СИСТЕМА И СПОСОБ ОБЕСПЕЧЕНИЯ ТРАНСПОРТНОГО СРЕДСТВА ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЭНЕРГИЕЙ ПОСРЕДСТВОМ МАГНИТНОЙ ИНДУКЦИИ
SYSTEM AND METHOD FOR PROVIDING TRANSPORT VEHICLE WITH ELECTRIC POWER THROUGH MAGNETIC INDUCTION

Изобретение относится к системе для обеспечения транспортного средства электрической энергией, причем система содержит генерирующее устройство, выполненное для создания переменного электромагнитного поля, и относится к системе для обеспечения транспортного средства электрической энергией, причем система содержит приемное устройство, выполненное для приема магнитной компоненты переменного электромагнитного поля для выработки переменного электрического тока посредством магнитной индукции. Прежде всего, электрический ток течет к электрической нагрузке, в то время как магнитная индукция вызывает переменное электрическое напряжения в приемном устройстве.
В дополнение, изобретение относится к транспортному средству, содержащему систему. Кроме того, изобретение относится к системе для передачи энергии к транспортному средству, причем система содержит приемное устройство и генерирующее устройство. Изобретение также относится к способу изготовления системы и к способу приведения в действие транспортного средства посредством приемного устройства, которое принимает магнитную компоненту переменного электромагнитного поля и вырабатывает переменный электрический ток посредством магнитной индукции.
WO 2010/031595 A2 раскрывает систему для обеспечения транспортного средства, прежде всего, привязанного к полосе движения транспортного средства, электрической энергией, причем система содержит приемное устройство, выполненное для приема магнитной компоненты переменного электрического поля и выработки переменного электрического тока посредством электромагнитной индукции. Приемное устройство содержит несколько обмоток и/или катушек из электропроводящего материала, причем каждая обмотка или катушка выполнена для выработки отдельной фазы переменного электрического тока.
Настоящее изобретение может быть применено к любому сухопутному транспортному средству, прежде всего к привязанным к полосе движения транспортным средствам, таким как рельсовые транспортные средства (например, трамвай), но также к дорожным автомобилям, таким как легковые автомобили или транспортные средства общего пользования (например, автобусы). Предпочтительно, проводниковая структура первичной стороны генерирующего устройства, которая создает переменное электромагнитное поле, встроена в полосу движения, дорогу или место парковки транспортного средства, так что электрические линии первичной стороны проводниковой структуры простираются в плоскости, которая почти параллельна поверхности дороги, полосы движения или места парковки, по которым транспортное средство может перемещаться или на которых может парковаться.
Подробности предпочтительного варианта осуществления проводниковой структуры первичной стороны описаны в WO 2010/031595 A2. Например, линии тока проводниковой структуры первичной стороны простираются перпендикулярно направлению движения, и некоторые участки линий простираются в направлении движения, соединяя, таким образом, простирающиеся перпендикулярно участки. Прежде всего, как показано на фиг. 5 и фиг. 12 WO 2010/031595 A2, проводниковая структура первичной стороны, предпочтительно, создает магнитную волну, которая простирается в направлении движения или против направления движения. Скорость волны определяется расстоянием между перпендикулярно простирающимися участками и частотой переменного тока, которая передается разными фазами проводниковой структуры первичной стороны.
Как также описано в WO 2010/031595 A2, приемное устройство может быть расположено как тело в форме плиты или пластины. Подходящим материалом является феррит. Тело сводит в пучок и перенаправляет линии магнитного поля и, вследствие этого, уменьшает интенсивность поля над телом почти до нуля.
Однако подобное тело из ферромагнитного материала или иначе экран из электропроводящего материала не может уменьшить интенсивность магнитного поля до нуля в местах сбоку от тела или экрана. Прежде всего, когда люди входят в автомобиль или выходят из автомобиля, они могут проходить мимо участков сбоку от приемного устройства. Поэтому действуют соответствующие пределы интенсивности поля, и они не должны превышаться.
Предметом настоящего изобретения является разработка системы для обеспечения транспортного средства электрической энергией, транспортного средства, содержащего систему, устройства, содержащего систему, способа изготовления системы и способа приведения в действие транспортного средства посредством приемного устройства, которое уменьшает интенсивность поля сбоку от генерирующего устройства и/или сбоку от приемного устройства.
Прежде всего, генерирующее устройство может иметь змеевидную (альтернативно называемую: в форме меандра) конфигурацию, описанную в WO 2010/031595 A2. Предпочтительная модификация змеевидной конфигурации будет описана ниже.
Альтернативно или дополнительно, приемное устройство может иметь «плоскую» конфигурацию. Пример такой «плоской» конфигурации описан в WO 2010/031595 A2, прежде всего, в связи с фиг. 13-17 этого документа. «Плоский» в этом контексте означает, что фазовые линии (то есть электрические линии разных фаз) приемного устройства простираются или приблизительно простираются в горизонтальном направлении, если проводниковая структура первичной стороны и полоса движения или дорога для транспортного средства также простирается в горизонтальном направлении. Однако, поскольку приемное устройство обычно содержит более чем один виток или одну обмотку и, кроме того, содержит более чем одну фазовую линию, имеются пересечения электрических линий, если смотреть сверху. Следовательно, несмотря на плоскую конфигурацию, невозможно, что все участки электрических линий расположены в плоском пространстве, имеющем толщину одной электрической линии.
