Sistema y método para transferir energía eléctrica a un vehículo.

Un sistema para transferir energía eléctrica a un vehículo (81), estando:

- el sistema compuesto por una disposición de conductores eléctricos para producir un campo electromagnético alterno y para que, por medio de este, se transfiera energía electromagnética al vehículo

(81),

- comprendiendo la disposición de los conductores al menos uno y, de manera preferente, múltiples segmentos consecutivos (T1, T2, T3, T4, T5), extendiéndose cada segmento (T1, T2, T3, T4, T5) a lo largo de una sección diferente de la ruta de recorrido del vehículo (81),

- pudiendo cada segmento (T1, T2, T3, T4, T5) activarse o desactivarse de manera independiente de los demás segmentos. - comprendiendo el vehículo (81) al menos un receptor (1) para recibir la energía electromagnética,

- comprendiendo el vehículo (81) al menos un transmisor de señal (2) que ha sido conformado para emitir una señal de activación hacia la vía,

- comprendiendo el vehículo (81) una disposición de control del transmisor,

- asignándose un receptor de señal (D1, D2, D3, D4) a cada segmento (T1, T2, T3, T4, T5),

- estando conformado al menos un transmisor de señal (2) para emitir de manera repetida y continua la señal de activación hacia la vía,

- estando conformado el receptor de la señal (D1, D2, D3, D4) para permitir que el segmento genere el campo electromagnético alterno, mientras que el receptor de la señal (D1, D2, D3, D4) recibe la señal 20 de activación, estando un control de segmento (3) conformado para detener el funcionamiento del segmento cuando el receptor de la señal (D1, D2, D3, D4) del segmento ya no reciba la señal de activación, caracterizado porque la disposición de control del transmisor está conformado para dejar de transmitir la señal de activación cuando el receptor y/o cualquier dispositivo junto con el receptor no va a entrar en funcionamiento,

- disponiéndose un primer transmisor de señal (2b), con respecto a la dirección de recorrido, delante del receptor (1), de modo que la señal de activación emitida por el primer transmisor de señal (2b) active un segmento (T2) antes de que el receptor (1) alcance el área situada por encima del segmento (T2) y que el segundo transmisor de señal (2a) se disponga,

- con respecto a la dirección de recorrido, detrás del receptor (1), de manera que la señal de activación 30 del segundo transmisor de señal (2a) mantenga activado el segmento (T2) hasta que el receptor (1) abandone el área situada por encima del segmento (T2).

Tipo: Patente Internacional (Tratado de Cooperación de Patentes). Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: PCT/EP2010/007985.

Solicitante: BOMBARDIER TRANSPORTATION GMBH.

Inventor/es: VOLLENWYDER, KURT, WORONOWICZ,KONRAD, DICKSON,TIMOTHY RUSSELL.

Fecha de Publicación: .

Clasificación Internacional de Patentes:

  • SECCION B — TECNICAS INDUSTRIALES DIVERSAS; TRANSPORTES > VEHICULOS EN GENERAL > PROPULSION DE VEHICULOS PROPULSADOS ELECTRICAMENTE... > B60L5/00 (Colectores de corriente para líneas de alimentación de energía sobre los vehículos propulsados eléctricamente)

PDF original: ES-2518492_T3.pdf

 

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Fragmento de la descripción:

Sistema y método para transferir energía eléctrica a un vehículo

El Invento trata de un sistema y un método para transferir energía eléctrica a un vehículo, en particular, a un vehículo conducido sobre una vía, como un tren ligero (por ejemplo: un tranvía).

Los vehículos conducidos sobre una vía, como los vehículos ferroviarios, monorrieles, trolebuses y vehículos conducidos sobre una vía a través de otros medios, tales como otros medios mecánicos, magnéticos, electrónicos y/u ópticos, requieren energía eléctrica para Impulsarse sobre la vía y para poner en funcionamiento sistemas auxiliares, que no producen tracción en el vehículo. Dichos sistemas auxiliares son, por ejemplo, sistemas de Iluminación, calefacción y/o sistemas de aire acondicionado y los sistemas de ventilación y de información de pasajeros. No obstante, de manera más particular, el presente invento se relaciona a un sistema de transmisión de energía eléctrica a un vehículo que no es necesariamente (pero sí preferentemente) un vehículo conducido sobre una vía. En términos generales, el vehículo puede tratarse de, por ejemplo, un vehículo con un motor de propulsión operado con electricidad. El vehículo también podría ser un vehículo con un sistema de propulsión híbrido, por ejemplo, un sistema que puede funcionar con energía eléctrica u otro tipo de energía, como combustible o energía almacenada electroquímicamente (por ejemplo: gas natural, gasolina o petróleo).

