CN111902327A - 轨道车辆的转向架 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种轨道车辆的转向架(21)，其具有：‑至少一个轮组(24)，所述轮组(24)具有两个相对置的彼此刚性连接的车轮(11)；‑所述轮组(24)的位于所述两个车轮(11)内的轮组支承装置(13)；‑直接驱动所述轮组(24)的牵引电动机(1)，其中，所述牵引电动机(1)是具有液体冷却装置(7)的永磁同步电动机；‑所述转向架(21)的空气动力学的覆盖物(20)。

Description

轨道车辆的转向架
本发明涉及一种轨道车辆的转向架，所述转向架具有至少一个轮组，所述轮组具有两个相对置的彼此刚性连接的车轮，其中，所述轮组的轮组支承在两个车轮内实现，并且牵引电动机布置在所述轮组的车轮之间。
轨道车辆的转向架具有牵引电动机，所述牵引电动机设计为自然通风或强制通风的异步电机或永磁(或者说永久磁体励磁)的同步电机，它们通过传动装置驱动转向架的轮组。传动装置通过在底部区域流过的行车风冷却。自然通风的牵引电动机在转向架区域中吸入冷却空气并且在那里又将冷却空气排放到环境中。强制通风的牵引电动机将其变热的冷却空气也在转向架区域中排放到环境中。在速度较高的情况下，行驶风则将这些牵引电动机的被加热的冷却空气在转向架区域中排走。
但在处于较高速度范围内的轨道车辆中，空气动力学、尤其转向架区域的空气动力学对于轨道车辆的能量消耗是重要的。
因此，如同由专利文献WO 2014/206643 A1和WO 2010/086201 A1已知的那样，设置用于转向架的覆盖物，以便改善空气动力学。
这虽然出于空气动力学的原因是有利的，但牵引电动机的损耗热量可能较差地排出或完全不再能排出。
此外，在轨道车辆中，轮组轴支承在车轮的外侧。
从这点出发，本发明所要解决的技术问题是，提供一种用于轨道车辆、尤其是高速列车的具有至少一个牵引电动机的转向架，即使该转向架被覆盖，该转向架也能允许至少一个牵引电动机的散热。
所述技术问题通过轨道车辆的转向架解决，其具有：
-至少一个轮组，所述轮组具有两个相对置的彼此刚性连接的车轮，
-所述轮组的位于所述两个车轮内的轮组支承装置；
-直接驱动所述轮组的牵引电动机，其中，所述牵引电动机是具有液体冷却装置的永磁同步电动机；
-所述转向架的空气动力学(或者说符合空气动力学)的覆盖物。
按照本发明，在具有内部支承的轮组轴的转向架中设置完全覆盖式的覆盖物，该完全覆盖式的覆盖物可以设计得尤其从前面观察相对较窄，因为轮组轴的外侧的支承装置向内迁移、即被安装在了轮组的车轮之间，并且因此允许用于转向架的空气动力学的覆盖物的更多的空间和部件。
另外，由此降低了轨道车辆的总的空气阻力，并且这有助于显著减少车辆的能量消耗。尤其是相对高效地工作并且只需要相对较少的冷却的驱动电动机特别适合作为牵引电动机。
因此，按照本发明，在被完全覆盖的内部支承的走行机构中的不具有传动装置的液体冷却的永磁同步电动机适合用于解决上文提出的技术问题。
永磁同步电机相对较好地适合于液体冷却，因为需要排出的转子损耗明显比例如在异步电机中更低。
此外，转子通过液体冷却的排热主要由于旋转的密封装置只能在技术上相对较耗费地实现。
为了还避免传动装置的热源，按照本发明使用永磁同步电动机作为直接驱动装置，从而省去了对传动装置的冷却。这种直接驱动装置可以更适宜地通过永磁同步电动机来实现，但也可以考虑异步电动机。
在此，直接驱动装置通过联轴器与轮组轴耦连。直接驱动装置围绕轮组轴布置，即轮组轴穿过直接驱动装置的转子的空心轴作用。在这种情况下，直接驱动装置借助于万向空心轴联轴器驱动轮组。
替代地，直接驱动装置也可以例如基本上轴向平行地布置在轮组轴的旁边。
因此，通过省去传动装置获得在内部支承的走行机构内的结构容积并且避免由传动装置产生的额外的热负荷。
