CN101583509A - 用于电力推动车辆的运动链 - Google Patents

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Abstract

本发明特别涉及一种用于电力牵引车辆的运动链，所述车辆的牵引力由至少一个旋转电机(3)提供，并借助于减速装置(5)作用在所述车辆的至少一个车轮(2)上，所述运动链包括驻车制动器(6)，其特征在于，所述驻车制动器作用在所述电机的转子(9)和定子之间。

Description

用于电力推动车辆的运动链
技术领域
本发明涉及一种用于电力牵引车辆的地面接触系统，特别地涉及其运动链，并且更具体地涉及这些车辆的止动功能。
背景技术
通常，在现代车辆上由一种使用紧急制动器(通常称为“手制动器”)的装置提供止动(immobilizing)功能，当所述车辆驻车时所述紧急制动器被张紧。这就是为什么通常称为“驻车制动器”，尽管这种功能并不真的相当于真正意义上的制动，因为它不包括减速。因此，本发明涉及驻车制动器，并且更严格来说涉及所述车辆的止动功能。
根据专利申请EP 0878332、WO2006/032669或WO2003/065546已知用于电力牵引车辆的地面接触系统，其中一个或多个电机借助于减速装置驱动车轮。已知所述电机也可用于减慢车辆以及，如果需要的话，允许在这种情况下回收能量。
尽管它们可用于有效地减慢车辆，但是不可能使用电机提供车辆的止动功能。更具体地，当所述车辆使用电机持续地保持静止时，会产生几个困难：一方面特别是当所述车辆停在斜坡上时，所述电机的电力消耗及其温度上升可能较高，另一方面，包括在静止状态的较长时期内，必须可以保证电机或其控制线路不失效。虽然存在可从中预期的所有优点(特别是根据在车轮中所占空间的观点)，但是这些限制仍然证明了在现有技术的情况下提供带驻车制动功能的电力牵引机是不可能的。这就是为什么电力车辆使用摩擦装置作为驻车制动器的原因，所述摩擦装置按照具有内燃机的传统车辆的方式借助于制动盘或制动鼓作用在车轮上。这些装置的主要缺点是它们重量大和体积大。
发明内容
因此本发明的一个目的是以一种紧凑和轻便的方式提供电力牵引车辆的止动功能。
因此本发明涉及一种用于电力牵引车辆的运动链，所述车辆的牵引力由至少一个旋转电机提供，并借助于减速装置作用在所述车辆的至少一个车轮上，所述运动链包括驻车制动器，其中所述驻车制动器作用在所述旋转电机的转子和定子之间。
优选地，所述运动链包括固定在所述转子上的盘和与所述定子相连接的止动连结件，所述止动连结件夹紧所述盘的圆周以防止其旋转。
优选地，所述盘包括用于接收所述止动连结件的圆周槽。
优选地，用于由车辆驾驶员启动的控制器通过线缆与所述止动连结件相连接。
优选地，当所述线缆是鲍登(Bowden)型时，其护套抵靠所述定子，所述线缆通过拉杆与所述止动连结件的两端相连接，所述连结件基本上延伸跨过所述盘的整个周长。
优选地，当所述驻车制动器被释放时，与所述定子成整体的外部槽接收所述连结件。
优选地，当所述减速装置限定旋转电机的转速与车轮转速之间的减速比时，所述减速比大于10，优选地大于15，且所述减速装置包括两个减速级。
优选地，所述车轮被属于所述车轮的至少一个旋转电机驱动，所述旋转电机优选地固定安装在所述车轮的轴上。
本发明还涉及一种包括至少一个这种运动链的车辆，所述车辆此外不包括机械行车制动器。
附图说明
通过优选实施方式的描述，本发明的其它目的和优点将变得更加清楚。附图分别示出如下：
图1：根据本发明运动链的优选实施方式的透视图，
图2：图1中的电机上的驻车制动器装置的透视图，