Кроме того, по меньшей мере одна из фазовых линий может содержать катушку, имеющую более чем один виток. Под витком подразумевается участок фазовой линии, который простирается вокруг центральной оси катушки. Другими словами: участок закручивается вокруг центральной оси. Не в каждом случае все витки совершают полный оборот вокруг центральной оси. Скорее, в особенности, первый и последний витки катушки могут не совершать полный оборот вокруг центральной оси, так что электрические соединительные выводы к катушке и из катушки могут быть выполнены в подходящем месте и подходящим образом. С другой стороны, если катушка имеет по меньшей мере три витка, то по меньшей мере один из витков является не первым и не последним витком и обычно совершает полный оборот вокруг центральной оси.
В случае такой катушки толщина катушки, измеренная в направлении центральной оси, может быть, например, равна числу витков, умноженному на толщину электрической линии, которая совершает оборот. Однако в зависимости от специфической конфигурации катушки, толщина альтернативно может быть больше или меньше, чем упомянутая ранее толщина. Например, последовательные витки могут быть намотаны вокруг центральной оси катушки с образованием спирали. Это уменьшает толщину катушки, но также уменьшает эффективную площадь катушки по сравнению с катушкой, имеющей такое же число витков, все из которых имеют размер наружного витка спирали. В любом случае является предпочтительным, что все катушки содержат витки, которые уложены в стопку друг над другом. Однако контуры по меньшей мере одной концевой катушки, предпочтительно, ограничивают меньшую площадь, чем другая катушка или другие катушки. В случае спиральной концевой катушки внешний виток спирали будет, следовательно, закручен с меньшим радиусом намотки или будет ограничивать меньшую площадь, чем контуры другой катушки или других катушек.
Один вариант осуществления настоящего изобретения может иметь несколько катушек, то есть по меньшей мере три катушки, которые являются катушками одной и той же фазовой линии. Это значит, что электрическая линия по меньшей мере одной из фазовых линий образует по меньшей мере три катушки. Подразумевается, что катушка имеет по меньшей мере один виток и, в случае более чем одного витка, несколько витков расположены таким образом, что участки разных витков простираются параллельно друг другу или простираются приблизительно параллельно и, факультативно, имеют одинаковую форму (такую как прямоугольную, круглую и т.д.). Возможной формой контура витков является прямоугольная, поскольку последовательность следующих друг за другом катушек, причем каждая из катушек имеет прямоугольные витки, может быть расположена так, чтобы перекрывать прямоугольную эффективную площадь, которая является суммой площадей, перекрываемых отдельными катушками. Однако является предпочтительным, что катушки, образующие конец катушечной системы, являются конусообразными, то есть имеют конический контур или контур усеченного конуса. Площадь, которая «перекрывается» отдельной катушкой, является площадью, поперек которой могут простираться линии магнитного потока магнитного поля, причем магнитный поток, который соответствует этим линиям потока, вызывает магнитную индукцию путем индуцирования соответствующего электрического напряжения в катушке.
Предпочтительно, центральные оси нескольких катушек простираются параллельно друг другу. Это применяется к катушкам разных фазовых линий для передачи разных фаз переменного тока и/или применяется к катушкам одной и той же фазовой линии.
Несколько катушек по меньшей мере одной из фазовых линий (и предпочтительно всех фазовых линий) могут быть расположены рядом друг с другом так, чтобы образовывать последовательность следующих друг за другом катушек, которая перекрывает эффективную площадь в плоскости, которая простирается перпендикулярно центральным осям катушек. В случае по меньшей мере трех катушек имеются первая концевая катушка и вторая концевая катушка на противоположных концах последовательности, и имеется по меньшей мере одна средняя катушка между концевыми катушками последовательности. Предпочтительно, первая концевая катушка и вторая концевая катушка сужаются в направлении их конца.
Предпочтительно, эффективная площадь катушек является суммой площадей, которые перекрыты отдельными катушками последовательности, то есть катушки взаимно не перекрываются. Однако небольшая площадь взаимного перекрывания не существенно уменьшает эффективную площадь. Кроме того, может быть небольшое пространство между площадями соседних катушек в последовательности катушек, так что эффективная площадь не является непрерывной площадью. Однако является предпочтительным, что расстояние является небольшим (например, меньше чем 2% продольного направления последовательности катушек, которое является направлением, простирающимся от первой концевой катушки ко второй концевой катушке).
Прежде всего, по меньшей мере две катушки из катушечной системы являются катушками одной и той же фазовой линии, которые расположены последовательно в продольном направлении, определяя таким образом по меньшей мере одну граничную зону, так что первая и вторая по меньшей мере из двух катушек одной и той же фазовой линии граничат друг с другом, факультативно с зазором или взаимным перекрыванием друг друга, причем первая катушка является концевой катушкой, расположенной на первом конце или на втором конце катушечной системы. Первая катушка (и факультативно также вторая катушка, если имеются только две следующие друг за другом катушки) является катушкой, которая сужается в направлении соответствующего конца катушечной системы в продольном направлении. Благодаря конической конфигурации вдоль своей протяженности к первому концу или ко второму концу катушечной системы, коническая катушка перекрывает меньшую площадь на единицу длины в продольном направлении в концевой области первого конца или второго конца по сравнению с граничной областью в граничной зоне. Обобщая, суженная область перекрывает меньшую площадь на единицу длины, так как она более узкая.
