CN102029923A - 具有单轮驱动装置的轨道车辆 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种具有驱动装置机座(3)的轨道车辆(1)，其中驱动装置机座(3)具有被驱动的车轮(5，6，7，8)，其中驱动装置机座(3)的每个被驱动的车轮(5，6，7，8)可借助于电机(9，10，11，12)驱动，其中电机(9，10，11，12)对应于整流器(13，14，15，16)，其中每个被驱动的车轮(5，6，7，8)分别这样地对应于自身的整流器(13，14，15，16)。

Description

具有单轮驱动装置的轨道车辆
技术领域
本发明涉及一种轨道车辆，具有行驶机构、例如像带有轮对的驱动装置转动架。
背景技术
取决于轨道的和轨道的带有一体化的曲线的走向的质量，轨道车辆的车轮会遭受磨损。
发明内容
本发明的目的是减小轨道车辆的车轮磨损和/或改进轨道车辆的运转平稳性。
该目的例如利用根据权利要求1至15中任一项所述的内容来实现。
轨道车辆例如是有轨电车、城铁、轻轨、动车组、机车等等。有轨电车和城铁设计成低车架轨道。有轨电车或城铁可以设计成100％的低车架轨道。有轨电车或轻轨可以(尤其是附加地)设计带有单独的被驱动的车轮。因此取消了带有轮对的传统的驱动装置转动架，其中每个单个车轮自身可借助于电机驱动。
轨道车辆具有驱动装置机座。驱动装置机座例如是转向架或者也是这种装置，轨道车辆的被驱动的车轮机械地固定或悬挂在该装置上。驱动装置机座具有被驱动的车轮，其中每个被驱动的车轮被单独驱动。因此一个电机在这种情况下并不驱动两个车轮。如果每个被驱动的车轮被单独驱动，那么可借助于电机对驱动装置机座的每个单独的被驱动的车轮进行驱动，其中各自的电机分别对应于整流器。整流器例如是逆变器或者是变频器。利用上述的对应关系，因此驱动装置机座的各个被单独驱动的车轮分别对应于自身的整流器。
借助于被单独驱动的车轮提高了灵活性，正如这些车轮可以通过电机在其运动中进行调节那样。
如果单个车轮不是刚性耦合的话，由此可以得出尤其在狭窄的圆弧/曲线中的优点。在直线中对于单轮-行驶机构来说要注意其运转情况，和也要注意磨损。在轮对中，相对布置的车轮刚性耦合，这可以在直线路段上就预期的磨损而言具有优点。在单轮-行驶机构中，在缺乏轮对轴的情况下，相对布置的被单独驱动的车轮有利地电耦合。因此可以对轮对轴进行电子模拟。这例如可以通过两个相对布置的被驱动的车轮的角度同步实现。为了实现此目的，电动机的各自的调节系统将被驱动的车轮例如调节至一种共同继续进行的状态位置上。一个车轮例如也可以定义为主轮，其中另一个车轮是从动轮，从动轮跟随着主轮的角度位置或者说状态位置。
在被单独驱动的车轮中可以使用可独立控制的永磁激励同步行驶电动机。这些永磁激励同步行驶电动机尤其对应于驱动装置机座。例如4个车轮以及进而4个可独立控制的永磁激励同步行驶电动机相互对应。相互对应的车轮对应于驱动装置机座，其中该机座至少是对应的车轮的一种对应的安装可能性。因此除了牵引(起动和制动)之外，可以在轨道中实现对驱动行驶机构进行磨损改进和噪声改进的控制/调节。
对于在轨道中的驱动行驶机构的控制或引导，可以被动地通过车轮-轨道-力、也就是说有磨损地来进行。在一种与锥齿轮驱动装置耦合的纵向驱动装置的驱动方案中，不可能通过驱动力矩实现对方向控制的特殊的支持。然而，如果车轮被单独驱动，那么可以对方向控制实现特殊的支持。
在轨道车辆的一种设计方案中，每个被驱动的车轮对应于自身的调节系统。调节系统例如具有至少一种如下的调节器：
●电流调节器；
●速度调节器；
●定位调节器/位置调节器；
●等等。
对应于各自的车轮的调节系统对应于各自的电机。调节系统因此调节电机，并且因为电机仅仅分别与一个车轮机械耦合(尤其是通过轴刚性耦合)，因此调节系统也用于调节相应的车轮。
在轨道车辆的一种设计方案中，驱动装置机座的调节系统具有共同的同步时钟脉冲。因此使被单独驱动的车轮的同步更加容易。
