用来经大地给电动车辆供电的静止系统和电动车辆

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用来经大地给电动车辆供电的静止系统和电动车辆\n技术领域\n本发明涉及一种用来经大地给电动车辆，特别是给电动轨道车辆，供电的系统。\n它还涉及一种借助于这样一种系统供电的电动车辆。\n词句“用来经大地供电的系统”应该理解成，是指借助于其把需要供给车辆电机的电能经分段导电轨道输送，其上行驶车辆的道路装有该分段导电轨道，该导电轨道通电段在任何时刻都由车辆的轮廓覆盖着，与使用对其施加电流受电导电弓的架空线网络的供电系统不同。\n背景技术\n使用架空线的供电系统具有多个不可接受的缺陷，特别是与美学外观有关的缺陷，这使得他们不适于给打算通过保护历史区域例如分级城市繁华区的车辆供电。\n用来经大地供电、其中把用于导电轨道的供电装置包括在道路中的系统，克服了这种缺陷。\n在现在，有几种类型的用来经大地供电的系统。\n一种已知系统的一个例子在文件EP-A0,761,493中描述。该系统包括由一系列板组成的导电轨道，这些板彼此电气绝缘，覆盖着一个其中包含铁磁性材料的弹性可变形条带延伸的导管，该条带的两个表面覆盖有导电材料。\n带的上表面连接到电源线上。\n根据这种技术，轨道车辆装有适于用磁力吸引条带的磁铁，从而条带经其上表面与车辆上的供电集电靴贴紧其运动的导电轨道的诸板之一相接触。\n这种类型的供电系统尽管在美学上有吸引力，但不具有短的响应时间，并且需要提供运动元件，即弹性可变形条带，该条带易于引起大量故障。\n发明内容\n本发明的目的在于补救这些缺陷、和提供一种用来经大地供电的系统，该系统操作简单，响应时间短，且有可能实现高安全性、可靠性及可用性。\n本发明的目的因此在于一种用来经大地给电动车辆特别是给轨道车辆供电的系统，该系统包括：一系列导电段，彼此电气绝缘，并且一起形成一条车辆上至少一个供电集电靴贴着其施加的导电供电轨道，这个或这些集电靴在车辆运动期间依次与诸段接触；及一组高压供电装置，每个连接到导电段上，并且每个提供有用来检测集电靴的装置和切换装置，该切换装置当相应段上存在集电靴时适于选择性地使相应段供电，而当其上不存在集电靴时使所述段连接到零电位源上，该系统的特征在于：切换装置包括形成由检测装置控制的静止开关的一对元件，以便分别在其上存在集电靴时使相应段供电，而当其上不存在集电靴时连接到零电位源上；及每个供电装置进一步包括强迫进入闭合状态、且插入在相应段与零电位源之间、及由检测装置断开的短路装置。\n用来经大地供电的这种系统可以进一步包括如下特征的一个或多个，包括单独或任何技术可能的组合：-用来检测何时集电靴在相应段上存在的装置，包括用来检测一个编码信号的装置，该编码信号通过传导和通过载波电流，由车辆经集电靴传送到所述装置；-由于编码信号携带与已经传送它的车辆有关的编码信息，所以检测装置包括用来处理所述信息的装置、和用来把由所述处理生成的数据同与允许在导电轨道上行驶的车辆有关的信息相对应的数据相比较的装置；-检测装置包括通过处理并入在所述信号中的冗余循环码来检查编码信号已经作为一个整体接收的装置；-它进一步包括一个用来监视在连接到所述检测装置每个上的每段上的电压的装置，所述监视装置包括用来把相应段上的电压与最大阈值相比较的装置、和设计成如果超过阈值且集电靴不存在则使短路装置闭合的一组逻辑电路；-监视装置构成一个独立于处理装置的元件；-每个供电装置提供有串联放置在开关形成元件上的熔断器，该开关形成元件控制至相应段的供电；-检测装置连接到用来向预定数量的紧接相邻段供电的装置上，以便当所述检测装置以这样一种方式操作切换装置从而使与他们相对应的段供有电流时，把这些装置的切换装置定位成向相应段供电；-检测装置包括一个连接到一个放大器和一个通带滤波器上的微控制器，其输出控制功率和/或开关形成元件的控制切换。\n-形成静止开关的元件包括绝缘栅双极晶体管(IGBT)；-每个供电装置包括用来监视跨过IGBT晶体管终端的电压的装置，以便防止在有故障的情况下特别是在流经晶体管的电流具有大于容许最大值的值的情况下给对应段供电；-供电装置每一个布置在放置在一根导管中的可拆除模块中，使该导管在车辆沿其行驶的道路中，并且以密封方式由导电段覆盖着，一根高压电源线和一根设置为零电位提供供电返回的线纵向布置在导管中；-导管近似布置在车辆沿其行驶的区域的中央部分中；-用来向切换装置和向检测装置供电的装置包括高压电源线；-当车辆带有提供供给电流返回的第二集电靴时，检测装置包括用来分辨供电和电流返回集电靴的极性的装置；-供给装置的输出构成用来定位车辆打算局部操作发信装置的装置、和/或用来检测故障以便执行诊断检查的装置。