(57)【要約】発明は、車両（８１；９１）に、特に、ライトレール車両等の軌道に拘束された車両又はバス等の道路自動車（９１）に電気エネルギを伝送するためのシステムに関する。ここで、  ‐システムは、交流電磁場を生成するための、及びこれにより車両に電磁エネルギを伝送するための電気導体配列（１４に接続される）を有する。  ‐導体配列は、複数の連続セグメント（１５に接続される）を有する。ここで、セグメントは、それぞれ車両の走行経路における１つの相異なる区間に沿って延在する。  ‐システムは、複数のセグメントに電気エネルギを伝送するための交流電源を有する。ここで、セグメントは、交流電源に互いに並列に電気的に接続されている。  ‐各セグメントは、セグメントを電源に接続すること又は電源から切断することによりセグメントをスイッチオン及びスイッチオフするスイッチングユニット（１３）を介して電源に結合される。  ‐各セグメントは、セグメントを電源に接続すること又は電源から切断することによりセグメントをスイッチオン及びスイッチオフするスイッチングユニットを介して電源に結合される。  ‐セグメントがスイッチオンの間、各々のセグメントは、セグメントに沿って走行する１台以上の車両に伝送される電力とは独立して、セグメントを通して流れる電流を一定に保つための定電流源（１８、２０）を介してスイッチングユニット（スイッチ１６）に結合される。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
車両（８１；９１）に、特に、ライトレール車両等のトラックに拘束された車両（８１）又はバス等の道路自動車（９１）に電気エネルギを伝送するためのシステムであって、
システムは、交流電磁場を生成するための、及びこれにより車両に電磁エネルギを伝送するための電気導体配列（３、Ｔ）を有し、
導体配列（３、Ｔ）は、複数の連続セグメント（Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３、Ｔ４、Ｔ５、Ｔ６）を有し、セグメント（Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３、Ｔ４、Ｔ５、Ｔ６）は、それぞれ車両の走行経路における１つの相異なる区間に沿って延在し、
システムは、複数のセグメント（Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３、Ｔ４、Ｔ５、Ｔ６）に電気エネルギを伝送するための交流電源（３）を有し、セグメント（Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３、Ｔ４、Ｔ５、Ｔ６）は、交流電源（３）に互いに並列に電気的に接続され、
各セグメント（Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３、Ｔ４、Ｔ５、Ｔ６）は、セグメントを電源に接続すること又は電源から切断することによりセグメントをスイッチオン及びスイッチオフするスイッチングユニット（１３）を介して電源（３）に結合され、
スイッチングユニット（１３）がスイッチオンされセグメントが動作している際に、各々のセグメント（Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３、Ｔ４、Ｔ５、Ｔ６）は、セグメント（Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３、Ｔ４、Ｔ５、Ｔ６）に沿って走行する１台以上の車両に伝送される電力とは独立して、関連するスイッチングユニット（１３）及びセグメント（Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３、Ｔ４、Ｔ５、Ｔ６）を通して流れる電流を一定に保つための定電流源（１２）を介して電源（３）に結合されることを特徴とするシステム。
【請求項２】
交流電源（３）及びセグメント（Ｔ）は、複数のラインを有し、
各ラインは、多相交流の異なる相を搬送するように構成され、
複数のセグメントの各ラインは、スイッチングユニット（１３）の対応するスイッチ（１６）を介して交流電源（３）の対応するラインに結合されていることを特徴とする請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
少なくとも１つのセグメント（Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３、Ｔ４、Ｔ５、Ｔ６）のスイッチングユニット（１３）は、スイッチングユニット（１３）のスイッチング状態を自動的に制御し、それによりセグメント（Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３、Ｔ４、Ｔ５，Ｔ６）の動作を制御する制御デバイスに接続されていることを特徴とする請求項１又は２に記載のシステム。
【請求項４】
制御デバイス（３６）は、シグナルレセプタに接続され、
シグナルレセプタは、車両がセグメント（Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３、Ｔ４、Ｔ５、Ｔ６）に沿う走行経路の特定の区間に位置していること、又は該特定の区間及びシグナルレセプタに近づいていることを示す信号を受信するように構成され、
シングナルレセプタは、セグメント（Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３、Ｔ４、Ｔ５、Ｔ６）により車両にエネルギが供給されるように、制御デバイス（３６）及びスイッチングユニット（１３）にトリガを掛けるように構成されていることを特徴とする請求項１から３の何れか１項に記載のシステム。
【請求項５】
制御デバイス（３６）は、セグメント（Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３、Ｔ４、Ｔ５、Ｔ６）を通して、又はセグメント（Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３、Ｔ４、Ｔ５、Ｔ６）のラインの何れか１つを通して流れる電流を測定するための電流センサ（３７）に接続され、
制御デバイス（３６）は、測定された電流値が予め定められた条件を満たす場合にセグメント（Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３、Ｔ４、Ｔ５、Ｔ６）をスイッチオフするように構成されていることを特徴とする請求項３又は４に記載のシステム。