В этом, например, заключается отличие от стандартных катушек, витки которых следуют по искривленному пути в концевой области таким же образом, как и в граничной области. Эти стандартные катушки типично являются симметричными относительно прямой линии, которая простирается перпендикулярно продольному направлению в середине продольной протяженности катушки. Некоторое искривление витков в концевой области и в граничной области катушки необходимо, поскольку электрические линии не могут быть изогнуты так, чтобы образовать прямоугольник. По этой причине искривленный путь витков в концевой области и в граничной области не рассматривается как сужение в духе настоящей заявки. Скорее сужение катушки, имеющей витки, означает, что имеется непрерывное уменьшение ширины в продольном направлении к концу катушки в дополнение к любому искривлению витков.
Например, по меньшей мере одна треть протяженности концевой катушки в продольном направлении или, по меньше мере, половина протяженности и в особых случаях более чем половина протяженности всего протяженности катушки в продольном направлении может иметь коническую конфигурацию согласно настоящему изобретению.
Изобретение основано на следующих полученных данных. Электрический ток, который течет через фазовую линию или фазовые линии во время работы генерирующего устройства, создает электромагнитное поле, магнитная компонента которого должна быть принята приемным устройством. В дополнение электрический ток, который течет через фазовую линию или фазовые линии во время работы приемного устройства, в то время как приемное устройство принимает магнитную компоненту электромагнитного поля и поставляет электрическую мощность к любой нагрузке в транспортном средстве, также создает электромагнитное поле, которое может быть названо паразитным полем. Электромагнитные поля, которые создаются некоторыми из разных участков фазовой линии (линий) приемного устройства, компенсируют друг друга вследствие интерференции. То же применимо к электромагнитным полям, которые создаются некоторыми из разных участков фазовой линии (линий) генерирующего устройства.
В отношении приемного устройства это означает, например, что имеются области сбоку от центрального участка последовательности катушек, в которых интенсивность поля мала или даже близка к нулю. В отношении генерирующего устройства это означает, например, что поля, созданные извивающимися участками фазовой линии или фазовых линий, компенсируют друг друга или создают небольшую или нулевую интенсивность ноля. «Интенсивность поля» в этом контексте означает амплитуду плотности потока колеблющегося электромагнитного поля, прежде всего, магнитного поля. Однако имеются также области сбоку от концевых областей генерирующего устройства и приемного устройства, имеющие более высокие интенсивности поля. Причиной этого является то, что не имеется компенсирующий участок для каждого участка. В дополнение, поля, созданные участками фазовой линии на концах, могут накладываться друг на друга, так что в результате возникают увеличенные амплитуды поля.
Для уменьшения интенсивностей поля вблизи конца или концов генерирующего устройства или приемного устройства, в особенности в определенных местах, по меньшей мере один конец устройства является суженным. Выражение «суженный» означает, что ширина системы из фазовых линий уменьшается к концу системы фазовых линий. Это не обязательно означает, что имеются участки линии фазовой линии или фазовых линий, которые определяют границы площади, которая перекрывается системой фазовых линий и простирается к концу системы фазовых линий с сужением. Это может иметь место, если система фазовых линий содержит катушку фазовой линии в концевой области системы фазовых линий. В дальнейшем система фазовых линий, которая содержит по меньшей мере одну катушку фазовой линии, также называется системой катушек. Однако имеются другие возможные системы линий, например система линий, подобная системе, описанной в WO 2010/031595 A2, в которой по меньшей мере одна фазовая линия извивается, то есть содержит первые участки линии, которые простираются перпендикулярно продольному направлению системы линий, и дополнительно содержит вторые участки линий, которые соединяют в каждом случае два первых участка линии. Если концевой участок системы линий содержит извивающуюся фазовую линию, длина двух расположенных друг за другом первых участков фазовой линии уменьшается к концу системы линий. Эта длина первого участка линии, который простирается перпендикулярно продольному направлению, может быть измерена в направлении ширины и поэтому не обязательно равна длине соответствующего участка кабеля, например, если кабель образует несколько волн или гофр в первом участке линии. Однако контур системы линий может быть определен даже для извивающейся фазовой линии или для извивающихся фазовых линий, так что контур включает в себя всю площадь системы линий, однако не следует за участками линий в системе линий в направлении к внутренней части системы линий. Например, участки линий или места линий на наружной периферии системы линий могут быть соединены прямыми участками контура или участками контура, которые изгибаются непрерывно. Как упомянуто выше, в случае системы катушек, которая содержит катушку фазовой линии в концевой области системы, контур системы может совпадать с участками линии.
Прежде всего, предлагается система для обеспечения транспортного средства электрической энергией, причем система содержит приемное устройство, выполненное для приема магнитной компоненты переменного электромагнитного поля и выработки переменного электрического тока посредством магнитной индукции, причем приемное устройство содержит по меньшей мере одну фазовую линию, причем каждая фазовая линия выполнена для передачи фазы переменного электрического тока, причем:
- по меньшей мере одна фазовая линия выполнена для образования системы линий, которая простирается в продольном направлении перпендикулярно направлению линии магнитной индукции, причем линии магнитной индукции электромагнитного поля пронизывают систему линий, так что система линий содержит первый конец и второй конец, причем концы расположены на противоположных концах системы линий в продольном направлении,
- ширина системы линий, которая может быть измерена в направлении ширины, проходящем перпендикулярно линии магнитной индукции и перпендикулярно продольному направлению, постепенно уменьшается вдоль протяженности системы линий к первому концу и/или ко второму концу.