牵引电动机的液体冷却装置布置在该牵引电动机的定子中和/或定子上。在此，液体冷却套具有沿周向延伸或轴向平行地蜿蜒的冷却蛇管。此外，补充或替代地，在定子的叠片组中也可以布置冷却管。
通过处于定子壳体之中或定子壳体之上的液体冷却装置、尤其是位于定子的背侧上并且位于牵引电动机的内部冷却回路的空气导引通道之间的冷却水套还可以从由于转向架相对紧密地被覆盖而不被外部空气流过的走行机构区域充分地冷却牵引电动机。
转子和/或定子的被水或其它的冷却液吸收的热量通过轨道车辆内的冷却设备和/或通过变流器的冷却设备释放到外部空气中。
因此存在紧凑的封装的牵引电动机，其中，尤其通过直接驱动装置的多极性进一步减小定子的直径并且得到轴向更短的绕组端部。
根据原理性示出的实施例更详细地阐述本发明和本发明的有利的设计方案。在附图中：
图1示出原理上的牵引电动机，
图2示出另一牵引电动机，
图3示出牵引电动机在轮组轴上的布置，
图4、图5示出转向架的覆盖物和牵引电动机的布置的原理图。
图1示出作为未详细示出的轨道车辆、尤其是高速列车的牵引电动机1的永磁同步电动机的纵剖面的原理图，牵引电动机1具有沿轴向层叠的叠片组，该叠片组构成定子2的基础。在定子2的背侧、即定子2的背离牵引电动机1的空气间隙的一侧上布置有水套冷却装置7，以便能够将在牵引电动机1的运行中产生的损耗热量从定子2排出。在这种情况下，水套冷却装置7的冷却管基本上沿周向延伸。
在定子2的槽中布置有绕组系统，该绕组系统通过与配设有永磁体10的转子3的电磁相互作用而引起转子3围绕轴线4的旋转。绕组系统在定子2的端面上构造有绕组端部5。转子3的永磁体10作为埋入的永磁体10布置在转子3的基本上沿轴向延伸的凹空中或者作为表面磁体布置在转子3上并且在那里例如通过轮箍固定。转子3构造有空心轴9，轮组轴16延伸穿过所述空心轴9。此外，在转子3中还设置有用于内部冷却回路8的冷却通道17。
在此，内部冷却回路8尤其由通风机30、尤其是离心式通风机维持。转子3引起相对较低的损耗，因此也可以考虑不具有内部冷却回路8的牵引电动机，而是只通过定子2的背部上的水套冷却装置7将损耗从牵引电动机1排出。
内部冷却回路8由于空气流的导引还用于从定子2的端侧的两个绕组端部5中排热并且用于使牵引电动机1内的温度均匀。
这样，水套冷却装置7实现了对定子2的冷却，并且通过内部冷却回路8实现了对转子3和端侧的绕组端部5的冷却。这用于在牵引电动机1和电动机轴承27的内部实现均匀的温度分布。
电机1的壳体通过电动机轴承27支撑在转子3上。此外，壳体通过扭矩支座26和电动机支架25定位在未详细示出的转向架中。
图2示出电机1的备选的实施方式，该电机1同样如图1中设计为永磁同步电动机。同样可以设计为冷却水套7的液体冷却套此处基本上由两个同轴地相互插套的筒构成，其中，径向内侧的筒具有环绕的、导引水的凹空。定子2通过密封管(Spaltrohr)28与转子3隔开，因此定子2可以额外地被绝缘的、经由入口32和出口33的冷却剂34、例如油冷却。在此，轴向的冷却通道延伸穿过定子2的叠片组。
内部冷却回路8在转子3中，内部冷却回路8的空气循环由通风机30、尤其是离心式通风机维持。内部冷却回路8的再冷却与周围的部件接触地、尤其也在密封管28上进行。
转子3设计为空心轴9并且与联轴器12抗扭地连接，联轴器12又与轮组轴3固定连接，因此牵引电动机1的扭矩可传递至轮组轴。万向空心轴联轴器尤其适合于此。
原则上可以在转子3内设置加固元件14，所述加固元件14稳定转子3。车轮11内的轮组轴承15允许轮组轴16的旋转。
电机1的壳体通过电动机轴承27支撑在转子3上。此外，壳体通过扭矩支座26和电动机支架25定位在未详细示出的转向架中。
图3示出带有牵引电动机1的轮组24，牵引电动机1可以根据图1或图2设计。牵引电动机1的驱动力矩通过联轴器12、尤其是万向空心轴联轴器向轮组轴16传导。同样，轮组支承装置布置在车轮11之间。
