[发明专利]使用电感和整流器给车辆提供电能

说明书

技术领域

本发明涉及用于给车辆特别是有轨车辆和/或公路汽车提供电能的装置，其中该装置包括适合于接收交变电磁场并通过电磁感应(即，由电磁场引起的磁感应，且该感应产生电能)产生交变电流的接收设备。接收设备包括用于通过电磁感应产生交变电流的一个相的由导电材料形成的至少一个电感。至少一个电感和可选地至少一个另外的电气元件(特别是电容)包括谐振频率，如果相应频率的交变电磁场由接收设备接收，则以谐振频率产生交变电流的相，该至少一个另外的电气元件连接(特别是串联)到电感以便产生交变电流的一个相。电感连接到用于对交变电流进行整流并从而产生直流电的整流器。如技术人员将知道的，交变电流的相产生时的谐振频率可根据在接收设备和产生电磁场的设备之间的电感耦合而变化。

此外，本发明涉及用于将能量转移到车辆的系统，其中该系统包括所述装置，并涉及包括所述装置的车辆。本发明还涉及制造所述装置的方法和涉及借助于接收交变电磁场并通过磁感应产生交变电流的接收设备来操作车辆的方法。

背景技术

WO 2010/031595 A2公开了用于给车辆(特别是有轨车辆)提供电能的装置，其中该装置包括适合于接收交变电磁场并通过电磁感应产生交变电流的接收设备。接收设备包括由导电材料制成的多个绕组和/或线圈，其中每个绕组或线圈适合于产生交变电流的单独相。

本发明可应用于任何陆地车辆(包括——但不是优选地——仅仅临时在陆地上的任何车辆)，特别是有轨车辆，例如铁路车辆(例如有轨电车)，但也应用于公路汽车，例如个人(私人)客车或公共交通车辆(例如巴士，包括也是有轨车辆的无轨电车)。优选地，产生交变电磁场的初级侧导体装置集成在车辆的轨道或道路中，使得初级侧导体装置的电线在几乎平行于车辆可行进于的道路或轨道的表面的平面中延伸。也如WO 2010/031595A2所描述的，接收设备可位于车辆的下侧处，并可被铁磁体例如以厚片或板的形状的主体覆盖。适当的材料是铁氧体。主体归拢并重定向磁场的场线，并因此将在主体之上的场强减小到几乎零。然而，初级侧导体装置的其它配置、位置和/或方位是可能的。例如，初级侧导体装置可位于车辆的侧面上。

在任何情况下，在初级侧导体装置和接收设备的至少一个电感之间的间隙应尽可能小，因为对于较大的间隙，在初级侧和次级侧之间的无线能量传递的效率较小。由于相同的原因，在至少一个电感中感应的电压取决于间隙的尺寸。处理在系统的次级侧上的变化的电压的一种方式是只向用电器供应电能，用电器是能耐电压的，即，可以在电压的宽范围中操作。本发明可应用于的一个例子是铁路车辆的牵引系统，其包括连接到接收设备的直流中间电路并且还包括将直流电转换成交流电用于操作车辆的至少一个牵引电动机的至少一个逆变器。逆变器可被控制来补偿在直流中间电路中的电压波动。

然而，在车辆中存在不能容忍变化的电压的其它电气系统或设备。向车辆提供能量并使用它的另一可能性因此是控制在初级和次级侧电感之间的间隙的尺寸，以便将电压波动保持在电压的小范围内。

WO 2009/074207A2描述了用于向系统的一部分特别是系统的可移动地布置的部分的无接触能量传递的系统以及固定安装的初级导体被提供的方法，由所述部分围住的一个或多个次级线圈导电地耦合到该初级导体。次级线圈与一个或多个电容器串联耦合，使得这样形成的串联谐振电路的谐振频率本质上等于被注入到初级导体中的交变电流的频率，其中出现在串联谐振电路处的电压被馈送到整流器，可作为短路器被操纵的开关设置在整流器的输出侧上，不流过开关的电流经由续流二极管馈送到平滑电容器，且出现在平滑电容器处的电压对用户来说变得可用。

该次级侧装置的缺点是在操作期间增加损耗的续流二极管。此外，WO 2009/074207 A2的在图1中示出的实施方式具有下列缺点：电流总是流经串联连接的两个半导体，即，续流二极管和在整流器中的二极管之一，且因此电损耗增加了。

发明内容

本发明的目的是提供用于给车辆提供电能的装置，其中该装置包括接收设备，该接收设备包括用于通过电磁感应产生交变电流的电感，且其中该装置提供用于减小电压波动的装置。与已知的解决方案比较，在操作期间的损耗应被减小。特别是，该装置还应提供用于使可由用于减小电压波动的模块引起的损耗最小化的模块。本发明的另外的目的是提供用于向车辆传递能量的相应系统、包括该装置的车辆、操作该车辆的方法和制造该装置的方法。