Transferencia de energía eléctrica a un vehículo, usando un sistema que comprende segmentos consecutivos para transferencia de energía.

Un sistema para transferir energía eléctrica a un vehículo (162;

214), en particular a un vehículo guiado por una vía tal como un vehículo de tren ligero, en el que

- el sistema comprende una disposición de conductores eléctricos (135a, 135b, 135c; 160) para producir un campo electromagnético alterno y para transferir de ese modo la energía al vehículo (162; 214),

- la disposición de conductores (135a, 135b, 135c; 160) comprende una pluralidad de segmentos consecutivos (137, 138, 139; 157; 211), en la que los segmentos (137, 138, 139; 157; 211) se extienden a lo largo de la trayectoria de desplazamiento del vehículo (162; 214),

- el sistema comprende un suministro de corriente continua (141; 213) para conducir energía eléctrica a los segmentos (137, 138, 139; 157; 211), en el que el suministro de corriente continua (141; 213) comprende una primera y una segunda línea de corriente continua (141 a, 141 b; 213a, 213b), accionándose la primera línea de corriente continua (141 a; 213a) a un potencial eléctrico diferente de la segunda línea de corriente continua (141b; 213b);

- se proporciona una pluralidad de inversores (147, 148, 149, 150; 152; C; 301), en el que cada uno de los inversores (147, 148, 149, 150; 152; C; 301) está conectado al suministro de corriente continua (141; 213), en el que una corriente alterna que es necesaria para producir el campo electromagnético alterno en un segmento respectivo se genera por uno de los inversores (147, 148, 149, 150; 152; 301) o por los inversores (C; 301) respectivos,

- cada segmento (137, 138, 139; 157; 211) está conectado al suministro de corriente continua (141; 213) por medio de por lo menos uno de los inversores (147, 148, 149, 150; 152; C; 301) que está adaptado para transformar una corriente continua portada por el suministro de corriente continua (141; 213) en la corriente alterna portada por el segmento (137, 138, 139; 157; 211) respectivo,

caracterizado por que

- el sistema comprende un dispositivo de modulación (37) para modular el potencial eléctrico de por lo menos una de la primera y la segunda línea de corriente continua (141 a, 141b; 213a, 213b) usando una frecuencia de modulación previamente determinada, produciendo de ese modo una tensión continua que tiene una tensión superpuesta alternando con la frecuencia de modulación,

- por lo menos algunos de los inversores (147, 148, 149, 150; 152; C; 301) comprenden un transformador (39) que tiene un devanado de primario y uno de secundario (39a, 39b), en el que el devanado de primario (39a) está conectado a la primera o la segunda línea de corriente continua (141 a, 141b; 213a, 213b), de tal modo que la corriente continua fluye a través del devanado de primario (39a) y en el que el devanado de secundario (39b) está conectado a una disposición de suministro de potencia (51) que está adaptada para proporcionar energía eléctrica para accionar el inversor (147, 148, 149, 150; 152; C; 301).

Transferencia de energía eléctrica a un vehículo, usando un sistema que comprende segmentos consecutivos para transferencia de energía La invención se refiere a un sistema y un método para transferir energía eléctrica a un vehículo, en particular a un vehículo guiado por una vía tal como un vehículo de tren ligero (por ejemplo, un tranvía) .

El sistema comprende una disposición de conductores eléctricos para producir un campo electromagnético alterno y para transferir de ese modo la energía al vehículo. La disposición de conductores comprende una pluralidad de segmentos consecutivos, en la que los segmentos se extienden a lo largo de la trayectoria de desplazamiento del vehículo.