Кроме того, предлагается способ изготовления системы для обеспечения транспортного средства электрической энергией, причем изготавливают приемное устройство системы, которое выполнено для приема во время работы магнитной компоненты переменного электромагнитного поля и для выработки переменного электрического тока посредством магнитной индукции, причем приемное устройство оснащают по меньшей мере одной фазовой линией, причем каждая линия выполнена для передачи во время работы фазы переменного электрического тока, причем:
- по меньшей мере одну фазовую линию располагают с образованием системы линий, которая простирается в продольном направлении перпендикулярно направлению линии магнитной индукции, причем линии магнитной индукции пронизывают систему линий, так что система линий содержит первый конец и второй конец, причем концы расположены на противоположных концах систем линий в продольном направлении,
- систему линий образуют таким образом, что ширина системы линий, которая может быть измерена в направлении ширины, проходящем перпендикулярно линии магнитной индукции и перпендикулярно продольному направлению, постепенно уменьшается вдоль протяженности системы линий к первому концу и/или ко второму концу.
«Постепенное уменьшение», предпочтительно, ограничено частью протяженности системы линий, а именно концевой областью системы линий. Однако размер концевой области не ограничен определенным максимальным процентным отношением к общей длине системы линий в продольном направлении. Если ширина системы линий постепенно уменьшается вдоль протяженности системы линий к первому концу и ко второму концу, то имеется точка в среднем участке системы линий, где ширина максимальна или имеется средняя область, в которой ширина постоянна и больше, чем ширина концевых участков.
Если приемное устройство используется или должно использоваться во время движения транспортного средства, то продольное направление системы линий, предпочтительно, параллельно или идентично направлению движения. Как упомянуто выше, другим выражением для уменьшения ширины системы линий к концу является «конический» или «коническая конфигурация».
Система линий приемного устройства может иметь систему катушек. Поэтому предлагается система для обеспечения транспортного средства электрической энергией, причем система содержит приемное устройство, выполненное для приема магнитной компоненты переменного электромагнитного поля и для выработки переменного электрического тока посредством магнитной индукции, причем приемное устройство содержит по меньшей мере одну фазовую линию, причем каждая фазовая линия выполнена для передачи фазы переменного электрического тока, причем:
- каждая фазовая линия образует по меньшей мере одну катушку,
- каждая катушка состоит по меньшей мере из одного витка фазовой линии,
- по меньшей мере один виток закручивается вокруг центральной оси катушки,
- катушка или катушки расположена/расположены с образованием системы катушек, которая простирается в продольном направлении перпендикулярно центральной оси катушки или перпендикулярно центральным осям катушек системы катушек, так что система катушек имеет первый конец и второй конец, причем концы расположены на противоположных концах системы катушек в продольном направлении,
- ширина системы катушек, которая может быть измерена в направлении ширины, проходящем перпендикулярно центральной оси/центральным осям и перпендикулярно продольному направлению, постепенно уменьшается вдоль протяженности системы катушек к первому концу и/или ко второму концу.
Это соответствует способу изготовления системы для обеспечения транспортного средства электрической энергией, причем изготавливают приемное устройство системы, которое выполнено для приема во время работы магнитной компоненты переменного электромагнитного поля и для выработки переменного электрического тока посредством магнитной индукции, причем приемное устройство оснащают по меньшей мере одной фазовой линией, причем каждая линия выполнена для передачи во время работы фазы переменного электрического тока, причем:
- из каждой фазовой линии образуют по меньшей мере одну катушку,
- каждую катушку образуют по меньшей мере одним витком фазовой линии,
- по меньшей мере один виток закручивают вокруг центральной оси катушки,
- катушку или катушки располагают с образованием системы катушек, которая простирается в продольном направлении перпендикулярно центральной оси катушки или перпендикулярно центральным осям катушек системы катушек, так что система катушек имеет первый конец и второй конец, причем концы расположены на противоположных концах системы катушек в продольном направлении,
- систему линий образуют таким образом, что ширина системы катушек, которая может быть измерена в направлении ширины, проходящем перпендикулярно центральной оси/центральным осям и перпендикулярно продольному направлению, постепенно уменьшается вдоль протяженности системы катушек к первому концу и/или ко второму концу.
Прежде всего, система катушек может содержать несколько катушек, которые расположены в продольном направлении в жесткой последовательности и/или взаимно перекрывают друг друга, и причем по меньшей мере одна из катушек системы катушек на первом и/или втором конце сужается вдоль протяженности системы катушек к соответствующему концу.
Прежде всего, приемное устройство может содержать несколько фазовых линий, причем каждая фазовая линия выполнена для передачи одного из нескольких фазовых токов переменного электрического тока. Каждая фазовая линия может образовывать одну или несколько катушек (например, по меньшей мере три катушки), каждая катушка может состоять по меньшей мере из одного витка фазовой линии. Несколько катушек фазовой линии или каждой фазовой линии могут быть распложены рядом друг с другом так, чтобы образовывать последовательность катушек, которая перекрывает эффективную площадь в плоскости, которая простирается перпендикулярно центральным осям катушек, так что имеется первая и вторая концевая катушка на противоположных концах последовательности. В случае по меньшей мере трех катушек имеется по меньшей мере одна средняя катушка между концевыми катушками последовательности. Предпочтительно, по меньшей мере обе концевые катушки являются конусообразными. Факультативно средние катушки могут также быть конусообразными вдоль протяженности системы катушек в продольном направлении к концам.