【請求項６】
交流電源（３）は、インバータ（５５）に接続されており、インバータ（５５）は、直流電流を、セグメント（ Ｔ ）に流す交流電流に変換することを特徴とする請求項１から５の何れか１項に記載のシステム。
【請求項７】
セグメント（Ｔ）の少なくとも１つのために、定電流源（１２）及びスイッチングユニット（１３）が共通モジュール（Ｍ）に統合されていることを特徴とする請求項１から６の何れか１項に記載のシステム。
【請求項８】
共通モジュール（ＣＭ；ＤＭ）は、定電流源（１２）及び車両の走行経路に対して連続するセグメントである２つのセグメントに取り付けられたスイッチングユニット（１３）を有することを特徴とする請求項１から７の何れか１項に記載のシステム。
【請求項９】
共通モジュール（ＣＭ）は、定電流源（１２）及び互いに平行に又は交わって延在する車両の異なる走行経路のセグメントである２つのセグメント（Ｔ１ａ、Ｔ１ｂ）に取り付けられたスイッチングユニット（１３）を有することを特徴とする請求項７又は８に記載のシステム。
【請求項１０】
車両に電気エネルギを伝送するシステムの構築方法であって、特に、請求項１から９の何れか１項に記載のシステムは、
交流電磁場を生成するための、及びこれにより車両に電磁エネルギを伝送するための電気導体配列（３、Ｔ）を設ける工程、
各セグメント（Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３，Ｔ４、Ｔ５、Ｔ６）が車両の走行経路の異なる区間に沿って延在するように、導体配列（３、Ｔ）の一部として、連続する複数のセグメント（Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３、Ｔ４、Ｔ５、Ｔ６）を設ける工程、
複数のセグメント（Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３、Ｔ４，Ｔ５、Ｔ６）に電気エネルギを供給するための交流電源（３）を設ける工程（ここで、セグメント（Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３、Ｔ４、Ｔ５、Ｔ６）は、交流電源（３）に互いに電気的に並列に接続されている）、
スイッチングユニット（１３）を介して各セグメント（Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３、Ｔ４、Ｔ５、Ｔ６）を電源に結合する工程（ここで、スイッチングユニット（１３）は、セグメント（Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３、Ｔ４、Ｔ５、Ｔ６）を電源に接続又は電源から切断することでセグメント（Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３、Ｔ４、Ｔ５、Ｔ６）をスイッチオン又及びスイッチオフするように構成される）、
関連するスイッチングユニット（１３）及び定電流源（１２）を介して各セグメント（Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３、Ｔ４、Ｔ５、Ｔ６）を電源に結合する工程（ここで、定電流源（１２）は、セグメント（Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３、Ｔ４、Ｔ５、Ｔ６）がスイッチオンになっている間、セグメント（Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３、Ｔ４、Ｔ５、Ｔ６）に沿って走行している１台以上の車両に伝送する電力とは独立して、セグメント（Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３、Ｔ４、Ｔ５、Ｔ６）を流れる電流を一定にするように構成される）、
を有することを特徴とする構築方法。
【請求項１１】
車両に電気エネルギを伝送するシステムの動作方法であって、特に、請求項１から９の何れか１項に記載のシステムは、
交流電磁場を生成し、それにより、電気導体配列（３、Ｔ）を用いて車両に電磁エネルギを伝送する工程、
複数の連続するセグメント（Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３、Ｔ４、Ｔ５、Ｔ６）を導体配列（３、Ｔ）の一部として使用する工程（ここで、セグメント（Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３、Ｔ４、Ｔ５、Ｔ６）は、車両の走行経路における１つの相異なる区間に沿って延在している）、
電気エネルギを、交流電源（３）を用いて複数のセグメント（Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３、Ｔ４、Ｔ５、Ｔ６）に伝送する工程（ここで、セグメント（Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３、Ｔ４、Ｔ５、Ｔ６）は、交流電源（３）に互いに並列に電気的に接続されている）、
セグメント（Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３、Ｔ４、Ｔ５、Ｔ６）を電源に接続又は電源から切断することによりセグメント（Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３、Ｔ４、Ｔ５、Ｔ６）をスイッチオン及びスイッチオフするために、イッチングユニット（１３）を各セグメント（Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３、Ｔ４、Ｔ５、Ｔ６）に使用する工程、
セグメント（Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３、Ｔ４、Ｔ５、Ｔ６）がスイッチオンになっている間、セグメント（Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３、Ｔ４、Ｔ５、Ｔ６）に沿って走行している１台以上の車両に伝送する電力とは独立して、セグメント（Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３、Ｔ４、Ｔ５、Ｔ６）を流れる電流を一定にする工程（ここで、一方側がセグメント（Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３、Ｔ４、Ｔ５、Ｔ６）に他方側が電源（３）に結合している定電流源（１２）が、電流を一定に保つために使用される）、
