CN101092116B - 电气机车车辆驱动设备 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种电气机车车辆驱动设备，其允许机车车辆系统的可靠性提高，用于驱动电气机车车辆的主发动机、用于驱动主发动机的VVVF变频器、以及用于控制车轮的制动力的制动控制器设置在驱动车架内，允许改善机车车辆系统的可靠性，否则通过根据一种相关技术的布置造成的布线的复杂实现，其中在该相关技术中为了驱动机车车辆而将相关联的各设备分立地安装到车体和车架上，该机车车辆系统效率可能会降低，诸如机车车辆制造期间增长，或者故障修复时间增长。

Description

电气机车车辆驱动设备

技术领域

本发明涉及电气机车车辆(rolling stock)驱动设备。

背景技术

对于诸如电动车和轨道车辆(locomotive)的机车车辆，电气机车车辆驱动设备需要快速传递以及安全性。总体上，如日本专利申请特开平出版物第03-261307所示以及如日本专利申请特开平出版物第08-336261所示，电气机车车辆驱动设备被主要配置以制动控制器、主发动机、和VVVF(可变电压可变频率)变频器。并且，如图5中所示，根据一种相关技术的配置包括其中安装了车辆内LAN(局域网)8的车体1，该车辆内LAN 8相互连接一组终端5和中央处理器6，且在车体1的车顶(roof)上安装了集电弓架(pantograph)2。在电气机车车辆驱动设备的元件当中，制动控制器(未示出)、LC(电感-电容)滤波器电路3、以及VVVF变频器13被支撑在车体1的地板之下，并且车架(truck)中安装了用于驱动车轮16的主发动机14、用于对其施加制动力的一组闸皮(brake shoe)15等。作为结果，布线和管线(piping)是复杂的，使得来自主发动机14的电源线以及速度检测器的信号线从车架内部延伸到车体1侧，这需要人工来制造机车车辆，这是一个问题。进而，由于如上所述驱动系统的各设备的安装地点分散在车架内和车体1侧，因此当发生故障或失败时，不清楚要替换哪个设备，因而需要时间用于修复，这是另一个问题。

发明内容

本发明考虑相关技术中的这种问题而被设计。因此本发明的一个目标是提供一种允许提高机车车辆系统的可靠性的电气机车车辆驱动设备。

根据本发明的一个方面，提供一种电气机车车辆驱动设备，包括：车体，其被配置为容纳乘客和物品；以及设置在车体地板之下的驱动车架(driving truck)，其上支撑被配置为驱动电气机车车辆的主发动机、被配置为驱动该主发动机的VVVF变频器、以及被配置为控制施加给车轮的制动力的制动控制器。

根据本发明的该方面，被配置为驱动电气机车车辆的主发动机、用于主发动机的VVVF变频器、以及制动控制器被配置在驱动车架的系统中，允许改善机车车辆系统的可靠性，否则通过根据一种相关技术的布置造成的布线的复杂实现，其中在该相关技术中为了驱动机车车辆而将相关联的各设备分立地安装到车体和车架上，该机车车辆系统效率可能会降低，诸如机车车辆制造期间增长，或者故障修复时间增长。

附图说明

图1是根据本发明第一实施例的电气机车车辆的驱动设备的方框图。

图2是根据本发明第二实施例的电气机车车辆的驱动设备的方框图。

图3是根据本发明第三实施例的电气机车车辆的驱动设备的方框图。

图4是根据本发明第四实施例的电气机车车辆的驱动设备的方框图。

图5是根据一种相关技术的电气机车车辆的驱动设备的方框图。

具体实施方式

以下将参考附图详细描述本发明的优选实施例。相同的部件或元件将被指定以相同的附图标记。

(第一实施例)

现在参考图1描述根据本发明第一实施例的电气机车车辆驱动设备。在DC(直流)电气机车车辆中，车体1安装在驱动车架9和拖后车架(trailing truck)10上。车体1具有集电弓架2、LC滤波器电路3、以及用于处理压缩空气的压缩机4，这些部件被支撑在其车顶上。进而，在车体1中，安装了具有无线电通信功能的中央处理器6和命令发射机7，它们通过车辆内LAN 8相互连接。

驱动车架9设置有用于驱动一组车轮16以作为驱动车轮旋转的主发动机14、用于以控制的方式驱动主发动机14的VVVF变频器13、以及适用于控制作用于车轮16的闸皮15的制动力的制动控制器12。另一方面，拖后车架10仅简单地配置有制动控制器12。命令发射机7适用于通过无线电通信向驱动车架9中的VVVF变频器13和制动控制器12以及拖后车架10中的制动控制器12传输控制命令，以及作为部分响应从其接收控制命令。

设置了连接器11，用于在驱动车架9和车体1之间进行连接，其中安装了正电源线路和地线线路以及用于制动控制的压缩空气线路。如同对于驱动车架9，对于拖后车架10侧也设置了相同的连接器11，其中也安装了正电源线路。