В дополнение предлагается система для обеспечения транспортного средства электрической энергией, причем система содержит генерирующее устройство, выполненное для создания переменного электромагнитного поля для выработки переменного электрического тока посредством магнитной индукции в соответствующем приемном устройстве, причем генерирующее устройство содержит по меньшей мере одну фазовую линию, причем каждая фазовая линия выполнена для передачи фазы переменного электрического тока, причем:
- по меньшей мере одна фазовая линия расположена с образованием системы линий, которая простирается в продольном направлении перпендикулярно направлению линии магнитной индукции, причем линии магнитной индукции электромагнитного поля пронизывают систему линий, так что система линий содержит первый конец и второй конец, причем концы расположены на противоположных концах системы линий в продольном направлении,
- ширина системы линий, которая может быть измерена в направлении ширины, проходящем перпендикулярно линии магнитной индукции и перпендикулярно продольному направлению, постепенно уменьшается вдоль протяженности системы линий к первому концу и/или ко второму концу.
Соответственно, предлагается способ изготовления системы для обеспечения транспортного средства электрической энергией, причем изготавливают генерирующее устройство системы, которое выполнено во время работы для создания переменного электромагнитного поля для выработки переменного электрического тока посредством магнитной индукции в соответствующем приемном устройстве, причем для генерирующего устройства предусматривают по меньшей мере одну фазовую линию, причем каждая фазовая линия выполнена для передачи во время работы фазы переменного электрического тока, причем:
- по меньшей мере одну фазовую линию располагают с образованием системы линий, которая простирается в продольном направлении перпендикулярно направлению линии магнитной индукции, причем во время работы линии магнитной индукции пронизывают систему линий, так что система линий содержит первый конец и второй конец, причем концы расположены на противоположных концах систем линий в продольном направлении,
- систему линий образуют таким образом, что ширина системы линий, которая может быть измерена в направлении ширины, проходящем перпендикулярно линии магнитной индукции и перпендикулярно продольному направлению, постепенно уменьшается вдоль протяженности системы линий к первому концу и/или ко второму концу.
Предпочтительно, по меньшей мере одна фазовая линия из системы линий извивается в продольном направлении, причем эта фазовая линия содержит первый участок, который простирается перпендикулярно продольному направлению, и второй участок, соединяющий в каждом случае два первых участка, причем вторые участки простираются по существу в продольном направления, и причем длины первых участков постепенно уменьшаются вдоль протяженности системы линий к первому концу и второму концу.
Конусообразная конфигурация системы линий уменьшает интенсивность поля, в особенности сбоку от концевой области, которая является конусообразной. Одной из причин этого является то, что интенсивность поля, которое создается участками фазовой линии (например, «первым» участком в случае извивающейся конфигурации линии) на конце или в концевой области системы линий, и эти участки простираются перпендикулярно продольному направлению, уменьшается, поскольку длины этих участков линий уменьшаются вследствие уменьшенной ширины. Это применимо к местам в продольном направлении в окружающей среде. Для участков окружающей среды сбоку от системы линий применима другая причина: в одном и том же положении сбоку от концевой области системы расстояние до ближайшего участка линии (например, «второго» участка линии в случае извивающейся конфигурации) больше, если концевая область является конусообразной.
Изобретение также включает в себя транспортное средство, содержащее систему с приемным устройством по одному из вариантов осуществления, описанному в этом описании, причем система расположена на днище транспортного средства, так что центральная ось катушки или центральные оси катушек простираются в вертикальном направлении, при условии, что транспортное средство перемещается по горизонтальному участку грунта или горизонтальной полосе движения.
Кроме того, изобретение включает в себя систему для передачи энергии транспортному средству, причем система содержит систему с генерирующим устройством первичной стороны, которое расположено вдоль пути движения транспортного средства, или на месте парковки, или на месте остановки транспортного средства, и причем система содержит систему с приемным устройством вторичной стороны по одному из вариантов осуществления, описанному в данном описании.
Примеры изобретения будут описаны ниже со ссылкой на прилагаемые фигуры.
Фиг. 1 схематически показывает вид сверху системы для обеспечения транспортного средства электрической энергией, причем система содержит три фазовые линии, причем каждая фазовая линия образует последовательность из четырех катушек, которые расположены рядом друг с другом,
Фиг. 2 схематически показывает вид сверху, аналогичный фиг. 1, содержащий последовательность трех катушек фазовых линий,
Фиг. 3 показывает частичный вид сверху обычной системы линий, содержащей три извивающиеся фазовые линии,
Фиг. 4 показывает частичный вид сверху системы линий, содержащей три извивающиеся фазовые линии согласно примеру настоящего изобретения,
Фиг. 5 показывает интенсивности сбоку от системы линий из фиг. 3 и фиг. 4 как функции положения в продольном направлении,
Фиг. 6 схематически показывает проводниковую структуру первичной стороны для создания электромагнитного поля, прежде всего для создания магнитной волны, которая простирается в направлении движения транспортного средства, причем на фигуре также схематически показано транспортное средство, и
Фиг. 7 схематически показывает транспортное средство из фиг. 6, включая некоторые устройства в транспортном средстве.
Фиг. 1 показывает три последовательности катушек, причем каждая последовательность образована разными фазовыми линиями системы катушек (то есть система электрических проводников) для передачи трехфазного переменного тока. Система может быть частью генерирующего устройства для создания электромагнитного поля на первичной стороне (например, стороне полосы движения) или может быть частью приемного устройства, установленного на транспортном средстве.