を有することを特徴とする動作方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、車両に、特に、ライトレール車両（例えば、トラム）等の軌道に拘束された車両又はバス等の道路自動車に電気エネルギを伝送するためのシステムに関する。システムは、交流電磁場を生成するための、及び、これにより車両に電磁エネルギを伝送する電気導体配列を含む。電気導体配列は、連続する複数のセグメントを有する。ここで、各々のセグメントは、車両の走行経路における１つの相異なる区間に沿って延在する。
【背景技術】
【０００２】
他の機械的手段、磁気的手段、電子的手段及び／又は光学的手段等の他の手段によって起動上に案内される、従来の鉄道車両、モノレール車両、トロリーバス及び車両等の拘束された車両は、トラック上を推進するための、及び車両の牽引力は生成しない補助システムを動作するための電気エネルギを必要とする。そのような補助システムは、例えば、照明システム、加熱及び／又は空調システム、換気及び乗客情報システムである。しかしながら、より具体的に言えば、本発明は、（好ましくは）は、必ずしも起動に拘束された車両ではない車両に、電気エネルギを伝送するシステムに関する。軌道に拘束された車両以外の車両は、例えば、バスである。本発明の応用分野は、公共交通機関の車両へのエネルギの伝送である。一般的に言えば、車両は、例えば、電気的に動作された推進モータを有する車両である。車両は、ハイブリッド推進システム、例えば、電気的エネルギ又は他のエネルギ、例えば電気化学的に貯蔵されたエネルギ又は燃料（例えば、天然ガス、ガソリン）等により動作可能なシステムを有する車両でも良い。
【０００３】
特許文献１は、車両に電気エネルギを伝送するシステムを開示している。ここで、このシステムは、交流電磁場を生成するための、及びこれにより車両にエネルギを伝送するための電気導体配列を有している。電気導体配列は、少なくとも２つのラインを有し、各々のラインは、交流の相の異なる１つの相を搬送するために採用されている。導体配列は、複数のセグメントを有する。各々のセグメントは、車両の走行経路における１つの相異なる区間に沿って延在している。各々のセグメントは、少なくとも２つのラインの区間を有し、各々のセグメントは、他のセグメントとは別々にスイッチオン及びスイッチオフされる。導体配列の連続するセグメントの各々は、メインラインにエレメントをオン及びオフするための別々のスイッチを介して接続され得る。特許文献１は、発明の分野及び導体配列の可能な実施の形態を詳細に記載している。特に、導体配列の蛇行状の実施の形態は、本発明のために選択することができる。
【０００４】
ＥＭＣ（電磁互換性）を向上させるために、導体配列のセグメントは、直流電流ラインによって供給される。各セグメントは、電磁場を生成するために直流電流を交流電流に変換するインバータを備えても良い。しかし、各インバータは、運転中に冷却を必要とする。セグメントの数に等しい数のインバータを製造し、インストールし及び冷却するための労力は大きい。更に、ＩＧＢＴｓ（絶縁ゲートバイポーラトランジスタ）等の半導体スイッチを有するインバータに関して、インバータの入力側の入力電圧は、半導体スイッチのそれぞれの最大動作電圧に制限される。直流電流供給ラインの替わりに、交流電流供給ラインがセグメントに供給するために使用することができる。しかし、この場合には供給ラインを介して電流を変換することが要求される。例えば、供給ラインの電圧及び周波数が個々のセグメントを動作するために要求される電圧及び周波数と異なるかも知れない。したがって、電圧及び／又は周波数を変化するコンバータがインバータの替わりに使用される。
【０００５】
ライン又はセグメントのラインで一定の交流電流を生成することは、一定の電圧でセグメントを動作することと比較して幾つかの利点を有する。１つの利点は、一定の電流が時間の正弦波関数であることである。これは、電磁波の単一の周波数のみが生成されることを意味する。対照的に、一定の電圧でセグメントを動作すると非正弦波関数を生成し、これは、対応するフィルタが提供されない限り、異なる周波数の高調波が生成されることを意味する。また、一次側（トラックに沿う導体配列の側）の一定の電流は、二次側（車両側）に電磁場を受信するための受信機の小型化を図ることが可能となる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】ＷＯ  ２０１０／０００４９５  Ａ１
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明の目的は、軌道から車両又は複数の車両に電磁エネルギを伝送するシステムを提供することにある。このシステムは、冷却の労力及び導体配列の異なるセグメントを動作する労力を減ずるものである。更に、アクティブな電気及び／又は電子部品の点数を削減しなければならない。好ましくは、車両の検出及びセグメントの対応する選択動作は容易にされなければならない。及び／又は、それは、セグメントを半導体スイッチの最大入力電圧よりも高い実効電圧で動作することを可能にしなければならない。半導体スイッチは、セグメントに電気エネルギを供給するために、直流電流を交流電流に変換するためのインバータの一部である。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明のシステムは、複数のセグメントに電気エネルギを伝送するための交流電源を有する。セグメントは、交流電源に互いに電気的に並列に接続される。すなわち、交流電源により供給されるセグメントの各々は、同一電圧を用いて動作される。複数のセグメントの共通の交流電源は、別個の第２の交流電源に接続された更なるセグメント存在を排除するものではない。更に、交流電源により供給されるすべてのセグメントが、同一軌道上の車両にエネルギを供給するセグメントである必要はない。むしろ鉄道又は道路は、例えば、互いに平行に延在する２つのトラックを有し、トラックの各々は、連続セグメントで備えることができる。少なくとも、異なるトラックのセグメントの一部は、共通の交流電源により供給されても良い。
【０００９】
複数のセグメントの各々は、スイッチングユニットを介して交流電源に結合している。スイッチングユニットは、セグメントを電源に接続又は電源から切断するために用いられる。各スイッチングユニットは、関連するセグメントのラインの数に対応する多数のスイッチを有する。ここで、ラインは、交流の異なる相を搬送するために用いられる。好ましくは、スイッチングユニットのスイッチは、例えば、スイッチの動作を制御する共通の制御デバイスを用いて、同期してスイッチオン及びスイッチオフされる。