在轨道车辆的一种设计方案中，驱动装置机座的调节系统具有与系统总线在数据技术方面的连接。系统总线有利地也用于使各个被驱动的车轮实现同步。如果驱动装置机座的调节系统在系统总线上实现同步，那么也可以利用轨道车辆的上级的调节系统/控制系统实现同步。系统总线例如也具有与人机界面在数据技术方面的连接，或者也具有与通信系统的连接，用于将数据传输至轨道车辆指挥中心。
在轨道车辆的一种设计方案中，驱动装置机座具有两个车轮，这两个车轮彼此相对定位，并可以对应于不同的轨道(一个轨道具有至少两个铁轨)，其中相对布置的车轮和/或对应的电机分别可以对应于位置传感器或者传感器，位置传感器或者传感器的输出信号可以用作为位置实测值。在一种设计方案中，对于在相对布置的车轮的仅仅一个车轮来说应用位置信号，从而因此也只是对于这个车轮来说配有对应的测量装置。
在轨道车辆的一种设计方案中，驱动装置机座具有两个车轮，这些车轮彼此相对定位并对应于不同的轨道，其中两个车轮中的至少一个车轮的运动可借助于位置调节装置调节地运动。因此例如可以如同在轮对中那样模拟刚性轴。有利地，在整个列车中可以产生模拟的轮对轴作为导向轮对轴，其中列车(下面例如也可以理解为有轨电车)的被单独驱动的车轮在模拟的导向轮对轴上实现同步。
在轨道车辆的一种设计方案中，方向控制装置与用于被单独驱动的车轮的调节系统以数据技术连接。借助于方向控制装置可以使调节系统协调，其中例如可获得或执行至少一种以下的协调功能：
●至少在两个车轮之间的电子的角度配合；
●至少一个车轮的力矩调节；
●至少一个车轮的取决于路段数据的调节(这例如可以
考虑曲线半径、路段长度或者也考虑轨道损坏)；
●至少一个车轮的取决于轨道车辆的定位的调节，其中
对此例如应用了全球定位系统；轨道车辆为此例如可以具有GPS接收器，其中该接收器的接收的数据有利地与路段数据联系起来或者就是路段数据。
在轨道车辆的一种设计方案中可以借助于人机界面来对各自的单个车轮的调节系统施加影响，该人机界面例如位于轨道车辆上，或者也可以远离轨道车辆(作为用于远程操纵的界面)，或者也可以同时通过总线对不同的单个车轮的多个调节系统并行地施加影响。
在轨道车辆的一种设计方案中，驱动装置机座的、具有各自的整流器的被驱动的车轮对应于共同的中间电路，其中中间电路具有中间电路电容器。中间电路电容器有利地用作为能量缓冲器，以便例如中间存储被驱动的车轮的制动能量(发动机制动器)，并且例如将中间存储的能量用于使另一个对应于同一个中间电路的车轮加速。
在轨道车辆的一种设计方案中，借助于方向控制装置可对路段数据、和/或全球定位数据进行处理，其中路段数据可有利地通过到用于路段数据的数据存储器的无线连接来更新。
在轨道车辆的一种设计方案中，轨道车辆具有弯道行驶模式和直道行驶模式。取决于轨道车辆在弯道上或者在直道上，激活弯道行驶模式或者直道行驶模式。对于这种激活或者对于这种变换可以设置行驶模块变换装置，用于在弯道行驶模式和直道行驶模式之间进行变换。这些模式的区别例如在于，驱动装置机座的、取决于模式所确定选择的被驱动的车轮利用另一种不同的调节运行(例如力矩调节，位置调节、速度调节等等)，作为这种驱动装置机座的另外的被驱动的车轮。
在轨道车辆的一种设计方案中，在行驶模式之间的变换取决于路段数据和/或全球车辆定位进行。
在轨道车辆的一种设计方案中，在行驶模式之间的变换取决于路段数据和/或全球定位数据进行，其中被驱动的车轮的相互定位存储在轨道车辆中。
在轨道车辆的一种设计方案中，在模式变换时激活车轮的力矩调节。力矩调节也可以在弯道行驶模式时保持激活。
轨道车辆的驱动系统可以这样设计，即：
●每个单个的车轮通过单独(带有或没有变速器)的电动机驱动，也就是说不与驱动装置机械耦合；被单独驱动的车轮的车轮电机有利地是PM(永磁)电动机；和/或
●在四个被驱动的车轮的轮对中，每个单个的车轮电机各通过一个单独的脉冲换流器馈电，该脉冲换流器可以相对于另外三个车轮独立无关地自由调整车轮电机的转矩；和/或
●每个单个被驱动的车轮的转速和机械位置角度的识别通过靠近机器的(驱动-)控制装置或者相应的角度传感器来进行；和/或
●驱动装置和制动器的牵引功能可以通过可驱动的车轮的协调的控制实现；和/或
