CN113165673A - 用于驱动具有不同的能量供应系统的机车的装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于驱动具有不同的能量供应系统的机车的装置，其中，机车包含作为主系统的主能量供应系统和驱动系统。由主系统供应的能量作为驱动功率输入驱动系统，并且由驱动系统用于使机车运动。车厢包含至少一个另外的能量供应系统作为副系统，其中，副系统与主系统在时间上错开地用于将驱动功率输入驱动系统。既可由主系统也可由至少一个副系统使用的部件只设置一次，并且由主系统和至少一个副系统共同使用。只可由至少一个副系统使用的部件布置在车厢上。

Description

用于驱动具有不同的能量供应系统的机车的装置

本发明涉及用于驱动具有不同的能量供应系统的机车的装置。

具有不同的能量供应系统的机车是已知的，所述能量供应系统分别彼此独立地布置在机车中并且彼此独立地运行。

双动力机车例如使用柴油机作为第一能量供应系统，柴油机驱动与柴油机耦连的发电机。由此产生的电功率被传输至机车的驱动电机，驱动电机随即驱动所述机车。

与之并行地，在机车上存在第二能量供应系统、例如电能供应系统。机车通过集电器或受电弓从高压架空线提取电功率，并且将其通过主开关输入变压器。变压器将高压向下转换为较低的中压值。中压随即通过所谓的四象限调节器和后置于四象限调节器的逆变器又输入机车的驱动电机，驱动电机随即驱动所述机车。

这样的机车可以灵活地使用，因为其可以作为具有集电器和柴油机的轨道车辆在电气化的路线上、在非电气化的路线上和在它们的过渡区域中几乎无中断地行驶。

相反不利的是，由于两个并行构造的能量供应系统或者其部件，这样的轨道车辆具有高的总质量和大的体积。

由于在轨道车辆的体积中和在轨道车辆的允许的总重量中的给定的限制，可使用的能量产生系统的数量受到限制。通常，在每个轨道车辆中或者每个轨道车辆列车组中设置两个、最多三个能量供应系统。

也已知的是，为了在时间上错开地使用不同的能量供应系统，将第一机车和第二机车相互耦连，并且将耦连的机车用作列车组，第一机车例如具有柴油驱动器，第二机车例如具有集电器和三相电机。根据路线区段，将两个机车中的一个用作牵引车、例如车厢等的牵引车。

由于相应不需要的机车的重量、行驶阻力和质量，既附加地消耗了功率，也提高了维护耗费。最后，列车组解决方案虽然可以简单地实现，但在运行中导致大的成本。

因此，本发明所要解决的技术问题在于，提供一种用于机车的改进的解决方案，其能够廉价地使用不同的能量供应装置。

该技术问题通过权利要求1的特征解决。有利的扩展设计在从属权利要求中说明。

本发明涉及一种用于驱动具有不同的能量供应系统的机车的装置，其中，机车包含作为主系统的主能量供应系统并且包含驱动系统。由主系统提供的能量作为驱动功率输入驱动系统并且由驱动系统用于使机车运动。车厢包含至少一个另外的能量供应系统作为副系统，其中，副系统与主系统在时间上错开地用于将驱动功率输入驱动系统。既可由主系统也可由至少一个副系统使用的部件只设置或者说实施一次(即每种部件分别只设置有一个)并且由主系统和至少一个副系统共同使用。只可由至少一个副系统使用的部件布置在车厢上。

由能量供应系统提供的或变换的能量作为驱动功率输入驱动系统，并且由驱动系统用于驱动机车或者使机车运动。

在此，第一能量供应系统形成所谓的主能量供应系统或主系统。

应该与主能量供应系统(并行地然而)在时间上错开地使用的另外的能量供应系统形成所谓的第一副能量供应系统或第一副系统。

又应该与主能量供应系统和第一副能量供应系统并行地然而在时间上错开地使用的另外的能量供应系统则相应形成第二、第三等等副能量供应系统或副系统。

在优选的设计方案中，主系统的部件完全布置在机车上。因此能够实现机车的自给自足的运行，因为由此所有需要的部件(能量供应装置或能量变换装置和驱动器)是机车的组成部分。