\n本发明的目的还在于一种如上定义的那样借助于用来经大地供电的系统供电的电动车辆，该电动车辆的特征在于它包括至少一个用来向车辆的电机供电的集电靴，该集电靴打算贴着系统的导电轨道施加以便经大地供电，并且对该集电靴连接有用来传送一个编码信号的装置，该编码信号输送与电动车辆所属的车辆类型有关的信息。\n最好，当车辆由通过导向轨道导向的电动车辆组成时，供给电流的返回由车辆沿其行驶的轨道或由导向轨道提供。\n作为一种变形，车辆包括提供供给电流返回的至少一个第二集电靴，该第二集电靴相对于用来向预定数量段供电的靴纵向偏移。\n附图说明\n其他特征和优点从仅通过例子和参照附图给出的如下描述显出，在附图中：-图1表示示意图，表明根据本发明经大地供电的系统如何安装的一个例子；-图2表示提供有一根装有根据本发明经大地供电的系统的导管的道路；及-图3是根据本发明的供电系统和由这样一种系统供电的电动车辆的方块图。\n具体实施方式\n图1表示经大地供电电动车辆10的系统如何安装的一个例子。\n在表示的实施例中，车辆10由公共交通车辆特别是有轨电车组成。\n然而，应该理解本发明也适用于任何类型的电动车辆，例如私车、电动公共车或轨道车辆。\n在表示的实施例中，车辆10沿提供有导向车辆的行驶轨道14的道路12行驶。\n如果车辆10提供有便利装配有轮胎的导向轮，则可以省去这些轨道。\n例如为750V、打算把电能供给到车辆10的电机的高压供电轨道16，沿道路12纵向延伸，以便相对于轨道14处于中心，就是说沿车辆10的纵向中间轴。\n供电导轨打算与车辆10装有的一个或多个供电靴或供给集电靴一起工作。\n如在图1中可以看到的那样，供电轨道16包括一系列导电段，如16A、16B和16C，在车辆运动期间贴着导电段施加车辆上的供给集电靴。\n每段具有取次于要供电的车辆长度的长度。其宽度这样选择，从而考虑到集电靴的可能侧向运动能够保证在整个宽度上与集电靴接触，而没有任何导向限制。\n诸段由适当绝缘材料彼此隔离。\n如在图2中可以看到的那样，形成供电轨道16的连续段布置成覆盖一根导管18，在导管18中布置一组高压供电装置，如20，每个供电装置20电气连接到导电段上。\n为了给与足够的机械强度以允许承受交通负载，每段16安装在由绝缘材料制成的支架22上，支架22本身以密封方式固定到导管18的边缘上。\n最好，供电装置20和在适当地方与它对应的段16和支架22形成一个可拆除和可互换的标准组件，以便使它容易进行维修和更换磨损或损坏元件。\n特别是，供电装置20每个布置在一个可拆除和密封模块中。\n整个设施承受轨道的暂时浸没。\n如在图2中可以看到的那样，高压装置20的供电线24和设置为零电位且提供供给电流返回的线26，沿导管18行进，并且连接到供电装置组20上。\n每个供电装置20包括切换装置，在车辆上的供电靴与导电段一接触，该切换装置就向导电段16A、16B和16C供电，而当没有这种接触时就把该段设置为零电位。\n最好，切换装置还向两个紧相邻的段供电，当这种相邻致动不出现时，切断这种供电。\n因而，当车辆10正在沿导电轨道16行驶时，它由同与其接触的段16A、16B和16C相联的供电装置20供电，相邻段外的其他段保持不带电，就是说设置在零电位。\n要注意，车辆装有的一个供电靴或多个供电靴纵向以这样一种方式放置，从而预定数量的未通电段把通电段与车辆10的端部分离。\n与中央定位的供电轨道16和永久控制的每段上的电压相组合的这种特性，避免在用户、例如行人或电机车辆与带电段接触的情况下可能产生的任何触电危险，由此防止该段暴露或隔离。\n如下面将描述的那样，选择供电装置的切换速率，从而诸段在车辆通过结束之前再次断电。\n现在参照图3呈现用来供电诸段的装置20的详细描述。\n在该图中，仅表示了车辆10的部分。讨论的实施例对应于具有混合供电的车辆，就是说，它设计成或者经架空线或者经大地供电。\n况且，在表示的实施例中，车辆提供有由轨道导向的车轮，供给电流的返回经轨道发生。\n如果车辆提供有装配有轮胎的车轮而没有导向轨道，则电流返回通过提供与连接到轨道16的电流返回上的段相接触的特定负靴而发生。