图3：所述驻车制动器的实施方式的轴向截面的视图，
图4：沿着图3的所述驻车制动器的实施方式的平面A-A截取的轴向截面的视图，
图5：图3的视图下半部分的详细视图，
图6：根据本发明的运动链的透视图，特别地示出了其减速装置。
具体实施方式
图1示出了根据本发明的运动链1的实施方式。可以看见车轮2和安装在车轮支架4上的旋转电力牵引机3。所述车轮由所述电机借助于减速装置5驱动。所述车轮2用来支承未示出的轮胎。
在所述电机3的后面，所述驻车制动器6位于其外壳7的下方。
在图3、4和5中可以清楚地看出，所述驻车制动器在所述定子和所述转子之间作用以阻止所述电机的旋转，从而以一种间接的但是安全的方式保持所述车辆的车轮静止。因此根据本发明的所述驻车制动器得益于所述减速装置的作用。相对于可直接作用在所述车轮区域的、即没有齿轮减速的装置，减小了其体积，重量和成本。
现在将详细说明根据本发明的驻车制动器实施方式的操作。盘8固定在电机3的转子的轴9上。与所述定子相连接的止动连结件10围绕所述盘的圆周。所述连结件的两端被拉杆11固定，且可以理解的是，根据所述拉杆的位置和它传递的张紧力，所述连结件将所述盘锁紧就位或者使其自由以旋转。还可以理解的是，由于自夹紧作用(也称为“绞盘作用”)，所以没有必要在拉杆11上作用强力来获得足够的盘止动转矩。
在图5的详细视图中更清楚地看出，例如为V-型形状的圆周槽12优选形成在所述盘的圆周上，并且当应用所述驻车制动器时，将所述连结件容纳在止动位置。对于在所述拉杆11上施加的相同的力来说，这种布置进一步增大了止动转矩。
壳体7中设有外部槽13，以便在所述驻车制动器被释放时容纳处于停止位置的所述连结件10。所述两个槽12和13位于彼此相对的位置以使得所述止动连结件在所有情况下被导向。因此所述拉杆从所述夹紧位置到所述释放位置所需的路径非常短，同时保证在释放位置没有摩擦干涉发生。优选地，弹簧111倾向于将所述拉杆推回到释放位置。因此只要所述驻车制动器没有应用，那么所述弹簧就与所述连结件的弯曲弹力协同作用以保持所述连结件被压入在所述外部槽的底部。
只要根据其弯曲时的刚度和其牵引时的阻抗力是合适的，那么所述止动连结件可以按照不同的方式生产。例如，具有高弹性极限的钢丝是优选合适的。
例如为杠杆14的驻车制动控制器可通过鲍登型线缆15(见图2)或以其它合适的方式与所述拉杆相连接。
为了防止驾驶员在车辆完全停止前启动所述驻车制动器，所述控制器的运动可被感测所述电机3或者所述车轮2的转速的任何装置阻止。
所述驻车制动控制器也可为直接作用在所述拉杆11上的电控制器。所述控制器可被驾驶员控制，但它优选地为完全自动的。
优选地，所述电力牵引机还用于电力地制动所述车辆。当在此提及“制动”时，在这种情况下指的是行车制动器(相对于所述驻车制动器)。所述行车制动器不仅有减慢所述车辆的功能，而且还有使车辆快速并完全停止的功能，其传递制动转矩至所述车轮以便即使所述车辆仍在移动也能实现车轮的完全滑动(slippage)(锁定)。
在该优选实施方式中，所述旋转电力牵引机3同时是旋转电力制动机。因此它能够独自确保所述车轮的制动和驱动。根据上下文，这就是为什么在本申请中术语“牵引机”或者“牵引/制动机”被用于同一的物体，该物体在附图中被标记为附图标记3。
因此，这种运动链不包括机械行车制动器，即所述行车制动器不使用例如为盘式或鼓式制动器的传统的摩擦制动装置。
如以上所述，所述行车制动器不同于具有在车辆停止后，例如在驾驶员离开期间止动所述车辆的功能的驻车制动器。这种保持所述车辆静止的功能不会特别地需要任何用于能量耗散的能力。因此可以理解，根据本发明的所述运动链即使没有机械行车制动器但也可包括机械驻车制动器。