【００１０】
より一般的に言えば、スイッチングユニットは、関連するセグメントを自動的にスイッチオン及びスイッチオフすることが可能である。これは、車両がセグメントに沿って走行している場合、又は間もなく車両がセグメントの領域に到達する場合に、セグメントがスイッチオンされることを意味する。セグメント及び同一の交流電源により供給される他のセグメントは、交流電源に接続されているので、交流電源とそれぞれのセグメントの間のインタフェースで要求されるインバータは存在しない（より一般的に言えば：電源を介して電流を変換するためのコンバータが存在しない）。スイッチングユニットの動作を制御する制御デバイスは、好ましくスイッチングユニットに位置しているが、制御デバイスの構築及び動作は、インバータの動作を制御する制御デバイスの構築及び動作に比較して容易である。典型的に、インバータ制御デバイスは、各々のスイッチ（例えば、ＩＧＢＴ）のための個々の下位制御ユニット（例えば、いわゆるＧＤＵ、ゲートドライブユニット）及び下位制御ユニットの動作を制御及び調整する上位制御ユニットを有する。セグメントと交流電源とのインタフェースでのスイッチングユニットは、スイッチングユニットの各々のスイッチのための下位の制御ユニット有する。しかし、どんな高位の制御ユニット（まったく必要であれば）の構築及び動作は、容易である。スイッチングユニットのスイッチオフ及びスイッチオンは、セグメントの動作が開始又は停止する場合にのみ要求される。セグメントが動作される間の時間間隔の長さは、例えば、数秒の範囲である。対照的に、インバータ又はコンバータのスイッチング周期は数ｋＨｚの範囲である。
【００１１】
各セグメントは、スイッチングユニットを介して交流電源に結合していることは述べた通りである。“結合”という用語は、直接の電気的接続を含み、或いは例えば、変圧器を用いての誘導結合を含む。同じことが、以下に記載の結合に適用される。
【００１２】
スイッチングユニットがスイッチオンされセグメントが動作している際、各々のセグメントは、セグメントに沿って走行する１台以上の車両に伝送される電力とは独立して、スイッチングユニット及びセグメントを通して流れる電流を一定に保つための用いられる定電流源を介して電源に結合される。１つの実施の形態によれば、セグメントは、定電流源を介して、スイッチングユニットに結合される。この場合、スイッチングユニットと定電流源は、互いに直列に接続されている。他の実施の形態によれば、定電流源の少なくとも一部（例えば、インダクタンス）がスイッチングユニットの供給側に配置されている。
【００１３】
本発明の基本的な考え方は、それぞれのセグメントと交流電源との間のインタフェースで、上述のスイッチングユニットと定電流源との組み合わせである。スイッチングユニットがスイッチオフになっている間、セグメントは電気的に電源から分離されるので、セグメントがスイッチオフされている間、定電流源は熱を生成しない。更に、セグメントが動作する時間間隔の長さは、典型的にオフ時間よりもかなり短い場合（少なくとも走行方向のセグメントの長さが車両の長さ程度である場合）、定電流源の受動的冷却は、一般的には十分である。動作中に発生する熱は、オフ時間中に雰囲気に放出され得る。
【００１４】
一方、交流電源に供給される交流電流を生成するための中央位置での任意のインバータ又は複数のインバータ（より一般的に言えば、少なくとも1台のコンバータ）の冷却は、例えば、閉回路の液体冷却を用いて効率的な方法で為し得る。冷却のための総合（システム全体に関して）の労力は減じられる。なぜなら、幾つかのセグメントは、中央インバータ又は幾つかのインバータの集中又は分散配列から生成されるエネルギが供給され得るからである。
【００１５】
少なくとも1台のインバータは、電気エネルギが交流電源に供給される給電点に配置することができる。インバータ又は複数のインバータは、給電点で所望の交流電圧を生成する。特別に、電圧レベルや電圧周波数は、予め決められており、少なくとも１台のインバータは、それに応じで動作される。しかしながら、給電点における所望の交流電圧は異なる方法で生成することができる。例えば、所望の交流電圧を生成し、例えば、内燃モータにより駆動される発電機が使用できる。さらなる代替によれば、少なくとも1台のコンバータは、給電点に配置される。それは、コンバータの入力側での電圧レベル（即ち、振幅）及び／又は交流電圧の電圧周波数を、出力側（すなわち、給電点）での所望の交流電圧に変換する。したがって、少なくとも1台のインバータと、少なくとも１台の発電機及び／又は少なくとも1台のコンバータは、交流電流を供給するために使用される。
【００１６】
また、後述するように、検出及びそれぞれのセグメントの動作の対応する制御は、スイッチングユニットと定電流源を有する共通モジュールに統合され得る。したがって、上述した定電流動作の欠点を克服することができる。
【００１７】
本発明の更なる利点は、アクティブな部品の数を減らすことができることにある。特に、セグメント当たり１台のインバータ又は同時に動作できないセグメントに対して１台のインバータを有する解決策に比較して、制御されたスイッチの数を減らすことができる。対照的に、本発明の解決策は、他のセグメントに独立して各々のセグメントの個々の動作を可能にする。
【００１８】
特別に、車両、特にライトレール車両等の軌道に拘束された車両又はバス等の道路自動車に電気エネルギを伝送するためのシステムが提案されている。ここで、
‐システムは、交流電磁場を生成するための、及びこれにより車両に電磁エネルギを伝送するための電気導体配列を有する。
‐導体配列は、複数の連続セグメントを有する。ここで、セグメントはそれぞれ車両の走行経路における１つの相異なる区間に沿って延在する。
‐システムは、複数のセグメントに電気エネルギを伝送するための交流電源を有する。ここで、セグメントは、交流電源に互いに並列に電気的に接続されている。
‐各セグメントは、セグメントを電源に接続すること又は電源から切断することによりセグメントをスイッチオン及びスイッチオフするスイッチングユニットを介して電源に結合される。
‐スイッチングユニットがスイッチオンされセグメントが動作している際、各々のセグメントは、セグメントに沿って走行する１台以上の車両に伝送される電力とは独立して、スイッチングユニット及びセグメントを通して流れる電流を一定に保つための用いられる定電流源を介して電源に結合される。