En vehículos guiados por una vía particulares, tales como vehículos de tren convencionales, vehículos de monorraíl, trolebuses y vehículos que se guían 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 accionar sistemas auxiliares, que no producen tracción del vehículo. Tales sistemas auxiliares son, por ejemplo, los sistemas de iluminación, el sistema de calefacción y / o de aire acondicionado, los sistemas de ventilación de aire y de información a los pasajeros. No obstante, hablando de manera más concreta, la presente invención está relacionada con la transferencia de energía eléctrica a un vehículo que no es necesariamente (pero sí preferiblemente) un vehículo guiado por una vía. Hablando en términos generales, el vehículo puede ser, por ejemplo, un vehículo que tiene un motor de propulsión de accionamiento eléctrico. El vehículo también puede ser un vehículo que tiene un sistema de propulsión híbrido, por ejemplo, un sistema que puede accionarse mediante energía eléctrica o mediante otra energía, tal como energía almacenada por medios electroquímicos o combustible (por ejemplo, gas natural, gasolina o petróleo) .

Los vehículos guiados por una vía, en particular vehículos para el transporte público de pasajeros, por lo general comprenden un colector de corriente (como alternativa, un dispositivo) para poner en contacto mecánica y eléctricamente un conductor de línea a lo largo de la vía, tal como un raíl eléctrico o una línea aérea. Por lo menos un motor de propulsión a bordo del vehículo se alimenta con la potencia eléctrica a partir de la vía o línea externa y produce una fuerza de propulsión mecánica.

Los tranvías y otros trenes locales o regionales se accionan por lo general por medio de líneas aéreas en el interior de las ciudades. No obstante, en concreto en áreas históricas de las ciudades, las líneas aéreas son no deseables. Por otro lado, los raíles conductores en el suelo o cerca del suelo dan lugar a problemas de seguridad.

El documento US 5.821.728 describe un aparato para cargar baterías de un vehículo eléctrico en movimiento que comprende una serie de bobinas inductivas para producir un campo magnético a lo largo de un eje longitudinal de una calzada. Las bobinas inductivas están conectadas a líneas de potencia por medio de unos conmutadores que pueden activarse por sensores de activación de conmutadores. Cuando un sensor recibe una señal a partir de un transmisor del vehículo, esto dará lugar a que el conmutador correspondiente se cierre y, de ese modo, a que la bobina se active.

No obstante, debido a que la bobina produce un campo electromagnético, las líneas de suministro de potencia están conectadas a una fuente de tensión alterna. En consecuencia, las líneas de suministro de potencia producen de forma permanente un campo electromagnético de una intensidad más pequeña que las bobinas, pero aún lo bastante fuerte para interferir con cualquier equipo eléctrico o electrónico en los alrededores.

La transferencia de forma inductiva de energía desde la vía al vehículo, es decir, produciendo campos electromagnéticos, está sometida a restricciones con respecto a la CEM (compatibilidad electromagnética) . Por un lado, los campos electromagnéticos pueden interferir con otros dispositivos técnicos. Por otro lado, las personas y los animales no deberían estar sometidas a campos electromagnéticos de forma permanente. Por lo menos, han de observarse los valores límite respectivos para la intensidad de campo.

Como alternativa, el suministro de potencia puede ser una línea de suministro de potencia de CC (corriente continua) que puede conectarse a cada bobina por medio de un inversor. Por lo general, los inversores comprenden un dispositivo de control para controlar el funcionamiento de los conmutadores de semiconductor con el fin de producir la tensión alterna en el lado de CA (corriente alterna) del inversor. Este dispositivo de control también requiere energía eléctrica para el funcionamiento.

Con el fin de reducir la emisión electromagnética en donde no está circulando vehículo alguno en un instante, la disposición de conductores (por ejemplo, la disposición que comprende las bobinas de acuerdo con el documento US 5.821.728) que se usa para transferir de forma inductiva la energía al vehículo puede dividirse en unos segmentos consecutivos que se extienden a lo largo de la trayectoria de desplazamiento del vehículo. Estos segmentos pueden accionarse solo en donde se requiera. En particular, la longitud de cada uno de los segmentos a lo largo de la trayectoria de desplazamiento puede ser más corta que la longitud de un vehículo en la dirección de