只一次地设置既可由主系统也可由相应的副系统使用的部件。

在优选的扩展设计中，这些部件如开头描述的那样布置在机车本身上。

在备选的设计方案中，这些部件至少部分地布置在以下描述的车厢上。

只可由相应的副系统使用的部件布置在车厢上。

车厢优选直接与机车耦连，两者因此在一定程度上形成配对车组。

作为对此的备选，机车也可以与车厢通过线路延长结构间接地连接，所述线路延长结构导引穿过另外的(有效)车厢。

以下说明通用的能量供应系统并且说明它们具有的部件以及部件在机车与车厢之间的分配，如果指的是副系统：

交流电(流)运行：

在车厢上的布置：

-集电器或受电弓

-主开关

-变压器

-四象限调节器

-(部分)中间电路

在机车上的布置：

-(部分)中间电路

-用于牵引电动机的变流器或变频器

-作为(一个或多个)牵引电动机的(一个或多个)三相异步电动机

-用于(一个或多个)牵引电动机的冷却装置

-压缩空气制动设备

-用于压缩空气制动设备的压缩系统

直流电(流)运行：

在车厢上的布置：

-集电器或受电弓

-主开关或快速开关

-升压斩波器(可选，将直流电压转换为期望的中间电路电压)

-(部分)中间电路

在机车上的布置：

-(部分)中间电路

-用于牵引电动机的变流器或变频器

-作为(一个或多个)牵引电动机的(一个或多个)三相异步电动机

-用于(一个或多个)牵引电动机的冷却装置

-压缩空气制动设备

-用于压缩空气制动设备的压缩设备

柴油运行：

在车厢上的布置：

-用于产生电流的柴油机

-发电机，用于产生所需的电功率或电能

-变流器，用于使能量与中间电路适配(电压适配或者说调整)

-(部分)中间电路

在机车上的布置：

-(部分)中间电路

-用于牵引电动机的变流器或变频器

-作为(一个或多个)牵引电动机的(一个或多个)三相异步电动机

-用于(一个或多个)牵引电动机的冷却装置

-压缩空气制动设备

-用于压缩空气制动设备的压缩系统

能量存储器运行：

在车厢上的布置：

-能量存储器(或者说蓄能器)、例如蓄电池、具有燃料电池的氢存储器、超大电容器等

-可能需要的能量转换器，用于转换为电能(例如在使用燃料电池的情况下)

-可能的变流器，用于使能量存储器电压与期望的中间电路电压适配

-(部分)中间电路

在机车上的布置：

-(部分)中间电路

-用于牵引电动机的变流器或变频器

-作为牵引电动机的三相异步电动机

-用于牵引电动机的冷却装置

-压缩空气制动设备

-用于压缩空气制动设备的压缩设备

以下在示例性的概述中、但非限制性地详细描述配置，在该配置中，机车应该可以驶过具有AC高压的电气化的路线和非电气化的路线。

在优选的设计方案中，柴油驱动器被选择作为主系统，并且交流电驱动器被选择作为第一副系统。

所需的部件优选并且如下地在一方面机车与另一方面车厢之间分配：

主系统、即柴油驱动器的部件布置在机车上。这些部件部分地既由主系统也由副系统使用。这详细是：

-柴油机

-发电机，用于产生所需的电功率

-(部分)中间电路

-变流器

-作为(一个或多个)牵引电动机的(一个或多个)三相异步电动机

-用于牵引电动机的冷却装置，

-压缩空气制动设备

-用于压缩空气制动设备的压缩系统

副系统的所有剩余的部件布置在车厢上。所述部件只由副系统使用。这是：

-集电器或受电弓

-主开关

-变压器

-四象限调节器

-(部分)中间电路

根据路线区段，在主系统与副系统之间在机车方面进行选择。分别需要的部件通过选择电路相互连接，以便根据路线区段运行机车。

机车因此包含用于在预设的第一路线中进行自给自足的、基于柴油的运行的所有需要的部件。

在优选的扩展设计中，可能的(部分)中间电路设计为例如可通过分离器断开(或者说分离)。

在优选的扩展设计中，用于可能的(部分)中间电路的连接点布置在机车的一个端部上或两个端部上，从而实现从机车外部的连接。

通过车厢和机车的部分中间电路的相应设计的电连接，产生能运行的机车-车厢配对车组。在此，车厢的能量供应系统与机车的驱动部件连接。选择性地通过一个或多个所安装的不同的能量供应系统进行车厢的能量供应。