Los vehículos conducidos sobre una vía, en particular, los vehículos para transporte público de pasajeros, presentan generalmente un colector de corriente para hacer contacto de manera mecánica y eléctrica con un conductor de línea a lo largo de la vía, tal como un vía férrea eléctrica o una línea aérea. Al menos un motor de propulsión a bordo de los vehículos es alimentado con energía eléctrica proveniente de la vía externa o línea y produce una fuerza de propulsión mecánica.

Los tranvías y otros trenes regionales y locales generalmente funcionan mediante líneas aéreas dentro de las ciudades. Sin embargo, en ciertas partes históricas de las ciudades, las líneas aéreas no son aceptadas. Por otro lado, los railes conductores en el suelo o cerca del suelo causan problemas de seguridad.

El documento WO 95/3556 A2 describe un sistema de vehículo electromotorizado de carretera. El vehículo que funciona y se desplaza por medio de la electricidad presenta uno o más dispositivos o elementos de almacenamiento de energía a bordo, pudiendo cargarse o excitarse rápidamente a partir de una fuente eléctrica como una red de baterías electromecánicas. Los elementos de almacenamiento de energía pueden cargarse mientras el vehículo está en movimiento. La carga se realiza a través de una red de elementos de acoplamiento de energía; por ejemplo, bobinas instaladas en la carretera.

Al colocar las bobinas en lugares seleccionados a lo largo de la vía se tiene la desventaja de que el depósito de energía a bordo del vehículo necesite una gran capacidad de almacenamiento. Además, si el vehículo no llega a tiempo a la siguiente bobina, el vehículo podría quedarse sin energía para seguir su marcha y para otros propósitos. En consecuencia, al menos para algunas aplicaciones, se prefiere transferir energía al vehículo de manera continua a lo largo de la ruta de recorrido; es decir, a lo largo de la vía.

El documento US 5 821 728 muestra la carga de baterías de un vehículo Impulsado mediante electricidad, utilizando un campo electromagnético extendido a lo largo de la línea central de un carril de conducción. El medio para producir dicho campo comprende una serie de bobinas de inducción, Interruptores y sensores. Para hacer funcionar los Interruptores del devanado de campo, se transmite un sonido agudo u otro tipo de onda desde el vehículo mediante una antena transmisora, la cual es recibida por los sensores dispuestos junto a los interruptores.

A pesar de que el documento US 5 821 728 propone un sistema capaz de transferir energía de manera continua al vehículo mientras el vehículo está en marcha, este sistema presenta algunas desventajas. Una de estas desventajas consiste en que las distintas bobinas utilizadas para producir el campo electromagnético están conectadas a una línea de suministro de energía que transporta una corriente alterna. Por lo tanto, la línea de suministro de energía también genera un campo electromagnético.

Con el propósito de mejorar la CEM (Compatibilidad Electromagnética), las bobinas (hablando de manera más general: los segmentos de la disposición de conductores para producir el campo electromagnético) podrían ser alimentadas por una línea de corriente continua. Cada segmento puede poseer un inversor que convierta la corriente continua en corriente alterna generando el campo electromagnético.

Asimismo, las bobinas y la línea de suministro de energía del documento US 5 821 728 generan ondas electromagnéticas de frecuencias distintas. Pudiendo al menos algunas de estas frecuencias alterar los dispositivos y sistemas dispuestos en el medioambiente. Al generar una corriente alterna constante en la línea o líneas del segmento, se generan diversas ventajas en comparación con el funcionamiento del segmento con un voltaje

constante. Una ventaja consiste en que la corriente constante podría ser una función sinusoidal del tiempo. Esto quiere decir, que solo se genera una única frecuencia de ondas electromagnéticas. Por el contrario, al hacer funcionar el segmento con un voltaje constante se generan funciones no sinusoidales, generando funciones armónicas de frecuencias diferentes.