desplazamiento y los segmentos pueden accionarse solo si un vehículo ya está ocupando la región respectiva de la trayectoria de desplazamiento a lo largo de la cual se extiende el segmento. En particular, ocupado por un vehículo de tren quiere decir que un vehículo de tren está circulando sobre los raíles a lo largo de los cuales se extiende el segmento. Preferiblemente, los segmentos se accionan solo si el vehículo está ocupando completamente la región respectiva de la trayectoria de desplazamiento. Por ejemplo, el vehículo de tren es más largo (en la dirección de desplazamiento) que el segmento y la parte delantera y el extremo del vehículo están circulando más allá de los límites del segmento, si se observan desde el centro del segmento. Por lo tanto, se propone que el segmento se encienda (es decir, la corriente alterna a través del segmento esté comenzando a fluir) antes de que un dispositivo de recepción de un vehículo para recibir la energía transferida se introduzca en la región de la trayectoria de desplazamiento a lo largo de la cual se extiende el segmento.

Si se proporciona un gran número de segmentos consecutivos, usar una línea de suministro de potencia de CC quiere decir que se requiere un número igualmente grande de inversores. Es necesario que cada inversor se provea con energía eléctrica para el funcionamiento. Por lo tanto, se requiere un equipo adicional para conducir energía eléctrica al dispositivo de control del inversor.

El documento GB 657035 A describe un sistema de transporte eléctrico de alta frecuencia con una transmisión sin contacto de energía que comprende dos circuitos oscilantes acoplados de forma inductiva, uno de los cuales se extiende a lo largo de las carreteras como la red sin contacto de tracción y el otro es el bastidor de recepción y está situado sobre el vehículo. Cada una de unas subestaciones de generación de potencia de alta frecuencia abastece a una sección separada de la red de tracción. Las subestaciones reciben energía a partir de una red de corriente continua de alto voltaje (línea de transmisión) .

Un objeto de la presente invención es la provisión de un sistema del tipo que se ha indicado en lo que antecede, para transferir de forma inductiva energía eléctrica a un vehículo y la provisión de un método de transferencia de energía eléctrica a un vehículo, que reduzcan el esfuerzo de proporcionar energía eléctrica a dispositivos del sistema que controlan y / o accionan la generación de campos electromagnéticos con el fin de transferir la energía al vehículo. Además, deberán cumplirse los límites respectivos para cumplir los requisitos de CEM.

A la vista del presente objeto, las reivindicaciones de patente adjuntas definen el alcance de la protección.

La disposición de conductores para producir el campo electromagnético puede estar situada en y / o por debajo de la vía, por ejemplo por debajo de la superficie del suelo sobre la cual se desplaza el vehículo. No obstante, la invención también incluye el caso de que por lo menos una parte de la disposición de conductores esté situada lateralmente con respecto a la vía, por ejemplo cuando la vía está situada en zonas... [Seguir leyendo]

1. Un sistema para transferir energía eléctrica a un vehículo (162; 214) , en particular a un vehículo guiado por una vía tal como un vehículo de tren ligero, en el que

-el sistema comprende una disposición de conductores eléctricos (135a, 135b, 135c; 160) para producir un campo electromagnético alterno y para transferir de ese modo la energía al vehículo (162; 214) ,

-la disposición de conductores (135a, 135b, 135c; 160) comprende una pluralidad de segmentos consecutivos (137, 138, 139; 157; 211) , en la que los segmentos (137, 138, 139; 157; 211) se extienden a lo largo de la trayectoria de desplazamiento del vehículo (162; 214) ,

-el sistema comprende un suministro de corriente continua (141; 213) para conducir energía eléctrica a los segmentos (137, 138, 139; 157; 211) , en el que el suministro de corriente continua (141; 213) comprende una primera y una segunda línea de corriente continua (141 a, 141 b; 213a, 213b) , accionándose la primera línea de corriente continua (141 a; 213a) a un potencial eléctrico diferente de la segunda línea de corriente continua (141b; 213b) ;

-se proporciona una pluralidad de inversores (147, 148, 149, 150; 152; C; 301) , en el que cada uno de los inversores (147, 148, 149, 150; 152; C; 301) está conectado al suministro de corriente continua (141; 213) , en el que una corriente alterna que es necesaria para producir el campo electromagnético alterno en un segmento respectivo se genera por uno de los inversores (147, 148, 149, 150; 152; 301) o por los inversores (C; 301) respectivos,