从车体1侧向VVVF变频器13馈送DC电源的正(+)侧。对于同时充当负(-)侧的车轮16和轨道17，连接到驱动车架9内侧的负侧(-)。

在车体1一侧，DC电源(+)通过集电弓架2接收，并且从LC滤波器电路3到连接器11配送。进而，用于制动的压缩空气AIR也从压缩机4向驱动车架9和拖后车架10通过连接器11配送。

根据本实施例，在电气机车车辆驱动设备中，驱动车架9中容纳了全部主发动机14、VVVF变频器13、以及制动控制器12，作为被配置用于生成以及控制作用于机车车辆上的加速力和减速力的组合。因此，在故障事件中，每个车架可以作为一个替换单元而进行处理，从而获得完整的修复。因而，对于识别原因，可以节省时间，允许快速修复，并且对机车车辆系统可靠的贡献提高。进而，在车体1侧，以简化的方式便利了布线安装，并且对于车架9和10中的每一个，作为一个单元，布线安装可以事先布置，使得对于整个机车车辆的装配之后的处理，可以降低人工。这也便利了更新陈旧机车车辆、以及用性能增强的新车架进行替换的服务，或者更新诸如VVVF变频器的设备的服务。

此外，根据本实施例，对于车架9或10以及车体1，在其间延伸的布线和管线在数量上降低，同时，它们可以集中在连接器11上，允许快速的车架替换。在这方面，同样可以缩短MTTR(故障修复的平均时间)，并且对机车车辆系统可靠的贡献提高。

进而，根据本实施例，对于VVVF变频器13，DC负(-)侧可以连接到车架9或10的地线线路，这使得能够降低冗余布线，并且便利布线安装的实现，允许机车车辆的制造期间缩短，并且对简化维修做出贡献。

此外，根据本实施例，在车体1侧设置了共用的连接器11，用于根据需要可能连接到驱动车架9或者拖后车架10。因此，对于使用中的机车车辆，能够以便利的方式根据使用条件修改性能。例如，现在将假设普通列车中的机车车辆与特快列车中的机车车辆之间进行比较。相对于后者，前者倾向于以慢速行进，其中冷却效应(coolingeffect)并不在预料之中，并且以大量的生热重复加速和减速。换言之，在用于普通服务的机车车辆和用于特快服务的机车车辆之间，所需的性能彼此不同。因此，在相关技术中的一些情况下，对其中一种服务设计的机车车辆并不能够用于另一种服务。然而，根据本实施例，仅简单地通过在车体中用驱动车架9替换拖后车架10便可以实现这种使用。从而，这允许轨道公司以便利的方式控制列车交通流量，而可以减少用于保留依赖于所需服务的额外机车车辆的设施的冗余投资。

再者，根据本实施例，驱动车架9上安装有单个主发动机14和VVVF变频器13，在车架内保证了充足的空间余量。对于机车车辆的当前模型，设置有驱动发动机以及不设置有驱动发动机的轴的数量之间的比率大约为1∶1，并且本实施例合理之处在于，(设置有两个轴的)单个车架被给予单个主发动机。对于轨道公司，控制相同的车架在成本和安全性上比控制不同的车架更加有利。

再者，根据本实施例，在车体1的车顶上提供LC滤波器电路3和压缩机4作为共用的设备使得能够有效利用车体1的地板之下的空间。例如，该地板之下的空间优选地广阔延伸，用于应用于双层轿厢(double decker)。该双层轿厢可以向轨道公司提供这样的好处：通过乘客容量提高而在通勤高峰期时缓解拥塞，并且通过运输容量提高而收获更多收入。

此外，根据本实施例，通过命令发射机7以无线方式向驱动车架9和拖后车架10进行控制命令的通信以及作为来自驱动车架9和拖后车架10的部分响应的控制命令的通信。这使得能够除去需要细心处理的轻电线，以及除去布线安装的麻烦的实现，因而允许布线安装便利和简化、维修服务减少、以及车架替换便利，并且对于诸如MTTR降低以增加可靠性、在驱动车架和拖后车架之间实现灵活替代做出贡献。

(第二实施例)

现在参考图2描述根据本发明第二实施例的电气机车车辆驱动设备。相对于图1示出的第一实施例，本实施例的特征在于，设置驱动车架9，代替拖后车架10，因而具有为车体1设置的一对驱动车架9，并且在车体1的车顶上额外设置了DC/DC(直流-直流)转换器18。在图2中，与图1的第一实施例相同的元件被指定以相同的附图标记。

成对的驱动车架9具有作为共用电路的电源，其由LC滤波器电路3和DC/DC转换器18构成。DC/DC转换器18用来提升或降低LC滤波器电路3的DC输出电压。

根据本实施例，多个驱动车架9中安装有其VVVF变频器13，在车架中不具有作为设备而分立地安装的其DC电源输入电路，而是具有共用DC电源作为集中设备，用于在这些车架中共用，这允许在车体1侧提供紧凑的轻型设备，制造成本相应下降。

(第三实施例)