所述减速装置包括安装在所述车轮上的至少一个环形齿轮16和由所述牵引机3驱动的小齿轮17。所述减速比，即所述牵引机转速与所述车轮转速之间的比率大于10，优选地大于15。所述减速比可通过所述小齿轮17和所述环形齿轮16的啮合直接获得。
在这种情况下，所述减速装置包括两个减速级，在此其表现为作用在所述小齿轮17和所述环形齿轮16之间的减速器18的形式。由减速装置确定的减速比是特定的和固定的。
在这种情况下，所述减速器18包括两个同轴整体齿缘轮181和182，主轮181与所述牵引/制动机的小齿轮17啮合，而第二轮182(相对于所述主轮具有较小的直径)与所述环形齿轮16啮合。优选地，所述减速器18借助于带有圆锥滚子19的一对滚动轴承而相对于所述车轮支架4被导向，且轴向螺丝钉184吸收由所述圆锥滚动轴承传递至其支撑件的力的轴向分量。
优选地，主轮和第二轮的齿、小齿轮和环形齿轮的齿是螺旋齿。所述减速装置必须保持可逆，即，它们必须能够沿一个方向和沿另一个方向旋转，并且必须以可接受的效率从所述牵引/制动机向所述车轮以及从所述车轮向所述牵引/制动机传递转矩。优选地，所述主轮和第二轮的齿的角度被定位为同一方向。这个特征使得可以使作用在所述减速器上的轴向力最小化，并且因此使作用在所述车轮支架上的轴向力最小化。
优选地，如图所示，所述牵引/制动机3的轴线、所述减速器18的轴线和所述车轮旋转轴线平行。
优选地，所述地面接触系统的悬架是由根据文献WO2006/032669教导的第二旋转电机21主动控制的竖直滑动悬架系统。
所述支撑件22用于将所述地面接触系统与所述车辆车体相连接，所述连接或者是刚性的，或者通过允许例如为所述车体高度上的变化和/或所述车轮外倾角的变化(例如根据专利申请EP1616731的教导)的附加自由度的连接件、振动过滤(filtering of vibration)或者水平悬架而实现。
所述车轮相对于所述车辆车体、以及因此相对于所述支撑件22的转向优选地围绕位于所述悬架滑板中间的竖直枢转轴线发生(参见图1中的转向臂23)。
在图6中清楚地示出，所述车轮支架4构成容纳所有减速装置(环形齿轮16、小齿轮17和减速器18)的外壳。所述外壳通过所述轮盘侧的第一密封盖24并且通过内侧的第二密封盖26而被封闭。因此所有齿轮都包含在所述外壳中。所述外壳可包括适当的润滑剂。在此附图中还可以清楚地看出所述小齿轮17和所述减速器18在所述外壳内的安装。
可用的制动或者牵引力取决于所述电机3的轴上的可用转矩、减速比和车轮半径。例如，对于能够产生90N·m转矩的电机、17的减速比和半径为300mm的车轮来说，所述牵引力或所述制动力可达到5100N。当所述夹紧系数等于1时，该力足以利用承载5000N载荷的轮胎的100％的可能的夹紧力。这些负载和夹紧条件对于现代客运车辆来说是常见的。然而，本示例的唯一目的是建立数量级；而并非用于将本发明的应用限制于一种或一类车辆。可以理解的是，无论所述车辆向前还是向后移动，当沿着车辆移动的方向作用时，该力被称为“牵引力”，而当逆着车辆移动的方向作用时，该力被称为“制动力”。实际上，它们是同一种力，都由所述电机3提供的转矩产生。因此，所述制动力足以锁住所述车辆的车轮。当然，完全锁住所述车轮不是停止车辆的最好方法，这一参考仅用于帮助对本发明的理解。
因此，四轮车辆实际上可设有四个根据本发明的地面接触系统，且完全省略机械行车制动器。根据本发明的车辆也可只使用两个这种地面接触系统。根据本发明，也可设想到在每个车轮内侧使用两个或多个牵引/制动机。这种选择的一个优点可以是牵引装置特别是制动装置的可能的冗余。