-cada segmento (137, 138, 139; 157; 211) está conectado al suministro de corriente continua (141; 213) por medio de por lo menos uno de los inversores (147, 148, 149, 150; 152; C; 301) que está adaptado para transformar una corriente continua portada por el suministro de corriente continua (141; 213) en la corriente alterna portada por el segmento (137, 138, 139; 157; 211) respectivo,

caracterizado por que

-el sistema comprende un dispositivo de modulación (37) para modular el potencial eléctrico de por lo menos una de la primera y la segunda línea de corriente continua (141 a, 141b; 213a, 213b) usando una frecuencia de modulación previamente determinada, produciendo de ese modo una tensión continua que tiene una tensión superpuesta alternando con la frecuencia de modulación,

-por lo menos algunos de los inversores (147, 148, 149, 150; 152; C; 301) comprenden un transformador (39) que tiene un devanado de primario y uno de secundario (39a, 39b) , en el que el devanado de primario (39a) está conectado a la primera o la segunda línea de corriente continua (141 a, 141b; 213a, 213b) , de tal modo que la corriente continua fluye a través del devanado de primario (39a) y en el que el devanado de secundario (39b) está conectado a una disposición de suministro de potencia (51) que está adaptada para proporcionar energía eléctrica para accionar el inversor (147, 148, 149, 150; 152; C; 301) .

2. El sistema de la reivindicación anterior, en el que la disposición de conductores (135a, 135b, 135c; 160) comprende por lo menos una línea de corriente alterna, en el que cada línea de corriente alterna está adaptada para portar una fase de una corriente eléctrica alterna.

3. El sistema de la reivindicación anterior, en el que cada segmento (137, 138, 139; 157; 211) comprende una sección (135a, 135b, 135c) de cada una de la por lo menos una línea de corriente alterna.

4. El sistema de la reivindicación 2, en el que secciones correspondientes para portar la misma fase de la corriente alterna en unos segmentos consecutivos (211) están eléctricamente separadas entre sí.

5. El sistema de una de las reivindicacione.

2. 4, en el que el inversor (152; C; 301) comprende unos conmutadores de fase que están adaptados para conectar y desconectar de forma repetida el suministro de corriente continua (141; 213) con / de la línea de corriente alterna de una fase, produciendo de ese modo la corriente alterna, en el que el inversor (152; C; 301) comprende un dispositivo de control (53) para controlar el funcionamiento de los conmutadores de fase (147, 148) y en el que el dispositivo de control (53) está conectado a la disposición de suministro de potencia (51) para recibir energía eléctrica para su funcionamiento.

6. El sistema de una de las reivindicaciones anteriores, en el que el inversor (152; C; 301) comprende una capacidad

(45) que tiene unas conexiones opuestas para conectar la capacidad (45) y en el que las conexiones opuestas están conectadas a la primera y la segunda línea de corriente continua (41 a, 41 b) .

7. El sistema de una de las reivindicaciones anteriores, en el que el devanado de primario (39a) del transformador

(39) es una reactancia para amortiguar o eliminar frecuencias causadas por el funcionamiento del inversor (152; C; 301) .

8. Un método de transferencia de energía eléctrica a un vehículo (162; 214) , en particular a un vehículo guiado por una vía tal como un vehículo de tren ligero, en el que

-se acciona una disposición de conductores eléctricos (135a, 135b, 135c; 160) para producir un campo electromagnético alterno y para transferir de ese modo la energía al vehículo (162; 214) ,

-la disposición de conductores comprende una pluralidad de segmentos consecutivos (137, 138, 139; 157; 211) , en el que los segmentos (137, 138, 139; 157; 211) se extienden a lo largo de la trayectoria de desplazamiento del vehículo (162; 214) , en el que los segmentos (137, 138, 139; 157; 211) se accionan por separado, por lo menos en parte y / o por lo menos de forma ocasional,