Sin embargo, el funcionamiento del vehículo utilizando corriente constante también tiene desventajas. Particularmente, resulta difícil detectar si en realidad algún vehículo ubicado encima del segmento en la vía recibe energía a través de las ondas electromagnéticas. La corriente serla la misma durante la transferencia de energía como si el vehículo no se encontrara sobre dicho segmento.

Un vehículo desplazándose sobre la vía presentará al menos un receptor (ver por ejemplo, el Inducido de nivel controlado del documento US 5 821 728) para recibir la energía electromagnética transmitida por las ondas o el campo producido por el segmento. Generalmente, el receptor, que también puede denominarse captador, está compuesto por devanados de conductores para al menos una fase. Existen diversas posibles razones para el malfuncionamiento o daño del receptor. Al menos uno de los devanados podría tener algún defecto o causar un corto circuito en otros devanados. Podrían ocurrir vibraciones mecánicas que alteren el funcionamiento del receptor. El dispositivo de enfriamiento del receptor podría fallar. En todos los casos mencionados y en caso de una sobrecarga, el receptor no debe recibir ninguna onda electromagnética; es decir, no se le debe suministrar más energía y no debe volver a funcionar. No obstante, si el segmento sobre la vía continúa emitiendo ondas electromagnéticas, el receptor y/o las partes conectadas podrían sobrecalentarse e incendiarse.

La CEM (Compatibilidad Electromagnética) requiere que los segmentos se desactiven cuando no exista ningún vehículo sobre el segmento. Por lo tanto, se debe activar un segmento preferentemente cuando está totalmente cubierto por un vehículo y debe desactivarse otra vez cuando ya no está totalmente cubierto por el vehículo. Debido a que durante una operación de corriente constante es difícil detectar que un vehículo realmente está cubriendo el segmento y recibiendo energía, podría suceder que un segmento que no esté cubierto aún esté emitiendo ondas electromagnéticas.

El documento US 4 8 328 muestra un acoplamiento... [Seguir leyendo]

 


Reivindicaciones:

1. Un sistema para transferir energía eléctrica a un vehículo (81) , estando:

- el sistema compuesto por una disposición de conductores eléctricos para producir un campo electromagnético alterno y para que, por medio de este, se transfiera energía electromagnética al 5 vehículo (81) ,

- comprendiendo la disposición de los conductores al menos uno y, de manera preferente, múltiples segmentos consecutivos (T1, T2, T3, T4, T5) , extendiéndose cada segmento (T1, T2, T3, T4, T5) a lo largo de una sección diferente de la ruta de recorrido del vehículo (81) ,

- pudiendo cada segmento (T1, T2, T3, T4, T5) activarse o desactivarse de manera independiente de los 10 demás segmentos.

- comprendiendo el vehículo (81) al menos un receptor (1) para recibir la energía electromagnética,

- comprendiendo el vehículo (81) al menos un transmisor de señal (2) que ha sido conformado para emitir una señal de activación hacia la vía,

- comprendiendo el vehículo (81) una disposición de control del transmisor, 15

- asignándose un receptor de señal (D1, D2, D3, D4) a cada segmento (T1, T2, T3, T4, T5) ,

- estando conformado al menos un transmisor de señal (2) para emitir de manera repetida y continua la señal de activación hacia la vía,

- estando conformado el receptor de la señal (D1, D2, D3, D4) para permitir que el segmento genere el campo electromagnético alterno, mientras que el receptor de la señal (D1, D2, D3, D4) recibe la señal 20 de activación, estando un control de segmento (3) conformado para detener el funcionamiento del segmento cuando el receptor de la señal (D1, D2, D3, D4) del segmento ya no reciba la señal de activación, caracterizado porque la disposición de control del transmisor está conformado para dejar de transmitir la señal de activación cuando el receptor y/o cualquier dispositivo junto con el receptor no va a entrar en funcionamiento, 25

- disponiéndose un primer transmisor de señal (2b) , con respecto a la dirección de recorrido, delante del receptor (1) , de modo que la señal de activación emitida por el primer transmisor de señal (2b) active un segmento (T2) antes de que el receptor (1) alcance el área situada por encima del segmento (T2) y que el segundo transmisor de señal (2a) se disponga,

- con respecto a la dirección de recorrido, detrás del receptor (1) , de manera que la señal de activación 30 del segundo transmisor de señal (2a) mantenga activado el segmento (T2) hasta que el receptor (1) abandone el área situada por encima del segmento (T2) .

