CN103609004B - 电机，轨道车辆和轨道式车厢组 - Google Patents

Abstract

本发明涉及了一种电机（1），该电机具有基体（2），在该基体中布置有电机（1）的定子（3）。电机（1）具有转子轴（5），转子轴通过轴承（6）可旋转地安装在基体（2）中。电机（1）具有量取元件（8），该量取元件与基体（2）机械抗扭地相连接并且获取转子轴（5）中出现的电压。量取元件（8）通过电容器（10）和/或欧姆电阻（11）与基体（2）电连接。电容器（10）的电容值（C）至少为1nF。欧姆电阻（11）的电阻值（R）在10mΩ和10Ω之间。

Description

电机，轨道车辆和轨道式车厢组

技术领域

本发明涉及了一种电机，

-其中，该电机具有基体，在该基体中布置有电机的定子，

-其中，电机具有转子轴，该转子轴通过轴承能旋转地安装在基体中，

-其中，该电机具有量取元件，该量取元件与基体机械抗扭地相连接并且获取转子轴中出现的电压。

本发明还涉及一种轨道车辆，

其中，该轨道车辆具有至少一个轮轴和至少一个电机，

其中，至少一个轮轴与至少一个电机的转子轴直接地或通过传动装置相连接。

本发明还涉及一种轨道式车厢组，其具有一系列彼此连接的轨道车辆。

背景技术

上述内容是普遍公知的。在电机方面可以纯粹示例性地参考DE102007019828B3和US7193836B2。

在电动机中，转子轴中可能出现引起轴承电流的轴电压。轴承电流基本上是不希望的，但并不是在所有情况下均真正地产生干扰。最严重的轴承电流类型是所谓的EDM轴承电流（EDM=electric discharge machining），其原因在于这种类型的轴承电流会非常迅速地导致轴承损伤。在这种类型的轴承电流情况下，在轴承的导轨和滑轮之间产生电弧。由此导致润滑脂燃烧并且在轴承套中产生凹口。

除了EDM轴承电流以外还可能出现电容式的轴承电流、传统的轴电压、高频循环电流和电容式的转子接地电流。

为了去除和抑制轴承电流，在现有技术中公知的是：电机配有量取元件，该量取元件与基体机械抗扭地相连接并且获取转子轴中出现的电压。开头所述的现有技术示出了这种类型的构造方式。

然而，尤其是在轨道车辆中，这种构造方式存在问题。其原因在于，通过量取元件产生了从轨道经过轮轴和在可能的情况下经过驱动装置到发动机壳体的导电连接。该连接可以是非常低欧姆的。由此可能出现的是，由另一辆轨道车辆（尤其是另一辆列车的一个轨道车辆）馈入的工作电流作为回流（Rueckstrom）在很大范围内流经轨道车辆。由此可能干扰轨道车辆上的通信装置或使得接地系统、尤其是数据线屏蔽出现过载。特别是在带有铝制车厢的长车辆的情况下存在以上这种危险，其原因在于车辆最终所提供使用的传导的横截面如此之大，从而使得每米车辆长度的电阻率小于每米轨道的电阻率。出于这个原因，在大多数情况下轨道车辆中并不使用上述类型的量取装置。

发明内容

本发明的目的在于实现一种电机、一种轨道车辆以及一种轨道式车厢组，其至少在很大范围内避免了轴承电流和牵引回流。

通过具有权利要求1的特征的电机并且通过具有权利要求3的电机来实现该目的。根据本发明的电机的有利的构造方式是从属权利要求2以及4至6的内容。

根据本发明提出，由此设计开头所述类型的电机，即量取元件通过电容器与基体电连接，该电容器的电容值至少为1nF。电容值优选地甚至至少为5nF，尤其至少为10nF。

可选地，可以由此设计开头所述类型的电机，即量取元件通过欧姆电阻与基体相连接，该欧姆电阻的电阻值在10mΩ和10Ω之间。在这种情况下电阻值可以在例如20mΩ和1Ω之间，尤其是50mΩ和100Ω之间。

上述所谓的电容值和电阻值涉及的是普通条件下的情况，也就是说20°C的温度和标准大气压（1013厘巴）。

在一种优选的设计中，可以将欧姆电阻设计为正温度系数电阻（Kaltleiter）。由此特别是小的是，在对电阻进行加热的高电流的情况下提高了其电阻值，从而使得该电阻以更大的电阻值对抗其他的电流。