【００１９】
更に、車両に電気エネルギを伝送するシステムを構築する方法が提案されている。特に、請求項の何れか１項に記載のシステムは、以下の工程を有する。
【００２０】
‐交流電磁場を生成するための、及びこれにより車両に電磁エネルギを伝送するための電気導体配列を設ける工程
‐セグメントがそれぞれ車両の走行経路における１つの相異なる区間に沿って延在するように、導体配列の一部として、連続する複数のセグメントを設ける工程。
‐複数のセグメントに電気エネルギを供給するための交流電源を設ける工程。ここで、セグメントは、交流電源に互いに電気的に並列に接続されている。
‐スイッチングユニットを介して各セグメントを電源に結合する工程。ここで、スイッチングユニットは、セグメントを電源に接続又は電源から切断することでスイッチオン又及びスイッチオフするために用いられる。
‐定電流源を介してセグメントを電源に結合する工程。ここで、定電流源は、セグメントがスイッチオンになっている間、セグメントに沿って走行している１台以上の車両に伝送する電力とは独立して、セグメントを流れる電流を一定にするために用いられる。
【００２１】
更に、車両に電気エネルギを伝送するシステムの動作方法が提案されている。特に、請求項の何れか１項に記載のシステムは、以下の工程を有する。
【００２２】
‐交流電磁場を生成し、それにより、電気導体配列を用いて車両に電磁エネルギを伝送する工程。
‐複数の連続するセグメントを導体配列の一部として使用する工程。ここで、セグメントは、それぞれ車両の走行経路における１つの相異なる区間に沿って延在している。
‐電気エネルギを、交流電源を用いて複数のセグメントに伝送する工程。ここで、セグメントは、交流電源に互いに並列に電気的に接続されている。
‐セグメントを電源に接続又は電源から切断することによりセグメントをスイッチオン及びスイッチオフするために、スイッチングユニットを各セグメントに使用する工程。
‐セグメントがスイッチオンになっている間、セグメントに沿って走行している１台以上の車両に伝送する電力とは独立して、セグメントを流れる電流を一定にする工程。ここで、一方側がセグメントに他方側が電源に結合している定電流源が、電流を一定に保つために使用される。
【００２３】
特別に、各セグメントは、同一の交流電源に結合している他のセグメントから分離してスイッチオン及びスイッチオフされ得る。
【００２４】
交流電源及びセグメントは、複数のラインを有する。ここで、各ラインは、多相交流の異なる相を搬送するのに用いられ、複数のセグメントの各ラインは、関連するスイッチングユニットの対応するスイッチを介して交流電源の対応するラインに結合されている。
【００２５】
好ましく、少なくとも１台のセグメントのスイッチングユニットは、スイッチングユニットのスイッチング状態を自動的に制御し、それによりセグメントの動作を制御するために構成された制御デバイスに接続されている。
【００２６】
制御デバイスは、シグナルレセプタに接続されても良い。ここで、シグナルレセプタは、車両がセグメントに沿う走行経路の特定の区間に位置していること、又は特定の区間及びシグナルレセプタに近づいていることを示す信号を受信するために構成される。また、シングナルレセプタは、車両がセグメントによりエネルギが供給されるように、制御バイオス及びスイッチングユニットに相応じてトリガするように構成されている。
【００２７】
実施の形態によれば、軌道に沿って走行する車両は、軌道に繰り返し又は連続的にイネーブル信号を発信する信号発信機を有しても良い。イネーブル信号は、車両の受信機がセグメントの上を走行している間、それぞれのセグメントに関連するシグナルレセプタによって受信される。受信したイネーブル信号は、セグメントの動作を可能にする（すなわち、セグメントのスイッチングユニットはオン状態にある）。もし、イネーブル信号が受信されていないか、又は予想される時間内に受信されない場合、セグメントは動作されない。すなわち、スイッチングユニットはオフ状態にある。
【００２８】
もし、車両からのイネーブル信号がもはや存在しなくなった場合、セグメントの動作を停止することが、定電流動作の他の欠点を克服する：もし、誤動作がある場合、又は負荷が小さすぎる場合、車両の受信機は過熱するかも知れない。したがって、車両は、イネーブル信号の送信を停止することができる。その結果、セグメントの動作が停止され、過熱が防止される又は停止される。イネーブル信号の送信は、誘導結合により、または他の手段によって実現されても良い。
【００２９】
制御デバイスの別の用途は、セグメントを流れる電流の妥当性をモニタするため及び／又は誤動作を検出するためである。セグメントを流れる電流を監視することである。制御デバイスは、セグメントを通る電流又はセグメントの一つのラインを流れる電流を測定するために電流センサに接続されても良い。ここで、制御デバイスは、もし測定された電流が予め決められた条件を満たす場合に、セグメントをスイッチオフするように構成されている。制御デバイスは、測定電流と定電流源の構成に対応して予想される電流値とを比較するように構成されている。もし、測定され予想された値が、少なくとも予め決められた値と異なっていれば、例えば、制御デバイスはセグメントをスイッチオフする。この実施の形態は、定電流動作の信頼性を高める。任意に、対応する故障信号を中央システム制御又は監視装置に転送することができる。
【００３０】
好ましくは、導電体配列は３つのラインを有する。各々のラインは、３相の交流の異なる相を搬送する。しかし、対応するラインの数により２相だけ又は３相以上の相も存在することが可能である。特別に、各セグメントは、各々のセグメントが３相によって引き起こされる電磁場を生成するように、セグメントの各々は、ラインのそれぞれの区間を含んでも良い。
【００３１】
セグメントのうちの少なくとも１つは、共通のモジュールに統合された定電流源とスイッチングユニットを有しても良い。特別に、共通モジュールは、定電流源及び２つのセグメントに対応したスイッチングユニットを有しても良い。２つのセグメントは、車両の走行経路に関して連続するセグメントである。及び／又は、共通のモジュールは、定電流源及び２つのセグメントに対応したスイッチングユニットを有しても良い。２つのセグメントは、互いに平行に又は交わる方向に延在する車両の異なる経路のセグメントである。複数の定電流源及びスイッチングユニットを統合することは、サイト上のシステムの取り付けを容易にする。特別に、スイッチングユニット及び定電流源は、地面に埋めても良い。更に、ユニットを配置するための労力だけではなく、サイト上のユニット及び定電流源と、他のサイト上の交流電源との電気的な接続を確立する労力が減じられる。