●方向控制-辅助系统借助于上层控制来实现，其中这除了牵引的需要之外还对四个车轮电动机给出了正的或负的力转矩额定值，以便少磨损地支持驱动行驶机构的方向控制；和/或
●方向控制-辅助系统由传感器(例如GPS，路段位置传感器、位置传感器等等)和由存储在计算机中的路段数据获悉了驱动行驶机构在路段(直线、弯道等等)上的位置。
附图说明
以下参照附图例如对本发明的非限制性的实施方式进行说明，图中示出：
图1是轨道车辆；
图2是没有轮对的、100％低车架行驶机构的原理图；
图3是用于低车架有轨电车的、耦合的纵向驱动装置的原理图；
图4是用于低车架有轨电车的单轮驱动行驶机构的原理图；
图5是调节系统结构的原理图；和
图6是行驶模式变换装置。
具体实施方式
图1示出了轨道车辆1，其具有驱动装置机座3，该驱动装置机座在这里是转向架。驱动装置机座3具有车轮5和6。
图2示出了一种没有车轮对的、100％低车架行驶机构的原理图。示出了具有车轮5和7的驱动装置机座3，其中铁轨24和25构成轨道。
图3示出了一种用于低车架有轨电车的、耦合的纵向驱动装置的原理图。该纵向驱动装置具有两个电机55和56，用于驱动车轮51，52，53和54，其中设置用于驱动车轮53和51的电机55和用于驱动车轮54和52的电机56。例如可以使用异步车轮驱动装置，它们并联地电连接于仅仅一个脉冲换流器。当然这里缺少能够对方向控制提供支持的、单独控制的自由度。
图4示出了一种用于低车架有轨电车的单轮驱动行驶机构3(驱动装置机座)的原理图。该驱动装置机座具有四个电机9，10，11和12，用于分别驱动车轮5，6，7和8，其中：
●设置用于驱动车轮5的电机9；
●设置用于驱动车轮7的电机10；
●设置用于驱动车轮8的电机11；和
●设置用于驱动车轮6的电机12。
图5示出了一种具有四个电机9，10，11和12的调节系统结构的原理图。这四个电机9，10，11和12分别对应于一个传感器26。此外这四个电机9，10，11和12分别对应于一个自身的单独的变频器13，14，15和16。变频器13，14，15和16具有共同的中间电路36，其中共同的中间电路具有中间电路电容器38。变频器13，14，15和16以数据技术分别与对应的调节系统17，18，19和20连接。传感器26为此也可以具有连接。调节系统17，18，19和20通过数据总线22与方向控制调节装置30连接。例如可以从GPS接收器给方向控制调节装置30输入路段数据60和车辆定位数据61。在数据总线22上也连接了可以由人员操纵的人机界面32。
这种方案例如可以用在用于低车架有轨电车的单轮驱动行驶机构中。这种应用优点可以在于，可以减小运行时车轮和轨道的磨损。这种磨损可以决定大部分的维护费用(例如轮胎的过度扭转或轨道的打滑)。此外还可以预期运行噪声的减小。在这种方案中也绝对不再有夹紧的变速器，这样明显地提高了驱动装置的可靠性。
在这种方案中可以这样地充分利用用于单轮驱动装置的、PM-行驶电动机(永磁激励的同步电机)的单独控制，即为轨道车辆补充了方向控制辅助系统30。也可以将一个也许靠近机器存在的调节装置中的状态角度应用于该辅助系统30。因此例如在直线路段中可以实现两个车轮的角度配合，也就是说模拟一个轮对轴，该轮对轴不仅使转速、而且也通过扭簧使两个车轮的角度配合。在这种情况下也可以取消位置传感器。
以软件技术可以实现一种真正的轮对模拟，然后在弯道中又可以断开该轮对模拟。在过渡到弯道中时可以通过转矩预定来以磨损优化的方式对驶入弯道路段加以支持。
图6示意性地示出了一种行驶模式变换装置40，利用该装置取决于路段数据60和定位数据61可以在弯道行驶模式41和直线行驶模式42之间进行变换。变换可以硬性地进行或者也可以借助于过渡功能进行。

Claims (15)

1.一种具有驱动装置机座(3)的轨道车辆(1)，其中所述驱动装置机座(3)具有被驱动的车轮(5，6，7，8)，其中所述驱动装置机座(3)的每个被驱动的车轮(5，6，7，8)可借助于电机(9，10，11，12)驱动，其中所述电机(9，10，11，12)分别对应于整流器(13，14，15，16)，其中每个被驱动的车轮(5，6，7，8)分别这样地对应于自身的所述整流器(13，14，15，16)。