在优选的扩展设计中，车厢的非必需的自由(或者说空闲)的空间或容积用于与能量供应的目的不同的目的，车厢的大小通常由运营者预设。这种自由的空间例如可以用于货物、邮件或人员的运输。

此外，自由的空间可以用于附加的服务提供(例如餐车运营、VIP休息室、针对商务旅客的工作区域)，以便附加地提高由机车和车厢构成的整体配对车组的经济性。

本发明能够通过将各个单独部件在空间上配置给机车或车厢以及通过部件的多重使用实现成本、体积和重量的节约。

与已知的现有技术相比减小或节约了维护和运行成本。

需要携带的车厢的重量明显小于迄今所需的第二机车的重量，从而此外节约了能量成本，并且减小了基础设施(轨道)的磨损。

本发明通过模块化的结构方式优化了成本和使用目的。

以下示例性地根据附图详细阐述本发明。

图1示出了本发明的优选的实施例，其具有主能量供应系统(主系统)和总共四个副能量供应系统(副系统)。

机车LOK具有主系统HA的所有部件，主系统在此示例性地是柴油驱动器。

借助牵引电动机FM驱动机车LOK，牵引电动机同样集成在机车LOK中。

此外，机车LOK具有以下部件，所述部件对于所述机车作为柴油机车的自给自足的运行是必需的。示例性地，在此涉及列车安全系统ZUGSI、控制系统STEU和驱动装置ANTA。

与机车LOK耦连的车厢WA具有四个副系统的部件。

在此涉及：

-第一副系统HS1，其构造为第一频率的交流电能量供应系统，

-第二副系统HS2，其构造为直流电能量供应系统，

-第三副系统BSZ，在使用燃料电池的情况下进行第三副系统的能量供应，和

-第四副系统BAT，在使用电池的情况下进行第四副系统的能量供应。

第一副系统HS1借助集电器SA1从路线网络提取功率。集电器SA1例如是布置在车厢WA的车顶上的可伸出或移入的集电器或受电弓。

第二副系统HS2借助集电器SA2从路线网络提取功率。在此四倍地设置的集电器SA2例如是侧面的可展开或折叠的集电器。

两个副系统HS1和HS2共同使用变压器或扼流圈TRAFO，所述变压器或扼流圈同样形成车厢WA的一部分。

此外，调节器4QS设置用于副系统HS1和HS2，所述调节器同样被共同使用，并且所述调节器形成车厢WA的另外的部分。

在此，调节器4QS针对第一副系统HS1构造为四象限调节器。调节器4QS针对第二副系统HS2构造为升压/降压斩波器。

四个副系统HS1至HS4的产生的牵引能量或功率从车厢WA通过线路DC-link(直流连接)到达机车LOK。

另外的线路STEUER在车厢WA与机车LOK之间在两侧传输必要的控制信号。

车厢WA可松开地或固定联接地与机车LOK连接。

借助线路DC-link，机车LOK可以由车厢WA提供DC电压。

为此需要的部件、例如整流器、变压器、平滑装置等布置在车厢WA上，以便产生为了驱动所需的能量。作为对此的备选，所述部件安置在机车LOK上。

所需的能量也可以用于给机车LOK的车载网络供电。

Claims (15)