【００３２】
共通モジュールは、また、冷却ファン又は液体冷却装置等の補助装置を含むことができる。更に、上述したように、制御デバイス及び／又は任意の電流センサは、共通モジュールに組み込むことができる。
【００３３】
例えば、共通のモジュールは、ハウジング及び／又はラックを有しても良い。ここで、構成部品及びユニットは、ハウジンン内部に設置及び／又はラックに固定されても良い。
【００３４】
特別に、共通のモジュールは、交流電源の異なる区間を共通のモジュールに接続するための第１及び第２の接続部を有しても良い。これは、共通のモジュールそれ自身が交流電源の更なる区間を有することを意味する。この更なる区間は、交流電源の外部セクションを接続するために第１と第２の接続部を電気的に接続する。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】鉄道車両及び車両のための軌道を有する配列を示す説明図である。ここで、軌道は、電磁場を生成するための複数のセグメントが備えられている。また、セグメントは、スイッチングユニット及び定電流源を有するモジュールを介して交流電源に接続されている。
【図２】スイッチングユニット及び定電流源を有するモジュールの実施の形態を示す説明図である。特別には、図１のモジュールの一つである。
【図３】スイッチングユニットと定電流源を有するモジュールの更なる実施の形態を示す説明図である。ここで、モジュールは、スイッチの動作を制御する制御デバイスを有する。また、モジュールは、対応するセグメントのラインに接続されるべきラインの少なくとも１つを流れる電流を測定するための電流センサを有する。
【図４】モジュールの他の実施の形態を示す説明図である。モジュールは、付加的に関連するセグメントのラインのインダクタンスを補償するキャパシタンスを有する。
【図５】モジュールの更なる変形例であって、交流電源側の交流電圧をセグメント側の交流電圧に変圧する変圧器を有するモジュールの説明図である。
【図６】互いに並行に延在する２つの軌道の模式図である。ここで、各軌道は、複数のセグメントを有し、各４つのセグメントのスイッチングユニットと定電流源は、共通のモジュールに統合されている。
【図７】異なる長さのセグメントを有する軌道の説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００３６】
本発明の実施の形態及び実施例を、以下、添付の図面を参照しながら説明する。
【００３７】
図１は、車両８１、特にトラム等のライトレール車両が起動に沿って走行している様子を模式的に示したものである。この具体的な実施の形態において、車両８１は、軌道のセグメントＴ１、・・・、Ｔ６により生成される電磁場を受信するための２つの受信機１ａ、１ｂを有している。受信機１ａ、１ｂは、車両８１の前部と後部の中間部分で車両８１の底部に設置されている。受信機は、交流の異なる相を生成するための複数のラインを有する。
【００３８】
受信機１ａ、１ｂは、車両８１内の他の装置に接続されている。他の装置は、受信機１により生成される交流を直流に変換するコンバータ（図示していない）等である。例えば、直流は、車両８１のバッテリ又は他のエネルギ蓄積装置５ａ、５ｂを充電するために使用され得る。更に、直流は、車両８１の少なくとも１台の牽引モータを動かすために用いられる交流に変換され得る。
【００３９】
受信機１ａ、１ｂは、車両８１の底部に設置されている信号送信機（図示していない）の動作を制御する制御デバイスに接続され、信号送信機により発信された信号は、軌道に向けて放射される。
【００４０】
上述したように、軌道は、互いに独立して動作され（すなわち、エネルギが与えられ）、動作中に車両８１にエネルギを伝送するために電磁場を生成する直列に接続された連続するセグメントＴ１、Ｔ２、Ｔ３、Ｔ４、Ｔ５、Ｔ６（実際には更なるセグメントが準備される）を有する。各セグメントは、車両の走行経路の区間に亘って延在している。
【００４１】
場合により、対応するセグメントＴの区間に沿って延在する電線のループ（図示していない）があっても良い。各ループは、例えば、単一又は複数の導電体の巻線であっても良い。車両の信号送信機によって生成される電磁波は、ループ内に対応する電圧を誘導する。各ループは、以下に述べるように、制御デバイスに、対応するセグメントＴをスイッチオン又はスイッチオフすることによってスイッチングユニットの動作を制御するために、直接に又は間接に接続される。スイッチングユニット及び任意に制御デバイスは、図１に示す様に、モジュールＭ１、Ｍ２、Ｍ３、Ｍ４、Ｍ５、Ｍ６に統合されている。モジュールＭ１、Ｍ２、Ｍ３、Ｍ４、Ｍ５、Ｍ６は、インバータ又はＡＣ／ＡＣコンバータ５５により生成される３相交流を伝送（導電）するための３相供給線３に接続されている。
【００４２】
図１に示した状態において、車両８１の受信機１ａ、１ｂは、それぞれセグメントＴ２、Ｔ４の上部に位置している。したがって、これらのセグメントＴ２、Ｔ４は動作され（すなわち、オン状態にあり、電磁場の原因となる電流がセグメントを通して流れる）、他のセングメントＴ１、Ｔ３、Ｔ５、Ｔ６は動作されない（すなわち、オフ状態にあり、セグメントを流れる電流はない）。
【００４３】
図２は、定電流源１２とスイッチングユニット１３を有するモジュール１１を示す。３相交流の３つの相のためのラインがある。各々のラインは、ラインを交流電源（例えば、図１の交流電源３）に接続するための第１の接点１４ａ、１４ｂ、１４ｃを有している。更に、各ラインは、ラインを、対応するセグメント、例えば、図１のセングメントＴ１又はＴ２の３つの交流線に接続するための第２の接点１５ａ、１５ｂ、１５ｃを有している。図１のセグメントＴ１の場合、図２のモジュール１１が図１のモジュールＭ１である。
【００４４】
モジュール１１の３つのラインの任意の電流経路に従って、以下の部品が第１の接点１４と第２の接点１５の間に配列されている。スイッチングユニット１３内で、半導体スイッチ、特にＩＧＢＴ１６とフリーホイールダイオード１７が互いに並列に接続されている。スイッチ１６の動作を制御するための対応する制御デバイスは、図２には示されていない。スイッチングユニット１３から第２の接点１５への電流経路に従って、ラインはインダクタンス１８、及び接続点２１を介して第２のインダクタンス１９に接続されている。各々のラインの接続点２１は、キャパシタンス２０を介して共通のスターポイント１０に接続されている。代替的に、スイッチングユニットのスイッチは、それぞれの第１のインダクタンス１８とそれぞれの接続点２１の間に配列されても良い。