可以将电容器和欧姆电阻彼此并联。然而，可选地仅仅具有电阻或仅仅具有电容器便足够了。

另外通过具有权利要求7的特征的轨道车辆来实现本发明的目的。

根据本发明提出，即在开头所述类型的轨道车辆情况下，根据本发明构造至少一个电机。

另外通过具有权利要求8的特征的轨道式车厢组来实现本发明的目的。

根据本发明提出，即根据本发明构造一系列彼此连接的轨道车辆的至少第一个和最后一个轨道车辆。

附图说明

下面在结合附图对实施例的说明中给出了其他优点和细节。在原理图中：

图1示意性地示出了一个电机，

图2示意性地示出了图1在连接技术方面的细节，

图3示意性地示出了图1在结构机械方面的细节，

图4示意性地示出了一个轨道车辆，

图5示意性地示出了图4的轨道车辆的一部分，以及

图6示意性地示出了一个轨道式车厢组。

具体实施方式

根据图1，电机1具有基体2。在基体2中布置有电机1的定子3。电极1另外具有转子4。转子4在电机1运行中与定子3电动地共同作用。转子4布置在电机1的转子轴5上，通过轴承6将该转子轴可旋转地布置在基体2中。

在电机1运行中，在转子轴5中可能出现轴电压。在没有进一步采取措施的情况下，轴电压可能导致产生电流，该电流将在电机1的轴承6上流动。这种轴承电流可能相对迅速地导致出现轴承损伤。为了避免这种电流或至少减小这种电流，电机1由此具有（至少）一个保护电路7，下面将借助图2详细地阐述该保护电路。保护电路7和保护电路7的、下面与其一起阐述的元件均与基体2机械抗扭地相连接。

根据图2，保护电路7具有一个量取元件8。量取元件8获取出现在转子轴5中的电压。由此，电流从量取元件8出发流到基体2上。与电流相关地，量取元件8是那种直接获取出现在转子轴5（或抗扭地布置在转子轴5上的中间元件，例如集电环）中的电压的元件。与从转子轴5到基体2的电流相关地，量取元件8也就是保护电路7的“最靠前”的元件。

根据图2，量取元件8并不直接与基体2电连接，而是通过阻抗9进行电连接。阻抗9根据图2具有电容器10和欧姆电阻11，其中，电容器10和欧姆电阻器11彼此并联。可选地，可以仅仅设置电容器10，也就是说取消欧姆电阻11。同样也可以可选地仅仅设置欧姆电阻11，也就是说取消电容器10。

当仅仅具有电容器10时，电容器的电容值C应至少为1nF。优选地电容值甚至至少为5nF，尤其至少为10nF。

当仅仅具有欧姆电阻11时，欧姆电阻11的电阻值R应该在10mΩ和10Ω之间。电阻值R优选地可以在20mΩ和1Ω之间。尤其可以在50mΩ和100Ω之间。

关于电容值C和电阻值R的结论均与标准条件（20°C，标准大气压）相关联。

无论存在电容器10还是欧姆电阻11，当满足上述条件时，也就是说当电容值C为至少1nF或电阻值R在10mΩ和10Ω之间时就足够了。允许违背各个其他条件。然而，不允许电阻值R过小。也就是说不允许电阻值在10mΩ以下。然而优选的是，两个条件均得到满足，也就是说，电容值C至少为1nF且电阻值R在10mΩ和10Ω之间。

欧姆电阻器11的电阻值R（基本上）可能与温度无关。然而优选的是，将欧姆电阻11构造为PTC电阻，也就是说，正温度系数电阻。

为了实现上述电容值C和电阻值R，可以例如根据图3使用所谓的SGR（轴接地环）（=shaft grounding ring）作为量取元件8，其例如US7193836B2中所公知。在现有技术中，例如，借助导电良好的环氧树脂将轴接地环固定在基体2上。与此相反地在本发明中，为此可以例如根据图3借助适合的粘合剂12来实现固定，该粘合剂可替代地仅仅具有受限的导电性能，或是电绝缘地发挥作用。电绝缘的粘合剂通常已知。

在可能的情况下可以通过有针对性地计量在粘合剂12中的有传导性的颗粒的浓度来实现对粘合剂12的导电性能和介电常数的设定。也可以如下方式实现电绝缘，例如，在轴接地环和基体2之间布置电绝缘元件，例如，相应的膜。还可以在与基体2的接触区域中电绝缘地对该轴接地环进行涂覆，例如阳极氧化。其他设计也是可能的。

在使用导电性能受限的粘合剂12的情况下，电容器10和欧姆电阻被实现成分散的元件。可替代地，也可以使用分立的部件，尤其是在SMD技术（SMD=surface mounted device）中。