此外，传统机械制动部件(见申请EP 0878332的制动盘和制动钳)的省去通过消除用于更换制动块和制动盘的定期操作而在很大程度上简化了车辆维护。在消除传统液压制动部件的优点中，另外可以指出的是，消除了所述制动块的剩余摩擦(已知这种摩擦消耗了具有传统制动器的车辆运行所需的能量中不小的一部分)。还可以作为优点被指出的是，消除了传统液压制动部件在地面接触系统上产生的热应力和消除了与所述制动块及制动盘的磨损产生的粉末相关的损害。
可以理解的是，根据本发明的驻车制动器很小的空间需求是一个显著的优点，因为这种地面接触系统的一个特别优点是将所有功能整合在车轮附近的减小的体积中。当然，根据本发明的驻车制动器也可用于在其中电机3偏置、即没有被固定在所述车轮支架4上的地面接触系统中。更具体地，如果所述电力牵引/制动机固定在所述车辆车体上且借助于传统传动装置驱动所述车轮，那么根据本发明的驻车制动器的功能就因此没有改变。对于可以使用中央电机借助于多个传统传动装置驱动多个车轮的车辆来说，也具有同样的应用。
不同的附图示出本发明的优选实施方式，其中所述驻车制动器作用在所述转子上，即作用在所述电机的轴上。然而，例如由于空间需求，可以选择通过阻止与所述环形齿轮16或者与所述减速器18啮合的附加轴的旋转来应用本发明的原理。该附加旋转轴因此由所述牵引/制动机的减速装置启动。
在此主要公开了本发明的优选实施方式，其中使用金属线与盘的圆周槽协同作用。本领域技术人员可理解，通过使用其它装置可以按照相同的方式应用本发明的原理，所述其它装置例如为作用在与所述转子相连接的制动鼓上的织物绳，或者为可在转子自由旋转的位置与转子相对定子止动的位置之间移动的简易销。

Claims (11)

1.用于电力牵引车辆的运动链，所述车辆的牵引力由至少一个旋转电机(3)提供，并借助于减速装置(5)作用在所述车辆的至少一个车轮(2)上，所述运动链包括驻车制动器(6)，其特征在于，所述驻车制动器作用在所述电机的转子(9)和定子之间。
2.根据权利要求1所述的运动链，其特征在于，所述运动链包括固定在所述转子(9)上的盘(8)和与所述定子相连接的止动连结件(10)，所述止动连结件夹紧所述盘的圆周以防止其旋转。
3.根据权利要求2所述的运动链，其特征在于，所述盘包括用于接收所述止动连结件的圆周槽(12)。
4.根据权利要求2或3所述的运动链，其特征在于，所述运动链包括用于由车辆驾驶员启动的控制器(14)，所述控制器通过线缆(15)与所述止动连结件相连接。
5.根据权利要求4所述的运动链，其特征在于，所述线缆是鲍登型线缆，其护套抵靠所述定子，所述线缆通过拉杆(11)与所述止动连结件的两端相连接，所述连结件基本上延伸跨过所述盘的整个周长。
6.根据权利要求2至5之一所述的运动链，其特征在于，当所述驻车制动器被释放时，与所述定子成整体的外部槽(13)接收所述连结件。
7.根据前述权利要求之一所述的运动链，其特征在于，所述减速装置(5)限定所述旋转电机的转速与所述车轮的转速之间的减速比，所述减速比大于10。
8.根据权利要求7所述的运动链，其特征在于，所述减速比大于15，且所述减速装置包括两个减速级。
9.根据前述权利要求之一所述的运动链，其特征在于，所述车轮由属于所述车轮的至少一个旋转电机驱动。
10.根据权利要求9所述的运动链，其特征在于，所述旋转电机固定安装在所述车轮的轴上。
11.包括至少一个根据前述权利要求之一所述的运动链的车辆，所述车辆此外不包括机械行车制动器。
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