Каждая последовательность G, R, В содержит четыре катушки С. Отдельные катушки обозначены через GCL, GCM1, GCM2, GCR для последовательности G, через RCL, RCM1, RCM2, RCR для последовательности R и через BCL, ВСМ1, ВСМ2, BCR для последовательности В. В примере средние катушки С имеют прямоугольную форму, то есть площадь, которая перекрыта прямоугольной формой, является прямоугольной. Однако концевые катушки GCL, RCL, BCL и GCR, RCR, BCR сужены к концу последовательности.
Этот пример иллюстрирует вариант осуществления настоящего изобретения, причем система катушек содержит катушки более чем одной фазовой линии (то есть нескольких фазовых линий), причем катушки разных фаз смещены относительно друг друга в продольном направлении (горизонтальное направление в примере на фиг 1), и причем каждая фазовая линия сужается в соответствующей концевой области фазовой линии. Термин «концевая область» относится к продольному направлению, то есть имеются две противоположные концевые области в продольном направлении.
Если вернуться к примеру на фиг. 1, то поскольку каждая последовательность G, R, В катушек С образована помещением отдельных катушек С вблизи друг друга, то эффективная площадь каждой последовательности является прямоугольной на средних участках и имеет форму наподобие усеченного конуса в концевых областях. Кроме того, катушки С одной и той же фазовой линии взаимно не перекрываются, так что эффективная площадь последовательности равна сумме площадей, которые перекрыты катушками С последовательности G, R, В. Если более ясно проиллюстрировать обозначения, то, например, обозначение катушки «GCL» означает, что катушка является частью последовательности G и что катушка является левой L катушкой (то есть первой концевой катушкой) в последовательности G. Обозначение «GCM 1» означает, что катушка С является частью последовательности G и является первой средней M1 катушкой С.Обозначение «R», как третья буква в обозначении катушки (например, GCR) означает, что катушка является правой катушкой (то есть второй концевой катушкой) в соответствующей последовательности. Три последовательности G, R, В, показанные на фиг. 1, распределены в вертикальном направлении фигуры, но это сделано только с целью иллюстрирования. На практике является предпочтительным, что не имеется никакого распределения в направлении, перпендикулярном продольному направлению, которое проходит от левой катушки к правой катушке в каждой последовательности и которое является горизонтальным направлением на фиг. 1.
Катушки последовательности G сдвинуты относительно друг друга на первую длину SL1 сдвига, и эта первая длина SL1 сдвига является постоянной для всех пар катушек последовательности G, и то же относится к другим последовательностям R и В. То же самое может также относиться к другим системам, которые могут содержать разное число катушек на последовательность, например, число средних катушек, имеющих прямоугольную форму, может изменяться с разными вариантами осуществления изобретения. Первая длина SL1 сдвига показана двойной стрелкой. Имеются также одинарные стрелки, которые проходят вблизи катушек С последовательности G. Эти одинарные стрелки показывают направление намотки фазовой линии для создания витков, которые образуют катушки С.Другие последовательности R, В образованы так же, как и последовательность С.Однако разные последовательности G, R, В сдвинуты относительно друг друга на вторую длину SL2 сдвига, которая также показана двойной стрелкой для последовательностей G, R. Третья последовательность В также сдвинута на ту же вторую длину SL2 сдвига относительно второй последовательности R. Вторая длина SL2 сдвига составляет 1/3 первой длины SL1 сдвига. При условии, что система, показанная на фиг. 1, является приемным устройством, электромагнитное поле, которое имеет периодически изменяющуюся интенсивность поля относительно продольного направления (такие изменяющиеся магнитные поля показаны на фиг. 2 - фиг. 4), причем длина периода равна первой длине SL1 сдвига, умноженной на 2, индуцирует электрические напряжения одинаковой величины в каждом участке линий, который простирается перпендикулярно продольному направлению при условии, что эти участки линий расположены в том же самом положении в продольном направлении или в том же самом положении плюс или минус удвоенная величина первой длины SL1 сдвига. Другим предварительным условием для индуцирования напряжений одинаковой величины является одинаковая длина линии, что не применимо к участкам линий на концах и следующим простирающимся перпендикулярно участкам линии.
Прежде всего, линии магнитного потока переменного магнитного поля пронизывают систему линий в направлении, перпендикулярном плоскости изображения фиг. 1 и фиг. 2.
Для одной из последовательностей катушек, а именно для последовательности G, фиг. 1 показывает пример картины направления (указаны стрелками), причем через катушки текут электрические токи. Этот пример основан на предположении, что электромагнитное поле индуцирует напряжения в катушках последовательности G, причем напряженность электромагнитного поля изменяется периодически в продольном направлении, и длины периодов равны удвоенной длине SL2 сдвига.
Возможны варианты системы, показанной на фиг. 1. Система может не быть системой катушек, линии которой изображены сплошными, штриховыми или пунктирными линиями в фиг. 1. Скорее эти сплошные, штриховые и пунктирные линии, за исключением линий в середине, которые простираются перпендикулярно продольному направлению, могут изображать контур системы линий. Электрические линии системы линий могут проходить по любому пути в пределах контура. Особенно в этом случае полная система линий может быть расположена в пределах контура, определенного сплошными линиями (то есть штриховые и пунктирные линии на фиг. 1 могут не приниматься во внимание).
