Recepción de energía eléctrica por inducción para un vehículo.

Disposición para suministrar energía eléctrica a un vehículo, en donde la disposición comprende un dispositivo de recepción (85) adaptado para recibir un campo electromagnético alterno y para producir una corriente eléctrica alterna por inducción electromagnética, en donde el dispositivo de recepción (85) comprende una pluralidad de arrollamientos y/o de bobinas (9, 10, 11) de un material conductor de electricidad, en donde cada arrollamiento o cada bobina (9, 10, 11) está adaptado o adaptada para producir una fase separada de la corriente eléctrica alterna y donde la disposición presenta un cuerpo (211) que comprende un material ferromagnético, caracterizada por que el cuerpo (211) que comprende el material ferromagnético está dispuesto por encima de los arrollamientos y/o las bobinas (9, 10, 11).

Recepción de energía eléctrica por inducción para un vehículo

La invención se refiere a una disposición, un sistema y un procedimiento para proveer energía eléctrica a un vehículo, en particular un vehículo ligado a una vía, utilizando un dispositivo de recepción adaptado para recibir un campo electromagnético alterno y para producir una corriente eléctrica alterna por inducción electromagnética. En particular, la invención puede aplicarse para proveer energía para la propulsión a vehículos ligeros ligados a una vía (por ejemplo un tranvía).

En particular los vehículos unidos a una vía, tal como los vehículos ferroviarios convencionales, vehículos monorriel, trolebuses, y vehículos que son guiados sobre una vía por otros medios, tal como otros medios mecánicos, medios magnéticos, medios electrónicos y/o medios ópticos, requieren energía eléctrica para la propulsión sobre la vía y para operar sistemas auxiliares, que no producen tracción del vehículo. Tales sistemas auxiliares son, por ejemplo, sistemas de iluminación, sistemas de calefacción y/o aire condicionado, sistemas de ventilación y de información para pasajeros. Sin embargo, hablando de un modo más particular, la presente invención se refiere al hecho de transferir energía eléctrica a un vehículo que no es necesariamente (pero de modo preferente) un vehículo ligado a una vía. En términos generales, el vehículo puede ser por ejemplo un vehículo que tiene un motor de propulsión operado eléctricamente. El vehículo también puede ser un vehículo que tiene un sistema de propulsión híbrida, por ejemplo un sistema que puede ser operado por energía eléctrica o por otra energía, tal como energía almacenada de manera electroquímica, o combustible (por ejemplo gas natural, gasolina o petróleo).

Los vehículos unidos a una vía, en particular los vehículos para el transporte público de pasajeros, habitualmente comprenden un dispositivo de conmutación para el contacto mecánico y eléctrico con un conductor de línea a lo largo de la vía, tal como un carril eléctrico o una línea aérea. Al menos un motor de propulsión a bordo es alimentado con la potencia eléctrica a partir de la vía o línea externa y produce energía de propulsión mecánica.

Los tranvías y otros trenes locales o regionales habitualmente se operan a través de líneas aéreas de energía en el interior de las ciudades. No obstante, especialmente en las partes históricas de las ciudades, las líneas aéreas de energía no son deseadas. Por otra parte, los carriles conductores en el suelo o a proximidad del suelo provocan problemas de seguridad.

El documento WO 95/3556 A2 describe un sistema de vehículo eléctrico impulsado sobre vías. El vehículo totalmente eléctrico dispone de uno o más elementos o dispositivos de almacenamiento de energía a bordo que pueden ser cargados o alimentados rápidamente con energía obtenida por una corriente eléctrica, tal como una red de baterías electromecánicas. Los elementos de almacenamiento de energía pueden ser cargados mientras que el vehículo se encuentra en funcionamiento. La carga se realiza a través de una red de elementos de acoplamiento de energía, por ejemplo bobinas incluidas en la vía terrea. Las bobinas de calentamiento por inducción se sitúan en zonas de carga / descarga de pasajeros para aumentar la seguridad de los pasajeros.