基于根据本发明的电机1的设计实现的是，迅速地减小在电机1的运行中所出现的短暂的轴电压。在量取元件8和基体2之间的阻抗9对此是没有危害的。

根据图4和图5例如，可以将根据本发明的电机1-同时包括以上所描述的保护电路7-用作为轨道车辆13的驱动电机M（或在可能的情况下作为多个驱动电机M之一）。轨道车辆13在此情况下根据图4和图5除了电机1以外还具有轮轴14。轮轴14可以是单个轮轴。但它常常是轮对轴14。

在轨道车辆13中进行使用的情况下，轮轴14与根据本发明的电机1的转子轴5相连接。可能的是，直接实现该连接。可替代地，可以通过中间连接的传动装置15形成间接的连接。由于传动装置15因此仅仅是可选地存在的，所以在图5中仅仅用虚线将其示出。

根据图6，轨道车辆13可以是轨道式车厢组的组成部分。轨道式车厢组16根据图6具有一系列彼此连接的轨道车辆13，17。根据本发明，至少该系列彼此连接的轨道车辆13，17的第一个和最后一个轨道车辆是根据本发明构造的。

在铁路系统中，常常通过轨道18来实现从架空导线19中引出的工作电流的回流。工作电流可能达到很大的值，有时超过100安培。轨道18的电阻率典型地在大约30μΩ每米的范围内。在轨道式车厢组16的总长度L约为300米-可实现的值-的情况下，沿着轨道18在总长度所出现的总电阻大约为9mΩ。但当轨道式车厢组16的第一个和最后一个轨道车辆13具有量取装置8时，但该量取装置8在没有阻抗9的中间连接的情况下直接连接在基体2上，从轨道式车厢组16的第一个轨道车辆到最后一个轨道车辆进行测量（更确切地说：从第一个轨道车辆13的第一轮轴14到最后一个轨道车辆的最后的轮轴14进行测量），轨道式车厢组16的典型的电阻值可能在10mΩ的范围以下，例如，大约在5mΩ左右。在这种情况下，如图6中通过相应的箭头所示的那样，工作回流的很大部分将流经轨道式车厢组16。与此相反，当根据本发明设计轨道式车厢组16的第一个和最后一个轨道车辆时，仅仅还有小部分工作回流、例如低于10%的工作回流流经轨道式车厢组16。当仅仅存在电容式连接（也就是说取消欧姆电阻11或其足够大）时，几乎没有任何部分的工作回流流经轨道式车厢组16。由此迅速并可靠地减小了电机内部的轴电压。

以上说明仅仅用于阐述本发明。于此相反地，本发明的保护范围仅仅通过所附的权利要求来确定。

Claims (10)

1.一种电机，

-其中，所述电机具有基体(2)，在所述基体中布置有所述电机的定子(3)，

-其中，所述电机具有转子轴(5)，所述转子轴通过轴承(6)能旋转地安装在所述基体(2)中，

-其中，所述电机具有量取元件(8)，所述量取元件与所述基体(2)机械抗扭地相连接并且获取所述转子轴(5)中出现的电压，

-其中，所述量取元件(8)通过电容器(10)与所述基体(2)电连接，

-其中，所述电容器(10)的电容值(C)至少为1nF ，

其中，所述量取元件(8)还通过欧姆电阻(11)与所述基体(2)电连接，

-其中，所述欧姆电阻(11)的电阻值(R)在10mΩ和10Ω之间。

2.根据权利要求1所述的电机，其特征在于，所述电容值(C)至少为5nF。

3.根据权利要求2所述的电机，其特征在于，所述电容值(C)为至少10nF。

4.根据权利要求1所述的电机，其特征在于，所述电阻值(R)在20mΩ和1Ω之间。

5.根据权利要求4所述的电机，其特征在于，所述电阻值(R)在50mΩ和100mΩ之间。

6.根据权利要求1或5所述的电机，其特征在于，所述欧姆电阻(11)设计为正温度系数电阻。

7.根据权利要求1-5中任一项所述的电机，其特征在于，所述电容器(10)和所述欧姆电阻(11)彼此并联。

8.根据权利要求6所述的电机，其特征在于，所述电容器(10)和所述欧姆电阻(11)彼此并联。

9.一种轨道车辆，

-其中，所述轨道车辆具有至少一个轮轴(14)和至少一个电机(1)，

-其中，所述至少一个轮轴(14)与所述至少一个电机(1)的转子轴(5)直接地或通过传动装置(15)相连接，

-其中，根据上述权利要求中任意一项设计所述至少一个电机(1)。

10.一种轨道式车厢组，

-其中，所述轨道式车厢组具有一系列彼此连接的轨道车辆(13，17)，

-其中，根据权利要求9设计所述一系列彼此连接的轨道车辆(13，17)的至少第一个和最后一个所述轨道车辆(13)。