Число последовательностей и, следовательно, число фазовых линий для передачи разных фаз переменного тока может изменяться. Например, система катушек на фиг. 1 может иметь две или четыре фазовые линии для передачи разных фаз. Только один из концевых участков системы линий или последовательность катушек может быть конусообразным. Дополнительно или альтернативно, конусообразный концевой участок может сужаться разным образом, как показано на фиг. 1, например, контур конусообразного участка может быть закругленным, а не прямым, как показано на фиг. 1.
Не требуется, чтобы конусообразный концевой участок простирался в продольном направлении по всей длине концевой катушки, если система линий является полностью системой катушек. Скорее длина конусообразного концевого участка может быть короче или длиннее, чем длина катушки на соответствующем конце. Например, если обратиться к фиг. 1, первая средняя катушка GCM1 может также принадлежать конусообразному концевому участку. Прежде всего, половина протяженности в длину первого среднего участка GCM1 может быть сужена так, что длина конусообразного концевого участка в 1,5 раза больше длины катушки.
Фиг. 2 показывает пример последовательности из трех катушек, первой концевой катушки GCL, средней катушки GCM и второй концевой катушки GCR, причем три катушки образованы одной и той же фазовой линией. В примере конусообразные концевые участки на противоположных концах последовательности простираются через две трети соответствующей концевой катушки GCL, GCR. Однако конусообразный концевой участок может простираться через разные доли общей протяженности катушки или может простираться по всему протяжению катушки в продольном направлении. Вследствие своей конусообразной конфигурации вдоль протяженности к концу системы катушек, показанной на фиг. 2, концевые катушки GCL, GCR перекрывают в каждом случае меньшую площадь на единицу длины в продольном направлении на своих концевых участках вблизи конца системы катушек по сравнению со своей граничной областью в граничной зоне к средней катушке GCM.
Соединительные линии для соединения разных катушек друг к другу и к внешним устройствам (такому как выпрямитель) на схематических изображениях на фиг. 1 и фиг. 2 не показаны.
Фиг. 3 схематически показывает вид сверху обычной системы линий генерирующего устройства для создания электромагнитного поля на первичной стороне системы для передачи энергии к транспортному средству. Система линий содержит три фазовые линии U, V, W, которые извиваются в продольном направлении (горизонтальное направление на фиг. 3). Показана только часть системы линий. Прежде всего, система линий может продолжаться таким образом, как показано на правой стороне фигуры. Вблизи конца системы линий, показанной на левой стороне фиг. 3, три фазовые линии U, V, W соединены друг с другом так, что образуется нейтральная точка ST звезды.
Каждая из фазовых линий U, V, W содержит первые участки, которые простираются перпендикулярно продольному направлению, и содержит вторые участки линии, которые соединяют в каждом случае два первых участка линий и, по меньшей мере, частично простираются в продольном направлении. На фиг. 3 первые участки линий фазовой линии W (обозначены участками и пересечениями сплошных линий) обозначены через 1a, 1b, 1c, 1d, 1e, 1f. Соединительные вторые участки фазовой линии W обозначены через 2а, 2b, 2с, 2d, 2e, 2f, причем второй участок 2а линии соединяет первый участок линии 1a c коротким участком 11 линии, который соединяет фазовую линию W с нейтральной точкой ST звезды.
Первые участки линий разных фаз U, V, W создают во время работы электромагнитное поле, интенсивность поля которого быстро уменьшается сбоку от системы линий с увеличением расстояния до системы линий. В примере, показанном на фиг. 1, «сбоку» означает направление, перпендикулярное продольному направлению в плоскости изображении фиг. 3. То же самое применимо к электромагнитному полю, которое создается вторыми участками линий, поскольку фазовые линии U, V, W работают со сдвигом фаз и происходит интерференция с нейтрализацией. Однако имеется исключение: на конце системы линий, показанном на левой стороне фиг. 3, в области нейтральной точки ST звезды интерференция может компенсировать электромагнитные поля, которые создаются отдельными фазовыми U, V, W, частично, однако значительная интенсивность поля может быть замерена сбоку от концевой области и в продольном направлении к левой стороне.
Для уменьшения интенсивности поля вблизи концевой области, на фиг. 4 показана измененная система линий. Концевой участок системы линий на левой стороне, показанный на фиг. 4, изменен по сравнению с системой, показанной на фиг. 3. Изменение относится только к участку на левой стороне первого участка 1b линии фазовой линии W. На этом концевом участке длины первых участков линий всех трех фазовых линий U, V, W постепенно уменьшаются в направлении конца. Следовательно, соединительные вторые участки линий, такие как второй участок 2b линии фазовой линии W, также изменены. Например, вторые участки линий могут а) или простираться параллельно контуру системы линий на ее конусообразном концевом участке (см. для примера участок 2b), или б) длина первых участков линий (см. для примера участок 1а) может быть дополнительно уменьшена, так что вторые участки линий (см. для примера участок 2а) простираются параллельно продольной оси (горизонтальное направление на фиг.4). Оба принципа а) и б) могут комбинироваться в одном и том же варианте осуществления системы линий или в варианте осуществления может быть реализован только один из принципов а) или б).
В области нейтральной точки ST звезды возможны разные конфигурации фазовых линий U, V, W, как показано обозначенным штриховой линией участком 12 и обозначенным сплошной линией участком 13 фазовой линии U. На практике имеется или участок 12 линии, или участок 13 линии.