【００４５】
特別に、第１のインダクタンス１８とキャパシタンス２０は、定電流源を形成する。すなわち、動作されている間、関連するセグメントは負荷とは無関係である一定の交流電流が供給される。第２のインダクタンス１９は、任意である。しかし、好ましくは、セグメントの動作中に無効電力の発生を回避するために必要である。特に、第１及び第２のインダクタンスは等しくなるように決められている。
【００４６】
より一般的に言えば、図２の示す定電流源１２は、受動回路網（パッシブネットワーク）である。それは、定電流源１２のどんな部品も、電流制限のために使用されるライン内のトランジスタの場合のように能動的に制御されないことを意味する。２個のインダクタンス、各々のラインの接続点、キャパシタンスにより、図２に示すネットワークは、Ｔネットワークと呼ぶことができる。他の受動的なネットワークも代替的に使用できる。例えば、いわゆるΠネットワークであり、２つの接続点と接続点の間に１つの受動素子を有するものである。Ｔネットワーク又はΠネットワーク等のような受動回路網は、６極フィルタとも呼ばれる。なぜなら、３つのラインの両端に接続点があるからである。
【００４７】
上述したように、スイッチングユニットと図２に示す定電流源の組み合わせは、第１の接点を第２の接点に接続するラインを有する。誘導結合はない。そのような誘導結合を有する代替案は、図５を参照して以下で述べる。
【００４８】
以下、図２のモジュール１１の変形例、実施の形態及び代替案を図３から図５を用いて説明する。同じ参照番号は、図２に示した部品と同じ機能を有する部品を示すものとして使用される。“同じ機能”の用語は、インダクタンス及びキャパシタンスの値まで同じである必要はないことを意味する。更に、図２から図５の例は、３相のラインを有する。しかし、普通ではないが位相線の数は異なっていても良い。
【００４９】
図３に示すモジュール３１は、更に、第１の接点１４ａ、１４ｂ、１４ｃと制御可能なスイッチ１６ａ、１６ｂ、１６ｃとの間のそれぞれのラインに第２のスイッチ３２ａ、３２ｂ、３２ｃを有する。第２のスイッチ３２は、過電流の場合に、ラインを遮断するように構成されている。例えば、漏電や地絡は、過電流の原因になるかも知れない。第２のスイッチ３２は、機械的又は他の方法で結合され、スイッチ３２の何れか１つにより為されるラインの開放は、他のスイッチ３２が対応するラインを開放する原因となる。
【００５０】
下位の制御ユニットは、制御可能なスイッチ１６ａ、１６ｂ、１６ｃをスイッチするために必要なアクションを実行するためモジュール３１内に設けられている。実際、下位の制御ユニットは、ＩＧＢＴの個々のゲートドライブユニットにより実現される。下位の制御ユニット３４の動作は、上位の制御デバイス３６により制御される。図３から図５に示された例では、制御デバイス３６は、ラインの何れか１本の電流センサ３７からの電流信号を受信する。ここで、電流センサ３７は、信号（線）ライン３５を介して制御デバイス３６に接続されている。制御デバイス３６は、電流信号を評価し、それを定電流源により生成される定電流の予想値に対応する値と比較するために用いられる。したがって、電流センサ３７は、定電流源と第２の接点１５との間の何れかのラインに位置する。代替的に、電流センサは、セグメントのライン内でモジュール３１の外部に位置しても良い。例えば、予測電流値と電流センサによる測定値との間の変位が、所定の閾値を越えて異なる場合は、制御デバイス３６は、下位の制御ユニット３４を制御し制御可能なスイッチ２６を開放する。電流値は、所望の電流を生成するために電圧を調整するよう、インバータに返送することができる。
【００５１】
代替的に又は加えて、制御デバイス３６は、関連するセグメントの近傍に車両の存在を検出するための車両検出ループ３８に接続されている。制御デバイス３６は、車両検出ループから受信した対応する車両検出信号を評価するように構成されている。関連するセグメントの近傍に車両が存在すると、制御デバイス３６は、セグメントの近傍に車両がいる間、関連するセグメントだけが動作されるように、制御可能なスイッチ１６を閉又は開とする。特に、セグメントの相ラインが地面に埋められている場合、近傍は車両がセグメントの上に位置又は走行していることを意味する。
【００５２】
図３は、更にオプション機能を示す。モジュールの相ラインの２つは、制御デバイス３６に接続されている。これらの接続ライン３３の相ラインとの接続点４０ａ、４０ｂは、第１の接続点１４とスイッチ１６、もしあれば第２のスイッチ３２との間に位置している。この配置は、交流配電（すなわち電源）から制御デバイスに、制御デバイスのための付加的な配電を必要とせずに、直接に電力を送ることを可能にする。制御デバイス３６は、交流電源の２つの相ライン間の電圧を測定することも可能である。この情報は、制御可能なスイッチ１６をスイッチオンすべきかどうかの決定に使用できる。例えば、もし電圧が低すぎると、制御デバイス３６は、スイッチ１６をスイッチオンするため下位の制御ユニット３４にトリガを掛けられない。電圧が低すぎる１つの可能な理由は、交流電源のラインのライン欠陥（例えば、地絡）である。他の可能性は、交流電源を通して交流電流を生成するインバータの故障である。
【００５３】
上述の説明から、関連するセグメントの正確かつ信頼性のある動作に関する幾つかの情報は、スイッチングユニットの制御デバイスに統合することができる。
【００５４】
制御デバイスは、共通のハウジングに統合する及び／又はスイッチングユニットと共通のラックに取り付けることができる。より一般的に言えば、制御可能なスイッチ及び制御デバイスの組合せは、事前に製作することができ、サイト上でその後にインストールすることができる。
【００５５】
更に、制御デバイス３６は、シグナルコネクション３９を介して、例えば、ＣＡＮバス（コントローラエリアネットワークバス）等のデジタルデータバスを介して、遠隔中央制御装置に接続されても良い。
【００５６】
図４は、付加的なキャパシタンス４２ａ、４２ｂ、４２ｃを有する実施の形態を示す。第１のキャパシタンス２０とは対照的に、第２のキャパシタンス４２は、接続点２１と相ライン内の第２の接続点１５との間に配置される。第２のキャパシタンス４２の目的は、関連するセグメントの対応するラインのインダクタンスを補償することである。本明細書中の“補償”は、所望の周波数で共振し、無効電力引き込みを回避するためにセグメントをチューニングすることを意味する。
