇3c中的 每一節段經由用來開啟及關閉該元件1〇3之一分離的開關 102a、102b、102c連接至一主線1〇8。在一個三相交流系 統的情況下，該主線108可包含針對每相之導線或纜線。 該主線108之該遠端(在第1〇圖的右手端’但未顯示）可包含 所有三相之一共用星點。在該主線1〇8的該相對點連接至 一能量源1〇1 ’諸如依據第6圖所示之區塊ιοί、1〇2之該配 置。 【圖式簡單說明3 第1圖沿著一軌道延伸之一個三相導體配置之示意圖， 第2圖以時間之函數顯示流過依據第1圖之該配置之該 等三相之交流電流之一圖式， 27 201008805 第3圖當一交通工具之一接收裝置位元於該導體配置之 該所示區域之上時，由依據第1圖之該導體配置產 生之一磁場之磁場線，其中該磁場分佈之該前進方 向沿該圖之平面自右至左或自左自右延伸， 第4圖顯示當一負載連接至該交通工具内之該接收裝置 時由該導體配置產生的該磁場之一區域之另·一圖’ 第5圖示意地顯示由該導體配置產生的該磁波沿著該軌 道之運動並顯示由於該交通工具沿該軌道的運動 而引起該接收裝置的運動之一圖， 第6圖經由一電氣配置連接至一 AC電壓源之依據第1圖 之該導體配置之一示意電路圖，該電氣配置將該 AC電壓源之電壓變換為饋送至該導體配置中之一 恒定交流電流， 第7圖顯示具有用於三個不同相位的線圈之一交通工具 之一接收裝置之一電路圖，其中該接收裝置連接至 一 AC/DC轉換器， 第8圖在一導體配置沿其延伸之一軌道上行進之一軌道 交通工具， 第9圖在一執道交通工具在一執道上運動之情況下之在 時間上的三個連續點，其中該軌道被提供具有一導 體配置之多個連續的線節段，其中該等線節段可被 開啟或關閉用以向該交通工具供應能量， 第10圖與在第8圖中所示的該配置類似之一配置，包括沿 著該軌道之一導體配置之一電路圖，其中該導體配 201008805 置包含可開啟或關閉之線節段，及 第11圖與在第1圖中所示的該配置類似之一配置，示意地 說明介於一鐵路之兩軌條之間的一導體配置。 【主要元件符號說明】

卜 2、3、lll、112、113、76a、 76b...線 4、 61、71…共用星點 5、 5a、5b、5c、5x、5y…區 段 7.. .電磁線圈 7a、7b、7c、7d...區域 8…鐵磁主幹 9.. .電磁波 12…配置 41a、41b.._ 導電體 80、 84...推進單元 81、 92…軌道結合交通工 具、交通工具 82.. .能量儲存體 83.. .軌道 85、95a、95b、201、202.··接 收裝置 86.. .機載電氣網路、分配網 路 88a、88b、88c、88d...輪 89…導體配置 90.. .輔助裝置 101.. .三相電壓源、能量源 102…恒流源 102a、102b、102c··.開關 103、104、105…導體配置、 三相系統 103a、103b、103c...節段 108…主線 116.··執條 118…受遮蔽區域 203.. .轉換器 204…平滑電容器 205.. .負載 A…第一側 B...相對側 TP、RB··.距離 LB...長度 vw、vm…速度 Lp...電感 V卜V2、V3...相源 m、U2、U3、Ud·.·電壓 II、12、13、Isla、Is2a、Is3a... 電流、相電流

Lpl、Lp2、Lp3…固有電感器 Lsl、Ls2、Ls3…泡漏電感器 Ckl、Ck2、Ck3、C71、C72、 C73...電容器

Lla、L2a、L3a...輸入電感器 Llb、L2b、L3b...輸出電感器 L71、L72、L73…線圈 C7d...平滑電容器 RL...電阻、負載 1卜丁2、丁3、丁4、丁5...節段、 元件 29

Claims (1)