1.一种用于驱动具有不同的能量供应系统的机车的装置，

-具有机车，所述机车包含作为主系统的主能量供应系统和驱动系统，其中，由主系统供应的能量作为驱动功率输入驱动系统并且由所述驱动系统用于使机车运动，

-具有车厢，所述车厢包含至少一个另外的能量供应系统作为副系统，其中，所述副系统与主系统在时间上错开地用于将驱动功率输入驱动系统，

-其中，既能够由主系统也能够由至少一个副系统使用的部件只设置一次，因此由主系统和至少一个副系统共同使用所述部件，并且

-其中，只能够由至少一个副系统使用的部件布置在所述车厢上。

2.根据权利要求1所述的装置，其中，所述另外的能量供应系统作为副系统布置在所述车厢上。

3.根据权利要求1或2所述的装置，其中，所述主系统的所需的部件完全布置在所述机车上，从而实现机车的自给自足的运行。

4.根据权利要求1或2所述的装置，其中，所述主系统的所需的部件至少部分布置在所述车厢上。

5.根据前述权利要求中任一项所述的装置，

-其中，所述车厢直接与机车耦连，或者

-其中，所述机车与所述车厢通过导引穿过另外的车厢的线路延长结构间接地连接。

6.根据前述权利要求中任一项所述的装置，其中，所述机车具有作为牵引电动机的三相异步电动机、用于牵引电动机的冷却装置、压缩空气制动设备和/或用于压缩空气制动设备的压缩系统，作为驱动系统的部件。

7.根据前述权利要求中任一项所述的装置，其中，对于基于交流电的副系统，

-所述车厢具有集电器、主开关、变压器和四象限调节器，作为副系统的部件，

-所述机车具有用于牵引电动机的变流器或变频器，作为主系统的部件，

-布置在四象限调节器与变流器之间的中间电路选择性地并且至少部分地布置在车厢上或机车上。

8.根据前述权利要求中任一项所述的装置，其中，对于基于直流电的副系统，

-所述车厢具有集电器、主开关并且可选地具有升压斩波器，作为副系统的部件，

-所述机车具有用于牵引电动机的变流器或变频器，作为主系统的部件，

-布置在主开关或升压斩波器与牵引电动机变流器之间的中间电路选择性地并且至少部分地布置在车厢上或机车上。

9.根据前述权利要求中任一项所述的装置，其中，对于基于柴油运行的副系统，

-所述车厢具有柴油机、与柴油机连接的用于产生所需的电功率或电能的发电机，并且可选地具有用于使电功率或电能与中间电路适配的变流器，作为副系统的部件，

-所述机车具有用于牵引电动机的变流器或变频器，作为主系统的部件，

-布置在发电机或选择性的变流器与牵引电动机变流器之间的中间电路选择性地并且至少部分地布置在车厢上或机车上。

10.根据前述权利要求中任一项所述的装置，其中，对于基于能量存储器运行的副系统，

-所述车厢具有能量存储器、尤其是蓄电池、带有燃料电池的氢存储器和/或超大电容器，作为副系统的部件，

-所述车厢可选地具有能量转换器，所述能量转换器将从能量存储器输入能量转换器的能量转换为电能，

-所述车厢可选地具有变流器，所述变流器用于使存储的能量与期望的中间电路电压适配，

-所述机车具有用于牵引电动机的变流器或变频器，作为主系统的部件，

-布置在能量存储器与牵引电动机变流器之间的中间电路选择性地并且至少部分地布置在车厢上或机车上。

11.根据前述权利要求中任一项所述的装置，

-其中，柴油驱动器构造为主系统，并且交流电驱动器构造为副系统，

-其中，所述车厢具有集电器、主开关、变压器和四象限调节器，作为副系统的部件，

-其中，所述机车具有柴油机、与柴油机连接的用于产生所需的电功率的发电机和变流器，作为主系统的部件，

-其中，布置在变流器与四象限调节器之间的中间电路选择性地并且至少部分地布置在车厢上或机车上。

12.根据前述权利要求中任一项所述的装置，

-其中，基于直流电的或基于交流电的能量供应系统构造为主系统，并且柴油驱动器构造为副系统，

-其中，所述车厢具有柴油机、发电机和用于产生直流连接中的直流电压的变流器，作为副系统的部件，

-其中，所述机车具有集电器、用于产生所需的电功率的与集电器连接的变压器或扼流圈和变流器，以及四象限调节器或升压斩波器或降压斩波器，作为主系统的部件，

-其中，布置在变流器与牵引电动机变流器之间的中间电路选择性地并且至少部分地布置在车厢上或机车上。

13.根据前述权利要求中任一项所述的装置，其中，可能的(部分)中间电路设计为能够通过分离器断开。

14.根据前述权利要求中任一项所述的装置，其中，用于可能的(部分)中间电路的连接点布置在所述机车的一个端部上或两个端部上，从而实现从所述机车外部的连接。

15.根据前述权利要求中任一项所述的装置，其中，所述车厢的非必需的自由的容积设计用于货物、邮件或人员的运输，或者用作服务区域。

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