2.根据权利要求1所述的轨道车辆(1)，其中每个被驱动的车轮对应于自身的调节系统(17，18，19，20)，其中对应于各自的所述车轮(5，6，7，8)的所述调节系统(17，18，19，20)对应于各自的所述电机(9，10，11，12)。
3.根据权利要求1或2所述的轨道车辆(1)，其中所述驱动装置机座(3)的所述调节系统(17，18，19，20)应用一个共同的同步时钟脉冲。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的轨道车辆(1)，其中所述驱动装置机座(3)的所述调节系统(17，18，19，20)具有与系统总线(22)在数据技术上的连接，其中所述驱动装置机座(3)的所述调节系统(17，18，19，20)在所述系统总线(22)上实现同步。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的轨道车辆(1)，其中所述驱动装置机座(3)具有两个车轮(5，6，7，8)，所述车轮彼此相对定位并对应于不同的轨道(24，25)，其中相对布置的所述车轮(5，6，7，8)和/或对应的所述电机分别对应于位置传感器(26)或者传感器(26)，所述位置传感器或者所述传感器的输出信号可以用作为位置实测值。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的轨道车辆(1)，其中所述驱动装置机座(3)具有两个车轮(5，6，7，8)，所述车轮彼此相对定位并对应于不同的轨道(24，25)，其中所述两个车轮中的至少一个车轮的运动可借助于位置调节装置调节地运动。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的轨道车辆(1)，其中方向控制装置(30)与所述调节系统(17，18，19，20)以数据技术连接，其中借助于所述方向控制装置(30)可使所述调节系统(17，18，19，20)协调，其中可以实现至少一种以下的协调功能：
●至少在两个车轮(5，6，7，8)之间的角度配合；
●至少一个车轮(5，6，7，8)的力矩调节；
●至少一个车轮(5，6，7，8)的取决于路段数据的调节；和
●至少一个车轮(5，6，7，8)的取决于所述轨道车辆的定位的调节。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的轨道车辆(1)，其中借助于人机界面(32)可同时分别单独对于每个车轮(5，6，7，8)和/或共同对于多个车轮(5，6，7，8)，对所述调节系统(17，18，19，20)施加影响。
9.根据权利要求1至8中任一项所述的轨道车辆(1)，其中所述驱动装置机座(3)的、具有各自的所述整流器(13，14，15，16)的所述被驱动的车轮(5，6，7，8)对应于共同的中间电路(36)，所述中间电路具有中间电路电容器(38)。
10.根据权利要求6至9中任一项所述的轨道车辆(1)，其中借助于所述方向控制装置(30)可对路段数据(60)和/或全球定位数据(61)进行处理。
11.根据权利要求1至10中任一项所述的轨道车辆(1)，其中所述轨道车辆(1)具有弯道行驶模式(41)和直道行驶模式(42)。
12.根据权利要求11所述的轨道车辆(1)，其中设置行驶模式变换装置(40)，用于在所述弯道行驶模式(41)和所述直线行驶模式(42)之间进行变换。
13.根据权利要求11或12所述的轨道车辆(1)，其中在行驶模式之间的变换取决于所述路段数据(60)和/或全球车辆定位(61)进行。
14.根据权利要求11至13中任一项所述的轨道车辆(1)，其中在所述行驶模式之间的变换取决于所述路段数据(60)和/或所述全球定位数据(61)进行，其中所述被驱动的车轮的相互定位存储在所述轨道车辆中。
15.根据权利要求11至14中任一项所述的轨道车辆(1)，在所述变换时激活所述车轮(5，6，7，8)的力矩调节。
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