在这种情况下，两个靴由预定数量的段分离。\n如在该图3中可以看到的那样，车辆10的牵引系统28一方面或者借助于架空线网络连接到用于其供电的导电弓30上、或者借助于用来经大地供电的系统连接到用于其供电的供电靴32上，另一方面连接到车辆的车轮34上以便提供供给电流的返回。\n为了选择供电模式，一个与一个滤波电路38串联的开关36选择性地把牵引系统28带入或者与导电弓30或者与靴32连通。\n这种切换操作可以由车辆的驾驶员手动地执行，或者自动地执行。\n在后一种情况下，进入允许经大地供电的区域的引入线装有与安装在车辆控制板上的适当检测器通信的信号灯，以便操作集电靴32的降低和开关36。\n在其余的描述中，假定开关36定位成使牵引系统28借助于靴32供电。\n如在该图3中可以看到的那样，连接牵引系统28和靴32的动力电缆40连接到一个发射机电路42上，该发射机电路42发送一个通过载波电流输送与车辆10所属的车辆类型有关的信息的编码信号，该编码信号借助于与供电装置20连通的靴32通过传导发送到每个供电装置20。\n例如，编码信号以在180与220kHz之间的频率发送。\n另外，二极管/闸流管组合43允许在线上的能量恢复。\n图3表示在图1中可见的段16A、16B和16C不与靴32接触，只有段16D与靴32接触。因而，只有段16D传导牵引电流，段16C和16E通过相邻致动预激励，而其他段连接到零电位。\n为了清楚起见，仅表示了三个供电装置20。然而，应该理解每段提供有这样一个装置。\n现在下面将描述这些供电装置20的每一个的构造。\n每个导电段一方面连接到用来检测靴的存在和用来分析从发射机42接收的信号的级44上，而另一方面，连接到当检测到段上的靴存在时使该段供电的切换级45上，该段通常连接到设置为零电位的线26上。\n检测和分析级44包括一个用来接收从发射机42接收的载波电流的模块46。\n该模块46借助于适于滤波、解调及抽取由发射机发送的数据的常规技术生产。因此在下面没有详细描述。然而，应该注意，它把抽取数据输送到微控制器48，微控制器48执行靴的实际检测和从来自发射机42的信号抽取的数据的分析。\n特别是，微控制器48借助于循环识别类型(CRC)的编码执行这种检测和这种分析，就是说，它处理由接收模块46输送的数据以便计算特定代码，并且把如此计算的代码与存储在存储器中且与允许行驶在导电轨道16上的车辆的类型相对应的预定代码相比较。\n以这种方式，防止给与由供电装置提供的电压值不相容的车辆供电。\n在这种处理之后，就是说一方面在检测由发射机42发送的信号之后，对应于对其联接供电装置20的导电段上的靴的存在，及另一方面，在抽取数据的分析之后，为了确定车辆10是否与供电装置相容，后者发送一个控制信号以便给切换级45供电。\n如在该图3中可以看到的那样，该切换级45主要包括由标号T1和T2指示的形成静止开关的一对元件的组合。它设计成，分别当靴32存在时把导电段16连接到高压电源线24上，而当靴不存在时连接到电流返回线26上。\n最好，和为了得到与车辆10的运动速度相容的响应时间，这些元件T1和T2包括绝缘栅双极晶体管(IGBT)。\n这些晶体管T1和T2的每一个的栅极、发射极及集电极分别连接到一个控制其切换的电路49和50上，电路49和50的每一个连接到微控制器48上。\n这些控制电路49和50的每一个包括一个设计成提供控制晶体管T1和T2以及对中在由微控制器48产生的控制信号的名义频率上的通带滤波器所必需的功率的放大器，以便消除由扰动造成的信号。\n况且，晶体管T1的发射极E1连接到段16D上，该晶体管T1的集电极C1经熔断器F连接到电源线24上。\n另一方面，第二晶体管的集电极C2连接到段16D上，该晶体管的发射极E2连接到设置为零电位的线26上。\n最后，图3表示供电装置包括一个短路电路，该短路电路由与一个控制件54相联的切换元件52组成以便断开它，该件本身由微控制器48控制。\n如果有故障，借助于适当的弹性元件强迫切换元件52进入闭合状态，就是说，此时没有由微控制器输送到控制件54的适当控制信号，并且把段16D设置为零电位。\n因而，另一方面，该电路使得有可能保证所有隔离或损坏的段有效和永久地连接到零电位线26上。\n另一方面，该电路与一个由适当模拟分量产生的监视逻辑电路(未表示)相组合，该逻辑电路连续以独立方式监视在每段上的电压以便检测操作故障，并且该逻辑电路把该电压与例如固定为30伏特的容许最大值相比较。