La colocación de las bobinas en lugares seleccionados a lo largo de la longitud de la vía terrea presenta la desventaja de que el almacenamiento de energía a bordo del vehículo necesita una gran capacidad de almacenamiento. De modo adicional, si el vehículo no alcanza la próxima bobina a tiempo, el vehículo podría sufrir una falta de energía para la propulsión u otros objetivos. Por lo tanto, al menos para algunas aplicaciones, es preferible transferir energía al vehículo de modo continuo a lo largo de la trayectoria de desplazamiento, es decir, a lo largo de la vía.

Transferir energía por inducción desde la vía hasta el vehículo, es decir, producir campos electromagnéticos, está sometido a restricciones con respecto a EMC (compatibilidad electromagnética). Por una parte, los campos electromagnéticos pueden interferir con otros dispositivos técnicos. Por otra parte, las personas y los animales no deberían estar sometidos a campos electromagnéticos de manera permanente. Al menos, los valores respectivos de límite para la intensidad del campo deben ser observados.

Tal como está revelado principalmente en el documento WO 95/3556 A2, el vehículo que se desplaza sobre la vía, puede comprender una bobina y el campo electromagnético genera una tensión eléctrica alterna en la bobina que puede ser utilizada para operar cualquier carga eléctrica en el vehículo, tal como un motor de propulsión, o puede emplearse para cargar un sistema de almacenamiento eléctrico tal como baterías convencionales y/o supercapacitores.

La patente EP 187 526 A2 describe un sistema de transporte con motor de inducción lineal (LIM). Un vehículo lleva un circuito secundario LIM en su lado inferior que está distanciado marginalmente de un circuito primario trifásico LIM construido en la vía entre los carriles. El circuito secundario incluye un núcleo de hierro laminado que forma un circuito magnético con el primario para la conducción del campo magnético móvil generado por el circuito primario en operación. Alrededor del núcleo de hierro están enrolladas las tres fases de un arrollamiento trifásico. El circuito secundario está formado con un arrollamiento de reacción que sirve como el circuito eléctrico para la conducción de corrientes inducidas por el campo magnético móvil del circuito primario LIM en la generación de un movimiento axial.

El arrollamiento está conectado a un rectificador que convierte la corriente deslizante en los arrollamientos en potencia eléctrica para el sistema eléctrico a bordo. En particular, los terminales del arrollamiento secundario están conectados con un puente rectificador trifásico controlado que carga un juego de baterías de almacenamiento. La figura 1 del documento ilustra un sistema de transporte que incluye un vehículo con ruedas bridadas que se desplazan por carriles emparejados de una vía.

El documento JP 58 4314 A describe un vehículo de motor magnético lineal que comprende bobinas de inducción provistas por debajo de un chasis del vehículo.

El documento DE 186977 A describe un vehículo que presenta un motor eléctrico lineal. Por lo menos un circuito magnético lleva una bobina que recibe el flujo magnético que es generado por bobinas de inducción de la vía.

Es un objeto de la presente invención la descripción de una disposición, un sistema y un procedimiento para proporcionar energía eléctrica a un vehículo, en particular un vehículo ligado a una vía, de una manera eficaz. En particular, una densidad de alta potencia debe ser producida por el dispositivo de recepción en el vehículo. De modo adicional, la intensidad de campo de un campo electromagnético dentro del vehículo debe ser reducida. Además, las fluctuaciones de la corriente o tensión alterna dentro del vehículo deben ser reducidas. De modo preferente, la intensidad de campo en el entorno de un dispositivo de recepción en el interior del vehículo debe ser baja.

De acuerdo con un aspecto básico de la presente invención, se transfiere energía a partir de una disposición de conductores eléctricos que está dispuesta a lo largo de la trayectoria de desplazamiento (por ejemplo una vía de un vehículo ligado a una via) y que no se mueve mientras que el vehículo se desplaza, hacia el vehículo. La disposición de conductores lleva una corriente alterna que genera un campo electromagnético respectivo, y el campo electromagnético es utilizado para transferir la energía eléctrica al vehículo.

