DE10117031A1

DE10117031A1 - Power train for rail vehicles

Info

Publication number: DE10117031A1
Application number: DE10117031A
Authority: DE
Inventors: Andreas Joeckel
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 2001-04-05
Filing date: 2001-04-05
Publication date: 2002-11-07
Also published as: ATE348741T1; EP1247713A3; DE50208981D1; EP1247713A2; EP1247713B1

Abstract

The propulsion drive uses permanent magnet synchronous motors (3) for driving each of the individual wheels (1) directly or via an intermediate drive, with an electrical coupling provided by connecting the motors for the left and right wheels of each wheel axle in parallel to a common current regulator (4).

Description

Die Erfindung betrifft ein angetriebenes Fahrwerk für Schie nenfahrzeuge ohne Radsätze.The invention relates to a powered chassis for shooting internal vehicles without wheelsets.

Bei Schienenfahrzeugen wird in der Regel ein gesamter Radsatz durch einen Motor angetrieben. Die Niederflurigkeit, insbe sondere moderner Straßenbahnen erzwingt die Auflösung des Radsatzes und führt zu Einzelrädern oder über je einen Längs motor mechanisch gekoppelten seitlichen Radpaaren.Rail vehicles generally have an entire wheel set powered by a motor. The low floor, esp particularly modern trams force the dissolution of the Wheelset and leads to individual wheels or over a longitudinal motor mechanically coupled side wheel pairs.

So ist ein einzelner Radantrieb für ein elektrisches Fahrzeug bei dem ein Motor mit seinem Stator an einem ersten Fahrwerk befestigt ist und bei dem sich das erste Fahrwerksteil über eine Primärfederung in einen ungefederten zweiten Fahrwerks teil abstützt auf dem das Einzelrad drehbar gelagert ist, be kannt. Dabei überträgt der Rotor des Motors sein Drehmoment über eine Kupplungseinrichtung deren radiale Beweglichkeit größer ist als der Federweg der Primärfederung. Dieser Ein zelradantrieb, der insbesondere für elektrisch angetriebene Schienenfahrzeuge geeignet ist, hat den Vorteil, dass der An teil an ungefederten Massen gering ist.So is a single wheel drive for an electric vehicle in which a motor with its stator on a first chassis is attached and in which the first chassis part over a primary suspension in an unsprung second chassis partially supports on which the single wheel is rotatably mounted, be known. The motor rotor transmits its torque via a coupling device the radial mobility is greater than the spring travel of the primary suspension. This one zelradantrieb, especially for electrically driven Rail vehicles is suitable has the advantage that the An part of unsprung masses is low.

Eine mechanische Kopplung seitlicher Radpaare ist aus der DE 44 46 043 C1 bekannt, bei der ein Fahrwerk mit zwei paral lelen Längsträgern, die durch wenigstens einen Querträger miteinander verbunden sind, und zwei Radpaaren aus jeweils zwei Einzelrädern, wobei wenigstens zwei axial gegenüberlie gende Einzelräder von jeweils einem Motor mit Getriebe ange trieben sind und jedes Einzelrad in einer Radschiene drehbar gelagert ist, wobei die Radschienen jeweils parallel zur Fahrwerkslängsachse an beiden Enden von parallelen Fahrwerks teilen angeordnet und um ein Gelenk vertikal auslenkbar sind, und die Motoren mit ihren Längsachsen parallel zu den Längsträgern angeordnet und die Radschienen als Getriebegehäuse ausgebildet sind.A mechanical coupling of side pairs of wheels is from the DE 44 46 043 C1 known, in which a chassis with two paral lelen side members by at least one cross member are connected to each other, and two pairs of wheels each two individual wheels, at least two axially opposite single wheels of one engine with gearbox are driven and each individual wheel rotatable in a wheel rail is mounted, the wheel rails each parallel to Longitudinal chassis axis at both ends of parallel chassis parts arranged and vertically deflectable around a joint, and the motors with their longitudinal axes parallel to the longitudinal beams arranged and the wheel rails as a gear housing are trained.

Bei diesem Stand der Technik werden die Einzelräder oder die Einzelradpaare von je einem Asynchronfahrmotor angetrieben, die an einem gemeinsamen Pulswechselrichter elektrisch paral lelgeschaltet sind. Dadurch sind sie über eine elektrische Schlupfkupplung gekoppelt und nicht drehzahlstarr gekoppelt. Nachteilig dabei ist, dass durch die Elimination der Radsatz welle die eigenstabile Spurführung des Radsatzes, d. h. des Sinuswellenlaufes, verloren geht, was zu erhöhtem Verschleiß an Rädern und Schienen führt. Außerdem führt die bekannte Lö sung zu einem schlechten Geradeauslauf bei Schienenfahrzeugen ohne Radsätze.In this prior art, the individual wheels or the Independent wheel pairs each driven by an asynchronous drive motor, the electrically parallel to a common pulse inverter are switched on. This makes them electrical Slip clutch coupled and not rigidly coupled. The disadvantage here is that by eliminating the wheelset wave the inherently stable tracking of the wheelset, d. H. of Sine wave running, is lost, leading to increased wear leads on wheels and rails. In addition, the well-known Lö solution to poor straight running in rail vehicles without wheelsets.

Ausgehend davon, liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Fahrwerk eines Schienenfahrzeugs zu schaffen, das die o ben genannten Nachteile vermeidet und ein wirtschaftliches Antriebskonzept eines derartigen Fahrwerks ermöglicht.Proceeding from this, the object of the invention is to create a chassis of a rail vehicle that the o ben mentioned disadvantages avoided and an economic Drive concept of such a chassis allows.

Die Lösung der gestellten Aufgabe gelingt durch ein Trieb fahrwerk nach Anspruch 1 oder Anspruch 4.The task is solved by a drive Chassis according to claim 1 or claim 4.