\n该比较的结果，与来自车辆的信号的缺乏有关，如果超过固定阈值，则使向切换件52的供电切断。\n如果检测的故障导致晶体管T1短路，则熔断器F的存在避免在高压电源线与零电位线之间短路的任何危险。\n在这种情况下，熔断器F熔断，由此决定性地使对应段16D设置为零电位。\n控制装置48和50包括用来监视跨过每个晶体管的集电极和发射极的终端的电压的装置，以便如果发生故障，特别是如果流经晶体管的电流具有大于容许最大值的值，则中断至对应段的供电。\n应该注意，由微控制器48检测的这些故障使后者发送一个警报信号，该警报信号在特定线56上发送到远程监视中心(未表示)，该信号最好为编码形式以便指示故障供电装置的位置。\n况且，应该注意，每个供电装置的微控制器48经串联链n-1和n+1连接到紧相邻的装置的微控制器上。因而，一个装置一使供电轨道16的诸段之一供电，对应微控制器48就向紧下游和上游的装置的微控制器发送一个打算使对应晶体管T1和T2放置成供电相邻段的信号，以便保证在这些相邻段之间的传导连续性。\n例如，当靴骑在两段上时，在一个段上的集电靴的存在使三个、或甚至四个相邻段连续激励，以便保证在诸段之间的良好电流连续性。\n况且，应该注意，供给到包括在每个供电装置20的构造内的各种元件的电流从高压电源线24供给。\n因而，如果这种供给失效，则短路电路保持在闭合状态，由此迫使对应段处于零电位。\n如上所述，借助于其切换时间特别短-具有几微秒的量级-的IGBT晶体管的使用、和通过适于能够对于不激励或留下激励的暴露段足够快地切换晶体管的微控制器的使用，进一步增大供电装置的安全级。就是说，即使当车辆10以最大速度行驶时，诸段也在机车通过结束之前设置为零电位。\n由于一检测到没有信号就把诸段设置为零电位，所以几乎不需要在微处理器部分上的信号处理。这种切换因此以晶体管T1和T2的切换速度发生，就是说在约一微秒内。\n因而，靴一不与段接触并且脱离相邻控制装置的致动，后者就或多或少地立即设置到零电位，并且如果这不发生，则短路装置52在它由车辆暴露之前起作用。\n另一方面，供电该段需要从靴32接收的编码信号的先期处理。\n然而，由微控制器48执行的处理速度，在约几毫秒内，保持可与正确供电车辆电机所需的切换要求相容，甚至在车辆电机的最大速度下也是这样。\n况且，应该指出，为了安全起见，发射机42最好发送冗余循环码形式的信号，微控制器48包括设计成根据该代码的处理检查已经正确接收到其整体编码信号的软件装置。\n应该注意，每个供电装置，特别是微控制器，包括对应输出，这些输出一方面与关于故障的信息有关，允许监视中心经线56进行诊断检查，另一方面与关于供电每段的位置的信息有关以便定位车辆的位置。\n由于以与每段长度相对应的精度知道车辆的位置，所以这种安全信息可以用于信号或其他灯的局部远程控制。\n应该注意，刚描述的本发明不限于设想的实施例。\n事实上，尽管在参照图3描述的实施例中，车辆提供有用来输送由发射机42发送的信号和用来把动力发送到牵引系统的单个靴，但可能的是，作为一种变形，如上所述，提供以相同和冗余方式使用的两个独立正靴，以便回避中性、非带电区域存在的问题，或为了当事故发生时，特别是靴丢失时，能够保持正确的操作。\n况且，如上所述，可能的还有，如果供电系统打算供电装有轮胎车轮的车辆，则提供专用负靴以便保证供给电流的返回。\n在这种情况下，该靴最好相对于用来供电预定数量段，例如三段，的靴纵向偏移，以便与设置为返回电流的段相接触。\n在后一个实施例中，微控制器最好包括通过在由靴输送的信号之间的相位比较来区分供电与电流返回靴的极性的装置，以便防止与电流返回靴连通的供电装置20供电对应段。\n最后，在描述的实施例中，用来接收载波电流的模块46构成来自微控制器48的独立级。\n也可能的是，以存储在存储器中的专用算法的形式把它集成到微控制器中，条件是编码信号的接收总是不加选择地发生，或者通过电流转换或者通过电容耦合。\n最后，应该注意，在设想的各种实施例中，供电系统提供一种检测第一级故障的方法，这些故障例如由切换装置的错误致动、动力元件之一中的故障或其中仅致动短路装置的错误供电模式造成。\n作为最后的手段，组合地通过诸段上电压的检测和短路装置与熔断器的组合把系统放入安全模式，该熔断器独立于微控制器把有问题的段设置到零电位。\n然而，应该理解，在这种情况下，即使当几段损坏时，网络的操作也可以保持。