2. El sistema según la reivindicación 1, comprendiendo el receptor de señal (D1, D2, D3, D4) un área de recepción para recoger la señal de activación, extendiéndose el área de recepción a lo largo de una sección 35 de la ruta de recorrido del vehículo (81) .

3. El sistema según la reivindicación 1 y 2, comprendiendo la disposición de control (3) al menos un interruptor (32) y/o un fusible (30) conformado para evitar que el transmisor de señal (2) emita la señal de activación, respondiendo al menos un interruptor (32) y/o fusible (30) ante al menos uno de los siguientes eventos: la 40 temperatura del receptor, la temperatura de un convertidor de corriente para convertir una corriente eléctrica producida por el receptor, la operatividad del receptor, del convertidor de corriente y/o de un sistema del vehículo que utiliza la energía electromagnética recibida por el receptor.

4. El sistema según la reivindicación 3, estando el interruptor (32) y/o fusible (30) dispuestos en una línea (41) 45 y estando conformados para interrumpir la línea (41) en caso de que se tenga que impedir que al menos un transmisor de señal (2) emita la señal de activación.

5. El sistema según la reivindicación 4, siendo la línea (41) la primera línea en excitar un relé (33) , de modo que se mantenga al relé (33) en un estado cerrado mientras se trasmite la señal de activación y 50 desexcitándose el relé (33) , que por lo tanto está en estado abierto, e interrumpiéndose una segunda línea (40) al menos hacia un transmisor de señal (2) , si la primera línea (41) se interrumpe.

6. Un vehículo (81) para poner en funcionamiento utilizando el sistema de una de las reivindicaciones precedentes, 55

- comprendiendo el vehículo (81) al menos un receptor (1) para recibir la energía electromagnética de un campo electromagnético alterno, - comprendiendo el vehículo (81) al menos un transmisor de señal (2) conformado para emitir una señal de activación hacia la vía para permitir la generación de un campo electromagnético alterno, - comprendiendo el vehículo (81) una disposición de control del transmisor (3) , 5

- estando conformado al menos un transmisor de señal (2) para emitir de manera repetida o continua la señal de activación hacia la vía,

- estando la disposición de control del transmisor (3) conformada para detener la transmisión de la señal de activación en caso de que el receptor (1) y/o cualquier otro dispositivo junto con el receptor (1) no se va a poner en funcionamiento, caracterizado porque, 10

- delante del receptor (1) , con respecto a la dirección de recorrido, está dispuesto un primer transmisor de señal (2b) , de modo que la señal de activación emitida por el primer transmisor de señal (2b) active un segmento (T2) antes de que el receptor (1) alcance el área por encima del segmento (T2) , - y porque detrás del receptor (1) , con respecto a la dirección de recorrido, está dispuesto un segundo transmisor de señal (2a) , de manera que la señal de activación del segundo transmisor de señal (2a) 15 mantenga activado el segmento (T2) hasta que el receptor (1) abandone el área ubicada encima del semento (T2) .

7. El vehículo según la reivindicación 6, comprendiendo la disposición de control (3) al menos un interruptor (32) y/o un fusible (30) conformado para evitar que el transmisor de señal (2) emita la señal de activación, respondiendo al menos un interruptor (32) y/o el fusible (30) ante al menos uno de los siguientes eventos: la 20 temperatura del receptor, la temperatura de un convertidor de corriente para convertir una corriente eléctrica producida por el receptor, la operatividad del receptor, del convertidor de corriente y/o de un sistema del vehículo que utiliza la energía electromagnética recibida por el receptor.