-se conduce energía eléctrica para la transferencia al vehículo (162; 214) a los segmentos (137, 138, 139; 157; 211) por medio de un suministro de corriente continua (141; 213) , en el que el suministro de corriente continua (141; 213) comprende una primera y una segunda línea de corriente continua (141 a, 141 b; 213a, 213b) , accionándose la primera línea de corriente continua (141 a; 213a) a un potencial eléctrico diferente de la segunda línea de corriente continua (141 b; 213b) ,

-se acciona una pluralidad de inversores (147, 148, 149, 150; 152; C; 301) , estando conectado cada uno de los inversores al suministro de corriente continua (141; 213) , en el que una corriente alterna que es necesaria para producir el campo electromagnético alterno en un segmento respectivo se genera por uno de los inversores (147, 148, 149, 150; 152; 301) o por los inversores (C; 301) respectivos,

-la energía eléctrica se conduce desde el suministro de corriente continua (141; 213) por medio de por lo menos uno de los inversores (147, 148, 149, 150; 152; C; 301) a cada uno de los segmentos (137, 138, 139; 157; 211) , estando adaptado el inversor (147, 148, 149, 150; 152; C; 301) para transformar una corriente continua portada por el suministro de corriente continua (141; 213) en la corriente alterna portada por el segmento (137, 138, 139; 157; 211) respectivo,

caracterizado por que

-el potencial eléctrico de por lo menos una de la primera y la segunda línea de corriente continua (141a, 141b; 213a, 213b) se modula con una frecuencia de modulación previamente determinada, produciendo de ese modo una tensión continua que tiene una tensión superpuesta alternando con la frecuencia de modulación,

-por lo menos algunos de los inversores (147, 148, 149, 150; 152; C; 301) comprenden un transformador (39) que tiene un devanado de primario y uno de secundario (39a, 39b) , en el que el devanado de primario (39a) está conectado a la primera o la segunda línea de corriente continua (141 a, 141b; 213a, 213b) de tal modo que la corriente continua fluye a través del devanado de primario y en el que el transformador (39) se usa para proporcionar energía eléctrica a partir del devanado de secundario (39b) para accionar un dispositivo de control

(53) del inversor (147, 148, 149, 150; 152; C; 301) .

9. El método de la reivindicación anterior, en el que por lo menos dos segmentos consecutivos (137, 138, 139; 157; 211) se accionan al mismo tiempo, en el que secciones correspondientes de líneas para portar la misma fase de la corriente alterna en los segmentos consecutivos (137, 138, 139; 157; 211) están conectadas en serie entre sí.

10. El método de la reivindicación 8, en el que secciones correspondientes de líneas para portar la misma fase de la corriente alterna en los segmentos consecutivos (211) están eléctricamente separadas entre sí.

11. El método de una de las reivindicaciones 8 a 10, en el que los conmutadores de fase del inversor (152; C; 301) se controlan por el dispositivo de control (53) para conectar y desconectar de forma repetida el suministro de corriente continua (141; 213) con / de la línea de corriente alterna de una fase, produciendo de ese modo la corriente alterna, y en el que el dispositivo de control (53) se provee con energía eléctrica a partir del devanado de secundario (39a) para el funcionamiento del dispositivo de control (53) .

12. El método de una de las reivindicaciones 8 a 11, en el que el inversor (152; C; 301) comprende una capacidad

(45) que tiene unas conexiones opuestas para conectar la capacidad (45) , en el que las conexiones opuestas están conectadas a la primera y la segunda línea de corriente continua (141 a, 141b; 213a, 213b) y en el que la capacidad

(45) también se usa para suavizar fluctuaciones de la tensión continua entre la primera y la segunda línea de corriente continua (141 a, 141b; 213a, 213b) .

13. El método de una de las reivindicaciones 8 a 12, en el que el devanado de primario (39a) del transformador (39) también se usa como una reactancia para amortiguar o eliminar frecuencias causadas por el funcionamiento del inversor (152; C; 301) .