De modo preferente, la disposición de conductores está situada en y/o por debajo de la vía, en particular por debajo de la superficie del suelo sobre el que se desplaza el vehículo. No obstante, la invención incluye también el caso de que al menos una parte de la disposición de conductores está situada lateralmente con respecto a la vía, por ejemplo cuando la vía se sitúa en el campo o dentro de un túnel.

La frecuencia de la corriente alterna que fluye a través de la disposición de conductores puede ser una frecuencia elevada en la gama de 1-1 kHz, en particular en la gama de 1-3 kHz, de modo preferible aproximadamente 2 kHz. Sin embargo, otras frecuencias también son posibles.

El principio de transferir la energía por campos electromagnéticos presenta la ventaja de que la disposición de conductores puede ser aislada eléctricamente contra el contacto. Por... [Seguir leyendo]

1. Disposición para suministrar energía eléctrica a un vehículo, en donde la disposición comprende un dispositivo de recepción (85) adaptado para recibir un campo electromagnético alterno y para producir una corriente eléctrica alterna por inducción electromagnética, en donde el dispositivo de recepción (85) comprende una pluralidad de arrollamientos y/o de bobinas (9, 1, 11) de un material conductor de electricidad, en donde cada arrollamiento o cada bobina (9, 1, 11) está adaptado o adaptada para producir una fase separada de la corriente eléctrica alterna y donde la disposición presenta un cuerpo (211) que comprende un material ferromagnético, caracterizada por que el cuerpo (211) que comprende el material ferromagnético está dispuesto por encima de los arrollamientos y/o las bobinas (9, 1, 11).

2. Disposición de acuerdo con la reivindicación 1, en donde los arrollamientos y/o las bobinas (9, 1, 11) están conectados a un convertidor (2) para transformar la corriente alterna en una corriente continua.

3. Disposición de acuerdo con la reivindicación 1 o 2, en donde el cuerpo (211) tiene la forma de una placa.

4. Disposición de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 3, en donde las secciones de los arrollamientos y/o de las bobinas (9, 1, 11), secciones que se extienden transversalmente con respecto al sentido de desplazamiento del vehículo y se extienden sustanclalmente en un plano común, están distribuidas - en el sentido del desplazamiento - sobre una longitud que tiene la misma dimensión que la proyección de la superficie del cuerpo (211) en el plano, y en donde los arrollamientos y/o las bobinas (9, 1, 11) están distribuidos sobre la longitud entera.

5. Disposición de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 4, en donde las secciones de los arrollamientos y/o de las bobinas (9, 1, 11), secciones que se extienden transversalmente al sentido de desplazamiento del vehículo y se extienden sustancialmente en un plano común, se extienden dentro de los limites de una anchura que es la anchura de una zona que tiene la misma dimensión que la proyección de la superficie del cuerpo (211) sobre el plano.

6. Disposición de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 5, en donde al menos una de las fases del dispositivo de recepción (85) comprende dos líneas (9, 9a ; 1, 1a ; 11, 11a) que están conectadas eléctricamente en paralelo una a la otra y en donde las líneas (9, 9a ; 1, 1a ; 11, 11a) están conectadas a la carga eléctrica del vehículo a través de un transformador de corriente diferencial (218) para eliminar toda corriente diferencial de las dos líneas paralelas (9, 9a ; 1, 1a ; 11, 11 a).

7. Disposición de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 7, en la cual los arrollamientos y/o las bobinas (9, 1, 11) están conectados a un punto de estrella común (122).

8. Disposición de acuerdo con una de las reivindicaciones precedentes, en la cual cada uno de los arrollamientos y/o cada una de las bobinas (9, 1, 11) está conectado o conectada a un convertidor CA/CC (2) para producir una corriente continua y los convertidores CA/CC (2) están conectados de tal manera que las tensiones del lado CC de los convertidores (2) se añaden las unas a las otras para generar una tensión acumulada que puede ser utilizada para suministrar energía eléctrica a un consumidor en el interior del vehículo.

9. Disposición de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 7, en la que los bornes de los arrollamientos y/o de las bobinas (9, 1, 11) están conectados - de modo separado para cada arrollamiento o bobina - a un convertidor (2) para generar una corriente continua, y en la que los convertidores (2) están conectados eléctricamente en paralelo los unos a los otros de manera que las corrientes continuas generadas por los convertidores (2) se añaden las unas a las otras para suministrar energía eléctrica a un consumidor en el interior del vehículo.