1. 201008805 七、申請專利範圍： 1. 一種用以將電能傳送至一交通工具，尤其傳送至諸如一 輕軌道交通工具之一執道結合交通工具之系統，其中 - 該系統包含用以產生一交替電磁場並藉此將該能 量傳送至該交通工具之一導電體配置， - 該導電體配置包含用以傳輸一交流電流之一相之 至少一線， - 該線沿著該執道延伸， - 該線以使得當該交流電流流經該線時在每一時間 點上其產生一電磁場之一列連續的磁極之一方式 遭配置，其中該等連續磁極具有交替的磁極性， - 該列連續磁極沿著由該軌道所定義的該交通工具 之該行進方向延伸。 2. —種用以將電能傳送至一交通工具，尤其傳送至諸如一 輕軌道交通工具之一軌道結合交通工具之系統，其中 - 該系統包含一導電體配置， β Q - 該導電體配置包含用以傳輸一交流電流之一相之 至少一線， - 該線沿著該軌道延伸， - 該線包含橫向於由該軌道所定義的該交通工具之 該行進方向延伸之多個區段， - 該同一線的該等區段沿著該執道以使得當一交流 電流流經該線時在每一時間點上該交流電流交替 30 201008805 地以相對方向流經該列中的連續區段之方式配置 成一列。 3. 如前一申請專利範圍項所述之系統，其中該等區段中的 至少一些區段，較佳地所有的該等區段，沿橫向於該行 進方向之方向延伸超過一寬度，該寬度大於在該軌道上 的一交通工具之用以接收該傳送的能量之一接收裝置 之該寬度。 4. 如前述申請專利範圍之任一項所述之系統，其中該導電 體配置包含多個該等線，每條線適於傳輸一多相交流電 壓或電流之一相，其中由該等線及/或該等不同線之該 等區段所產生之該等磁極在每一時間點上沿該行進方 向以一重複序列延伸，其中該重複序列與該等相之一序 列相對應。 5. 如前述申請專利範圍之任一項所述之系統，其中該至少 一線連接至一恒流源，該恒流源適於以與自該導電體配 置傳送至在該執道上之該交通工具或該等交通工具之 該電力無關的一恒定交流電流來饋送該線。 6. 如前一申請專利範圍所述之系統，其中該恒流源包含用 以將一能量源之一交流電壓變換成一交流電流之一配 置，該配置在每條線中包含在該恒流源之一輸入端之一 輸入電感器與在該恒流源之一輸出端之一輸出電感 器，其中該輸入端連接至一能量源，其中該輸出端連接 至沿著該軌道的線區段，其中每條線包含在該輸入端與 該輸出端之間的一連接點且其中每個連接點經由一電 31 201008805 容器連接至一共用的同一星點。 7. 如前述申請專利範圍之任一項所述之系統，其中該至少 一線包含多個線節段，其中每個線節段沿著該軌道之一 不同的軌段延伸且可獨立於該等其他線節段遭開啟及 關閉。 8. 如前一申請專利範圍所述之系統，其中在該行進方向上 該等線節段短於在該執道上的一交通工具之該長度且 其中該系統適於唯在一交通工具正佔據該線節段所在 之該執道之該各自軌段時才開啟線節段。 9. 一種用以將電能傳送至一交通工具，尤其傳送至諸如一 輕軌道交通工具之一軌道結合交通工具之方法，其中 - 一電磁場由沿該軌道設置之一導電體配置產生，藉 此將該電能傳送至該交通工具， - 該電磁場藉由傳導在該導電體配置之一線中的一 交流電流之至少一相來產生， - 該相在該線中沿著該軌道以使得當該交流電流流 經該線時在每一時間點上其產生一電磁場之一列 連續的磁極之方式傳導，其中該等連續磁極具有交 替的磁極性， - 該列連續的磁極沿由該執道所定義之該交通工具 之該行進方向延伸。 10. —種用以將電能傳送至一交通工具，尤其傳送至諸如一 輕軌道交通工具之一軌道結合交通工具之方法，其中 201008805 - 一電磁場由沿該執道設置之一導電體配置產生，藉 此將該能量傳送至該交通工具， - 該電磁場精由傳導在該導電體配置之一線中的一 交流電流之至少一相來產生， - 該相電流在該線中沿著該軌道以使得當該相電流 流經該線時在每一時間點上該相電流橫向於該交 通工具之該行進方向流經該線之多個區段之方式 傳導，其中該相電流沿一第一方向流經該等區段之 & 一第一群組且其沿該相對方向流經該等區段之一 第二群組，及其中該第一群組與該第二群組的該等 區段沿該行進方向交替。 11 ·如前述申請專利範圍之任一項所述之方法，其中該交流 電流是一多相交流電流且其中該電流之各該相經由多 個線中之一各自的線來傳導，其中由該等線及/或該等 不同線之該等區段所產生之該等磁極在每一時間點上 k 沿該行進方向以一重複序列延伸，其中該重複序列與該 I 等相之一序列相對應。 12. 如前述申請專利範圍之任一項所述之方法，其中該至少 一線受與自該導電體配置傳送至在該軌道上之該交通 工具或該等交通工具之該電力無關的一恒定交流電流 饋送。 13. 如前述申請專利範圍之任一項所述之方法，其中該至少 一線受與自該導電體配置傳送至該交通工具之該電力 無關的一恒定交流電壓來饋送。 33 201008805 14. 如前述申請專利範圍之任一項所述之方法，其中該至少 一線包含多個線節段，其中每個線節段沿該軌道之一不 同的軌段延伸及其中該等線節段獨立於該等其他線節 段遭開啟及關閉，藉此為在該軌道之遭佔據的軌段上的 交通工具提供能量且藉此關閉沿著該軌道之未被一交 通工具所佔據之至少一些軌段之線節段。 15. 如前一申請專利範圍所述之方法，其中在該行進方向上 該軌道之該等軌段短於在該執道上的一交通工具之該 長度及其中唯在一交通工具正佔據該線節段所在之該 軌道之該各自的軌段時才開啟線節段。 16. 如前一申請專利範圍所述之方法，其中藉由檢測在該線 節段中的由該交通工具至該線節段之感應耦合所導致 及/或由該交通工具所產生的電磁場所導致之一電壓及/ 或一電流來檢測一交通工具對該軌道之一各自的軌段 的該佔據。 17. 如前三項申請專利範圍之任一項所述之方法，其中在用 以接收該傳送的能量之一交通工具之一接收裝置進入 該線節段所在之該軌道之之該軌段之前開啟一線節段。