【００５７】
図５は、図３、図４のインダクタンス１８の替わりに変圧器装置を有するモジュール５１を示す。好ましくは、変圧器装置５２は、１次側と２次側のガルバニック分離を提供する。１次側は、制御可能なスイッチ１６の側である。それに対応して、２次側は、第２の接続点１５の側である。変圧器装置５２は、３相変圧器、又はラインごとの個々の変圧器のセットであっても良い。変圧器装置の２次側のインダクタンスは、セグメントを介して流れる定電流の生成に関して、インダクタンス１８と同じ様に機能する。モジュール５１は、接続点２１及びスターポイント１０を含めて、変圧器装置５２及びキャパシタンス２０を有する予め作製されたユニット５３を有しても良い。
【００５８】
図６に示す配置は、予め製作された組み合わされたモジュールＣＭを有する。そのうちの１つは図６の底部に拡大して示されている組み合わされたモジュールＣＭ１は、複数の個々のモジュールＭ１ａ、Ｍ２ａ、Ｍ１ｂ、Ｍ２ｂを有する。それれは、対応する個々のセグメントＴ１ａ、Ｔ２ａ、Ｔ１ｂ、Ｔ２ｂに関連している。他の組み合わされたモジュールＣＭ２、ＣＭ３に関しても同様である。予め製作された組み合わされたモジュールＣＭは、個々のモジュールＭを受容及び／又は搬送するハウジング６９及び／又はラックを有しても良い。加えて、組み合わされたモジュールＣＭは、モジュールＭを交流電源３及びセグメントＴに電気的に接続するためプラグインコネクタ等の電気的コネクタを有しても良い。モジュールＣＭの拡大図において、第１のコネクタ６１ａは、交流電源３に接続されるものである。拡大図の右側に第２のコネクタ６１ｂが示されており、交流電源３に接続されるものである。好ましく、組み合わされたモジュールＣＭ内で、第１のコネクタ６１ａから第２のコネクタ６１ｂに延在する３相接続が為されている。それ故、この３相接続は、交流電源３の一部分を形成する。コネクタ６１ａ、６１ｂ間の３相接続は拡大図では完全には示されていない。
【００５９】
個々のモジュールＭ１ａ、Ｍ２ａ、Ｍ１ｂ、Ｍ２ｂは、対応する接合点を介して、第１又は第２のコネクタ６１ａ、６１ｂに接続されている。また、各々のモジュールＭ１ａ、Ｍ２ａ、Ｍ１ｂ、Ｍ２ｂは、各々のモジュールＭを関連するセグメントＴに接続するため、組み合わされたモジュールＣＭの外部から好ましくアクセス可能である更なるコネクタ６２、６３、６４、６５に接続されている。
【００６０】
例えば、各組み合わされたモジュールＣＭは、ファン等の付加的な冷却ユニットにより冷却することが可能である。典型的に、１つの冷却装置で、各々の組み合わされたモジュールＣＭに対して十分である。
【００６１】
組み合わされたモジュールＣＭは、２つのトラック間に配置される。トラックは、互いに並行に延在し、連続するセグメントＴ１ａ、Ｔ２ａ、Ｔ３ａ、Ｔ４ａ、Ｔ５ａ、Ｔ６ａ；Ｔ１ｂ、Ｔ２、Ｔ３ｂ、Ｔ４ｂ、Ｔ５ｂ、Ｔ６ｂにより定義される。例えば、トラックは、鉄道車両用のトラック又はバス等の道路自動車用レーンである。
【００６２】
図１に示した構成とは対照的に、交流電源３を介して流れる交流電流を生成する二つのパラレルインバータ（各々ＡＣ／ＡＣコンバータ装置５５ａ、５５ｂの一部として）がある。しかしながら、実際には、インバータの数は、特に必要とされる最大電流に応じて変化し得る。図６に示す実施の形態では、各インバータは、交流側で変圧器１４に接続ライン４ａ、４ｂを介して接続されている。
【００６３】
図６と図７に示す個々のモジュールＭは、例えば、図３から図５を参照して述べた様に構成することができる。 
【００６４】
図７は、システムの１次側のセグメントによって生成される電磁場を受信するための単１の受信機１を有する車両９１、特に人々の公共交通機関のためのバスを模式的に示している。５つの連続するセグメントＴ１、Ｔ２、Ｔ３、Ｔ４、Ｔ５がある。それらは、走行方向（図７の左から右）の長さが異なっている。セグメントＴ１とセグメントＴ２の境界、同様にセグメントＴ４とセグメントＴ５の境界において、個々のモジュールＭ１、Ｍ２を有する（又は、セグメントＴ４、Ｔ５の場合、個々のモジュールＭ４、Ｍ５を有する）組み合わされたモジュールＤＭがある。図６に示す組み合わされたモジュールＣＭと同様に、個々のモジュールＭは、スイッチングユニットと対応するセグメントに関連する定電流源を有する。図７に示す組み合わされたモジュールＤＭは、組み合わされたモジュールＤＭが２つの個々のモジュールを含むことを除いて、図６に示す組み合わされたモジュールＣＭに関して述べたのと同じ方法で構築されている。
【００６５】
第１及び第２のコネクタ６１ａ、６１ｂは、交流電源３に接続されており、組み合わされたモジュールＤＭの付加的な外部コネクタ７２、７３は、それぞれセグメントＴ１又はＴ２に接続されている。上記と同様に、外部コネクタ６１ａ、６１ｂは、交流電源３のセクションを形成する組み合わされたモジュールＤＭ内に延在する３相ラインにより接続されても良い。
【００６６】
交流電源の実効交流電圧は、例えば、５００から１５００Ｖの範囲内である。定電流源により生成され関連するセグメントを流れる定電流は、１５０から２５０Ａの範囲内である。交流の周波数は、１５から２５ｋＨｚの範囲内であっても良い。
【００６７】
それぞれのセグメントへの電流供給の間のインタフェースで、スイッチングユニットを使用することは、インタフェースでインバータを使用することに比較して、インバータの動作中のスイッチング損失を減少できるという利点がある。インバータの数は減少し、交流電源の入力部に位置している１以上のパラレルインバータは定電圧モードで動作され得る。更に、セントラルインバータは、複数の脱集中化されたインバータよりもより効率的な方法で冷却され得る。
【００６８】
別の利点は、交流電源とセグメントとの間の境界でスイッチングユニットのスイッチは、より少ない熱損失で構成することができる。何故なら、これらのスイッチは、関連するセグメントの開始及び停止動作に関してのみ動作されるからである。対照的に、境界でインバータの対応するスイッチは、少なくとも数ｋＨｚの周波数で動作される。スイッチングユニットのスイッチは、そのライフタイムの間、より少ないスイッチング動作を実行し、耐える必要があることを意味する。このため、コストが低下し、信頼性を高めることができ、スイッチングユニットの構成容積は、インバータの場合よりも小さい。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【国際調査報告】
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