因此，牵引电动机1被完全封装并且被有效地保护以防潮气和污染。
图4示出转向架21的原理图，该转向架21的轮组24分别具有各自的、可围绕轴线4旋转的车轮11。此外还示出处于车底处、转向架21的侧向区域以及前部和后部的区域处的覆盖物或者说覆盖结构20。因此产生转向架21的按照空气动力学的设计。但这可能导致牵引电动机1的前述废热问题。按照本发明，冷却系统设计为将尤其是牵引电动机1的废热从转向架区域中排出。
图5以立体原理图示出转向架21的轮组24，转向架21的转向架框架23通过弹簧19支撑在载体18、也称为轮组轴承摇臂上并且布置在牵引电动机1的车轮11之间。二次弹簧22将转向架21支撑在未详细示出的车体或轨道车辆车厢上。
在转向架21的侧面和行驶方向上以及在转向架21的背向行驶方向的一侧上的壳形的覆盖元件构成覆盖物20。在此试图将各个单独的覆盖元件之间的间隙尺寸保持尽可能小，以便在转向架21的转出或未转出的状态下也获得有效的空气动力学特性。转向架21的下侧也被覆盖，但具有未详细示出的用于车轮11的凹空，以便建立车轮-钢轨接触。
牵引电动机1按照本发明设计为永磁同步电机，其具有描述的冷却类型、尤其是定子2的水套冷却装置和/或密封管冷却装置和/或内部冷却回路8，其中，在此将损耗热量排到转向架21的区域外，通过按照本发明的设计方案实现了完全有效并且符合空气动力学地设计的转向架21，该转向架21主要还适合于高速应用。
按照本发明描述的转向架21具有一个或多个永磁同步电动机，所述永磁同步电动机作为直接驱动装置围绕轮组轴15布置、具有定子2的液体冷却装置、具有封装的内部冷却回路8并且具有位于车轮11轴向内侧的轮组支承装置，因此能够实现对该转向架21的特别符合空气动力学的覆盖。
原则上也可以使用不同于牵引电动机1的其它电动机类型、例如具有鼠笼式转子的异步电动机或作为包围轮组轴的直接驱动装置的永磁横向磁通电机。这些示例性的电动机类型同样可以轴向平行地布置和/或通过传动装置与轮组轴连接。轮组轴15同样也可以布置在轮组轴16的轴向外侧。因此，冷却方案必要时还需要设置转子3的液体冷却装置。在此始终至关重要的是，驱动装置的废热尽可能少并且从完全被覆盖的、应该按照空气动力学设计的转向架区域排出。

Claims (6)

1.一种轨道车辆的转向架(21)，具有：
-至少一个轮组(24)，所述轮组(24)具有两个相对置的彼此刚性连接的车轮(11)；
-所述轮组(24)的位于所述两个车轮(11)内的轮组支承装置(13)；
-直接驱动所述轮组(24)的牵引电动机(1)，其中，所述牵引电动机(1)是具有液体冷却装置(7)的永磁同步电动机；
-所述转向架(21)的空气动力学的覆盖物(20)。
2.根据权利要求1所述的转向架(21)，其特征在于，所述液体冷却装置(7)设计为液体冷却套。
3.根据权利要求1或2所述的转向架(21)，其特征在于，所述牵引电动机(1)具有闭合的内部冷却回路(8)，所述内部冷却回路(8)在所述液体套(7)和/或所述牵引电动机(1)的定子(2)的密封管(28)上能被再冷却。
4.根据权利要求3所述的转向架(21)，其特征在于，所述液体套冷却装置(7)布置在牵引电动机(1)的定子(2)的背侧和所述内部冷却回路(8)的尤其处于外侧的空气导引通道之间。
5.根据权利要求3所述的转向架(21)，其特征在于，所述牵引电动机(1)的定子(2)通过密封管(28)与所述牵引电动机(1)的转子(3)隔开，因此能借助于绝缘的液体冷却所述定子(2)。
6.一种轨道车辆、尤其是高速列车，具有至少一个根据前述权利要求中任一项所述的转向架(21)，其中，所述液体冷却装置(7)的至少一个再冷却单元布置在所述轨道车辆中和/或所述轨道车辆上。
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