Измененная конфигурация системы линий на фиг. 4 значительно уменьшает интенсивность поля вблизи концевого участка. Прежде всего, интенсивность поля значительно уменьшена по направлению к левой стороне фиг. 4 в продольном направлении. Однако интенсивность поля сбоку от концевого участка также уменьшается, если интенсивность поля измеряется на таком же расстоянии от центральной линии системы линий, которая простирается в продольном направлении. Причиной этого является то, что расстояние до ближайшей фазовой линии больше по сравнению с системой на фиг. 3.
Концевой участок системы линий, который показан на левой стороне фиг. 4, имеет конусообразную форму наподобие усеченного конуса, как показано двумя линиями контура.
Интенсивность поля, которое создается одинаковым трехфазным переменным током на протяжении системы линий на фиг. 3 и системы линий на фиг. 4, схематически показана на фиг. 5. Интенсивность поля |В| показана как функция положения 1 для двух систем, при условии, что оба противоположных участка являются конусообразными. Ссылочное обозначение III обозначает зависимость интенсивности поля для системы линий фиг. 3, а ссылочное обозначение IV обозначает зависимость интенсивности поля системы линий, показанной на фиг. 4. Очевидно, что конусообразная конфигурация концевых участков уменьшает максимальную интенсивность поля и, в дополнение, интенсивность поля быстрее уменьшается к нулю в продольном направлении вблизи концевых участков с увеличением расстояния в продольном направлении до конца системы линий. Интенсивности поля, показанные на фиг. 5, измерены на постоянном расстоянии в боковом направлении к центральной линии системы линий.
Фиг. 6 показывает полосу 83 движения (здесь: рельсовая линия, имеющая два рельса), которая занята привязанным к полосе движения транспортным средством 81, таким как поезд местного сообщения общего пользования или трамвай. Электрическая проводниковая структура первичной стороны установлена на полосе движения для создания электромагнитного поля. Она содержит сегменты T1, Т2, Т3, которые могут приводиться в действие независимо друг от друга. В ситуации, показанной на фиг. 6, средний сегмент Т2 работает, только когда приемное устройство 85 транспортного средства 81 расположено над сегментом Т2. Например, проводниковая структура первичной стороны может быть сконструирована, как описано в WO 2010/031595 А2 в связи с фиг. 1 в документе, или может быть сконструирована образом, показанным на фиг. 2 или 4 настоящего описания. Как показано на приложенной фиг. 6, каждый из последовательно расположенных сегментов T1, Т2, Т3 может быть соединен через отдельный переключатель K1, K2, K3 для подключения и отключения сегмента T1, Т2, Т3 к основной линии 108. В случае системы трехфазного переменного тока основная линия 108 содержит провода или кабели для каждой фазы. Дальний конец основной линии 108 (на правой стороне фиг. 6, но не показан) может содержать нейтральную точку звезды трех фаз. Альтернативно основная линия 108 может быть линией постоянного тока, а переключатели K1, K2, K3 могут содержать инвертеры для выработки переменного тока, протекающего через сегменты T1, Т2, Т3. Противоположная сторона основной линии 108 подключена к источнику 101 энергии.
Проводниковая структура первичной стороны (то есть система линий генерирующего устройства) может быть расположена под землей или над землей. Прежде всего, в случае рельсовых путей, имеющих два рельса, по которым могут катиться колеса рельсового транспортного средства, проводниковая структура может быть расположена над землей между рельсами на уровне железнодорожной шпалы или частично над землей, но под железнодорожными шпалами. Если, например, железнодорожные шпалы изготовлены из бетона, то шпалы или другие конструкции для удерживания рельс могут иметь отверстия и/или полости, через которые проходит линия или линии проводниковой структуры. Таким образом, железнодорожная конструкция может быть использована для вмещения линий в желательной змееподобной форме. В случае дороги проводниковая структура первичной стороны может быть также расположена под землей (то есть интегрирована в материал дороги) и/или над землей.
Привязанное к полосе движения транспортное средство 81 содержит на своей нижней стороне приемное устройство 85 для приема электромагнитного поля, которое создается проводниковой структурой первичной стороны. Приемное устройство 85 электрически подключено к бортовой электрической сети 86 (см. фиг. 7), так что электрическая энергия, которая индуцируется в приемном устройстве 85, может быть распределена внутри транспортного средства 81. Например, вспомогательные устройства 90 и силовые установки 80, 84 для приведения в действие тяговых двигателей (не показаны) в корпусах 87а, 87b, имеющих колеса 88а, 88b, 88с, 88d, могут быть подключены к распределительной сети 86. Кроме того, накопители 82 энергии, такие как электрохимические накопители энергии и/или системы конденсаторов, таких как суперконденсаторы, также могут быть подключены к распределительной сети. Следовательно, накопитель 82 энергии может быть заряжен энергией, полученной приемным устройством 85, в особенности во время остановок транспортного средства 81 на полосе движения. Когда транспортное средство 81 движется по полосе движения, часть тяговой энергии, которая необходима для движения транспортного средства 81, может отбираться из накопителя 82 энергии, и в то же время энергия, которая принимается приемным устройством, может вносить вклад в движущую силу, то есть может быть частью тяговой энергии.
Система для передачи энергии к транспортному средству, показанная на фиг. 6 и фиг. 7, является только примером. Например, изобретение может быть альтернативно использовано для зарядки автобуса системы общественного транспорта, когда автобус останавливается, чтобы позволить пассажирам войти в автобус или выйти из автобуса, или может быть использовано для зарядки батарей автомобиля, когда автомобиль запаркован.