8. El vehículo según la reivindicación 7, estando el interruptor (32) y/o el fusible (30) dispuesto (s) en una línea 25 (41) y estando conformado (s) para interrumpir la línea (41) en caso de que se tenga que impedir que al menos un transmisor de señal (2) emita la señal de activación

9. El vehículo según la reivindicación 8, siendo la línea (41) una primera línea que excita un relé (33) de modo que se mantenga al relé (33) en un estado cerrado mientras se trasmite la señal de activación, 30 desexcitándose el relé (33) , que por lo tanto está en estado abierto, e interrumpiéndose una segunda línea (40) al menos hacia un transmisor de señal (2) , si la primera línea (41) está interrumpida.

10. Un método para transferir energía eléctrica a un vehículo (81) ,

- siendo un campo electromagnético alterno producido por la disposición de conductores eléctricos 35 dispuesta a lo largo de una vía mediante la cual se transfiere energía electromagnética al vehículo (81) ,

- activándose o desactivándose al menos un segmento o múltiples segmentos consecutivos (T1, T2, T3, T4, T5) de la disposición de conductores de manera independiente de otros segmentos (T1, T2, T3, T4, T5) con el fin de generar el campo electromagnético en un área restringida de la ruta de recorrido del vehículo únicamente cuando el vehículo (81) se encuentra en movimiento, extendiéndose cada 40 segmento (T1, T2, T3, T4, T5) a lo largo de una sección diferente de la ruta de recorrido del vehículo (81) ,

- siendo recibida la energía electromagnética, utilizando al menos un receptor (1) dispuesto en el vehículo (81) ,

- transmitiéndose una señal de activación desde el vehículo hacia la vía, 45

- activándose el segmento para producir un campo electromagnético alterno,

- emitiéndose la señal de activación de manera repetida o continua desde el vehículo hacia la vía,

- activándose el segmento mientras un receptor de señal (D1, D2, D3, D4) recibe la señal de activación, deteniéndose el funcionamiento del segmento (T1, T2, T3, T4, T5) cuando la señal de activación ya no

es recibida por el receptor de señal (D1, D2, D3, D4) del segmento (T1, T2, T3, T4, T5) , caracterizado porque,

- se detiene la transmisión de la señal de activación cuando el receptor (1) y/o cualquier otro dispositivo junto con el receptor (1) no se van a poner en funcionamiento,

- un primer transmisor de señal (2b) delante del receptor, con respecto a la dirección de recorrido, 5 transmite una primera señal de activación desde una primera ubicación, de modo que la señal de activación emitida por el primer transmisor de señal (2b) activa un segmento (T2) antes de que el receptor (1) alcance el área por encima del segmento (T2) y un segundo transmisor de señal (2a) detrás del receptor, con respecto a la dirección de recorrido, transmite una segunda señal de activación desde una segunda ubicación, de manera que la señal de activación del segundo transmisor de señal 10 (2b) mantenga activado el segmento (T2) hasta que el receptor (1) abandone el área por encima del segmento (T2) .

11. El método según la reivindicación 10, dejando de ser emitida la señal de activación al producirse uno o más de los siguientes eventos: la temperatura del receptor (1) excede un valor máximo predeterminado; la 15 temperatura de un convertidor de corriente para convertir una corriente eléctrica producida por el receptor excede un valor máximo predeterminado; el receptor, el convertidor de corriente y/o un sistema del vehículo que utiliza la energía electromagnética recibida por el receptor no están listos para ser puestos en funcionamiento.

12. El método según la reivindicación 10 y 11, siendo un interruptor (32) y/o un fusible (30) utilizado (s) para interrumpir una línea (41) cuando se deba impedir que al menos un transmisor de señal (2) emita la señal de activación.

13. El método según la reivindicación 12, siendo la línea (41) una primera línea utilizada para excitar un relé 25 (33) que mantiene al relé (33) en un estado cerrado mientras se trasmite la señal de activación y desexcitándose el relé (33) , que por lo tanto está en estado abierto, e interrumpiéndose una segunda línea (40) al menos hacia un transmisor de señal (2) , si la primera línea (41) se interrumpe.

14. El método según las reivindicaciones 10-13, produciéndose una corriente alterna de magnitud constante en 30 cada segmento (T1, T2, T3, T4, T5) mientras el segmento está en funcionamiento.