1. Disposición de acuerdo con la reivindicación precedente, en la cual una capacidad (219) está conectada entre los bornes de corriente continua de los convertidores (2).

11. Disposición de acuerdo con la reivindicación precedente, en la cual un conmutador (221) está conectado en paralelo a la capacidad (223) y en la cual la disposición comprende un dispositivo de mando (285) adaptado para cerrar automáticamente el conmutador (221) si la capacidad (223) está completamente cargada de energía eléctrica, poniendo así en cortocircuito el lado CC de los convertidores (2), y adaptado para abrir automáticamente el conmutador (221) si la capacidad (223) está apta para recibir energía eléctrica de los arrollamientos y/o las bobinas (9, 1, 11).

12. Sistema para transferir energía eléctrica a un vehículo (81; 92), en el cual el sistema comprende la disposición de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 11, en donde la disposición está dispuesta en un vehículo, y el sistema comprende de modo adicional una disposición de conductores eléctricos (12) sobre la trayectoria de desplazamiento del vehículo para producir el campo electromagnético alterno y para transferir de este modo la energía al vehículo (81; 92), en el cual:

a. la disposición de conductores eléctricos (12) comprende al menos dos líneas (1, 2, 3) para transportar une fase de una corriente eléctrica alterna,

b. las líneas (1,2, 3) se extienden a lo largo de la trayectoria de desplazamiento,

c. las líneas (1, 2, 3) están dispuestas de tal manera que producen - en cada instante mientras que la corriente électrique alterna circula a través de las líneas (1, 2, 3) - una hilera de polos magnéticos sucesivos de un campo electromagnético, presentando los polos magnéticos sucesivos unas polaridades magnéticas alternas,

d. la hilera de polos magnéticos sucesivos se extiende en el sentido de desplazamiento del vehículo (81 ; 92) que está definido por la trayectoria de desplazamiento.

13. Vehículo (81), comprendiendo la disposición de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 11.

14. Sistema para transferir energía eléctrica a un vehículo (81; 92), en el cual el sistema comprende la disposición de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 11, en donde la disposición está dispuesta en un vehículo (81), y el sistema comprende además una disposición de conductores eléctricos (12) sobre la trayectoria de desplazamiento del vehículo para producir el campo electromagnético alterno y para transferir de este modo la energía al vehículo (81; 92), en el cual:

a. la disposición de conductores eléctricos (12) comprende al menos dos líneas (1, 2, 3) para transportar une fase de una corriente eléctrica alterna,

b. las líneas (1,2, 3) se extienden a lo largo de la trayectoria de desplazamiento,

c. las líneas (1, 2, 3) comprenden una pluralidad de secciones (5) que se extienden transversalmente al sentido de desplazamiento del vehículo (81 ; 92) que está definido por la trayectoria de desplazamiento,

d. las secciones (5) de una misma línea (1, 2, 3) están dispuestas en una hilera a lo largo de la vía de tal modo que - en cada Instante mientras que una comente eléctrica alterna circula a través de la línea (1, 2, 3) - la corriente alterna circula a través de unas secciones sucesivas (5a, 5b, 5c) de la hilera, de modo alterno en sentidos opuestos.

15. Procedimiento para suministrar energía eléctrica a un vehículo (81), en el que un campo electromagnético alterno es recibido por un dispositivo de recepción (85) del vehículo (81) y es utilizado para generar una corriente eléctrica alterna por Inducción electromagnética, en el que se utiliza una pluralidad de arrollamientos y/o de bobinas (9, 1, 11) de un material conductor de electricidad del dispositivo de recepción (85), para generar una corriente eléctrica alterna que presenta una pluralidad de fases y en donde se utiliza un cuerpo (211) que comprende un material ferromagnétlco,

caracterizado por que

el cuerpo (211) que comprende el material ferromagnético está dispuesto por encima de los arrollamientos y/o de las bobinas (9, 1, 11).