现在参考图3描述根据本发明的第三实施例的电气机车车辆驱动设备。相对于图1中示出的第一实施例，本实施例的特征在于，设置在车体1的地板之下的蓄能器19(作为能量存储装置)。该蓄能器19适用于充入和释放大容量的能量，并且可以例如包括EDLC(双电层电容器)、蓄电池(二次电池)、燃料电池、或者柴油引擎。图3中所示的第三实施例的其他元件与图1中示出的第一实施例是共用的。

制动控制器12和VVVF变频器13的组合在相关技术中要被配置在车体1的地板之下，而根据本实施例，它们与主发动机14共同被安装在驱动车架9内侧，因而在车体1的地板之下确保了大的空间。已经提出了具有蓄能器19的各种机车车辆，其优点诸如机车车辆的节能和自治行进，而在相关技术中却并没有提供实际可用于其安装的空间。然而，根据本实施例，提供了自由的地板下的空间，可用于安装大容量蓄能器19，除了第一实施例的效果之外，还产生了诸如机车车辆的节能和自治行进的效果。

(第四实施例)

现在参考图4描述根据本发明的第四实施例的电气机车车辆驱动设备。相对于图3中示出的第三实施例，本实施例中，车体1和驱动车架9之间具有不同的位置关系。本实施例中使用的车架中的每一个都分别被称为“耦合车架”(coupling truck)，并且驱动车架9要插入在车体1和另一车体20之间，并且拖后车架10要插入在车体1和再一车体21之间。电气布线以及从压缩机4的压缩空气的管线如同第三实施例那样配置。本实施例的特征在于，设置在车体1的地板之下的空闲空间中的蓄能器19(作为能量存储装置)，如同第三实施例。

诸如制动控制器12和VVVF变频器13的部件在相关技术中要被配置在车体1的地板之下，而根据本实施例，它们安装在驱动车架9内侧，允许放大车体1的地板之下确保的空间，结合使用耦合车架系统还允许在车体1的地板之下确保解放了更大的空闲空间。然后，车体1的地板之下的该广阔的空闲空间被用于提供蓄能器19，这允许安装比第三实施例更大的容量。

根据本实施例，可以在车体1的地板之下设置广阔的空闲空间，这允许通过使用双层轿厢而增加乘客容量。地板下的空间可以不用于安装新装置，而是用来提供无障碍的低地板(low floor)，允许考虑老龄化社会的人类友好轨道系统的配置。进而，低地板系统可以应用于地铁，允许机车车辆的截面减小，而可以期待土木工程显著降低的效果。

虽然使用具体术语描述了本发明的优选实施例，但是这种描述仅用于示例目的，并且应该理解，可以作出各种改变和变化，而不脱离以下权利要求的范围。

Claims (14)

1.一种电气机车车辆驱动设备，包括：

车体，其被配置为容纳乘客和/或物品；以及

设置在车体地板之下的驱动车架，被配置为驱动电气机车车辆的主发动机、被配置为对驱动车架的车轮进行作用的闸皮、被配置为驱动该主发动机的VVVF变频器、以及被配置为控制作用于车轮的所述闸皮的制动力的制动控制器全部都被容纳在所述驱动车架中。

2.如权利要求1所述的电气机车车辆驱动设备，其中在车体之下设置拖后车架，该拖后车架上既不安装主发动机，也不安装VVVF变频器，并且能够通过若干驱动车架和拖后车架调节作为列车组的总功率输出。

3.如权利要求2所述的电气机车车辆驱动设备，其中该驱动车架能够附着到用于拖后车架的附着部分上。

4.如权利要求1所述的电气机车车辆驱动设备，其中在驱动车架和车体之间的连接部分上设置连接器，该连接器中集成有DC电源线路、地线线路、以及制动管线。

5.如权利要求1所述的电气机车车辆驱动设备，其中单个驱动车架被配备单个主发动机。

6.如权利要求1所述的电气机车车辆驱动设备，其中在车体侧安装被配置用于VVVF变频器的DC电源的共用电源，该共用电源对于分别安装在多个驱动车架上的VVVF变频器是共用的。

7.如权利要求6所述的电气机车车辆驱动设备，其中该共用电源布置在车体的车顶上。

8.如权利要求1所述的电气机车车辆驱动设备，其中该主发动机、VVVF变频器、以及制动控制器作为一个单元安装在驱动车架内部。

9.如权利要求1所述的电气机车车辆驱动设备，其中在车体侧安装命令发射机，该命令发射机被配置为用于将命令通过无线电传输到容纳在驱动车架中的制动控制器或VVVF变频器。

10.如权利要求1所述的电气机车车辆驱动设备，其中VVVF变频器的直流侧的负侧连接到驱动车架中的接地电位点。

11.如权利要求1所述的电气机车车辆驱动设备，其中在车体的地板之下安装蓄能器。

12.如权利要求1所述的电气机车车辆驱动设备，其中该车体是双层轿厢。

13.如权利要求1所述的电气机车车辆驱动设备，其中该车体具有低地板设计。

14.如权利要求11-13任一权利要求所述的电气机车车辆驱动设备，其中该驱动车架是耦合车架，其被布置在列车组中多个车体的耦合部分的正下方。

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