Erfindungsgemäß ist durch die Ausführung eine Kopplung der beiden einzeln angetriebenen Einzelräder oder Einzelradpaare über eine elektromagnetische Drehfeder geschaffen. Dies führt zu einem deutlich verbesserten Geradeauslauf der Schienen fahrzeuge gegenüber Schienenfahrzeugen mit Asynchronfahrmoto ren ohne Radsätze. Damit wird der Verschleiß an Rädern und Schienen reduziert. Dies führt u. a. zu einem erhöhten Fahr komfort der Fahrgäste.According to the invention is a coupling of the execution both individually driven single wheels or single wheel pairs created via an electromagnetic torsion spring. this leads to for a significantly improved straight running of the rails vehicles versus rail vehicles with asynchronous driving moto ren without wheelsets. This will reduce wear on wheels and Rails reduced. This leads u. a. to an increased driving Passenger comfort.

Es ist somit eine elektromagnetische Radsatzwelle geschaffen, die wie eine mechanische Radsatzwelle keinerlei zusätzlichen Software- oder Inbetriebnahmeaufwand erfordert. Die elektro magnetische Radsatzwelle funktioniert auch bei Ausfall oder Abschalten eines die permanentmagneterregten Synchronmotoren speisenden Umrichters, insbesondere Pulswechselrichters und bei reinem Rollen des Fahrzeugs durch permanente Erregung der Synchronmotoren. Durch Verwendung permanenterregter Synchron motoren erhöht sich der Antriebswirkungsgrad, und außerdem werden elektrische Geräusche und Pendelmomente der Fahrmoto ren gegenüber Asynchronmotoren verringert.An electromagnetic wheel set shaft is thus created, like a mechanical wheelset shaft, no additional Software or commissioning effort required. The electro magnetic wheelset shaft also works in the event of failure or Switch off one of the permanent magnet excited synchronous motors feeding converter, in particular pulse inverter and with pure rolling of the vehicle through permanent excitation of the Synchronous motors. By using permanently excited synchronous motors increases drive efficiency, and also electrical noises and pendulum moments of the driving motor ren compared to asynchronous motors.

Die Synchronmotoren treiben die Einzelräder entweder direkt an oder sind über Getriebe mit den Einzelrädern oder Einzel radpaaren mechanisch gekoppelt.The synchronous motors either drive the individual wheels directly on or are gearboxes with single wheels or single wheel pairs mechanically coupled.

Die Verwendung eines derartigen Antriebssystems ist insbeson dere bei Niederflurstraßenbahnen ohne Radsätze vorteilhaft.The use of such a drive system is in particular advantageous for low-floor trams without wheelsets.

Die Erfindung sowie weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung gemäß Merkmalen der Unteransprüche werden im fol genden anhand schematisch dargestellter Ausführungsbeispiele in der Zeichnung näher erläutert, darin zeigen:The invention and further advantageous configurations of the Invention according to the features of the subclaims are in the fol genden on the basis of schematically illustrated embodiments explained in more detail in the drawing, showing:

Fig. 1 den prinzipiellen Einzelradantrieb eines Fahrwerks, Fig. 1 shows the basic single wheel of a landing gear,

Fig. 2 den prinzipiellen Einzelradpaarantrieb eines Fahr werks, Fig. 2 shows the basic Einzelradpaarantrieb factory of an accelerator,

Fig. 3 den prinzipiellen Einzelradpaarantrieb mit Getriebe eines Fahrwerks, Fig. 3 shows the basic Einzelradpaarantrieb with gearbox of a landing gear,

Fig. 4 einen weiteren Einzelradpaarantrieb mit Getriebe. Fig. 4 shows another single wheel pair drive with gear.

Fig. 1 zeigt den prinzipiellen Antrieb eines Fahrwerks mit seinen Einzelrädern 1. Die Einzelräder 1 werden über Kupp lungseinrichtungen 2 von einem Synchronmotor 3, vorzugsweise einem permanentmagneterregten Synchronmotor, angetrieben. Die elektrische Versorgung der Synchronmotoren 3 von axial neben einander liegenden Einzelrädern 1 erfolgt jeweils über einen Pulswechselrichter 4. Dabei können die Synchronmotoren 3 sich an den Querträgern des Fahrwerks oder an nicht näher darge stellten Längsträgern befinden. Fig. 1 shows the basic drive of a chassis with its individual wheels 1. The individual wheels 1 are driven via coupling devices 2 by a synchronous motor 3 , preferably a permanent magnet-excited synchronous motor. The electrical supply of the synchronous motors 3 from axially adjacent individual wheels 1 takes place in each case via a pulse inverter 4 . The synchronous motors 3 can be located on the cross members of the undercarriage or on longitudinal members not shown in detail.

In einer weiteren Ausführungsform sind zwei Einzelräder 1, die sich in Fahrtrichtung hintereinander befinden, jeweils einem Synchronmotor 3 zugeordnet, der diese Einzelräder über eine mechanische Kupplungseinrichtung 2 direkt antreibt.In a further embodiment, two individual wheels 1 , which are located one behind the other in the direction of travel, are each assigned to a synchronous motor 3 , which drives these individual wheels directly via a mechanical clutch device 2 .

Fig. 3 zeigt beispielhaft eine weitere Ausführungsform der Fig. 2 bei der der Antrieb der Einzelräder 1 nicht direkt, sondern über ein Getriebe 5 erfolgt. Als Kupplungseinrichtung 2 sind bei den beschriebenen Ausführungsformen winkel- und axial nachgiebige Kupplungen vorgesehen, wie z. B. Laschen, Bogen zahn- oder Keilpaketkupplungen. Anstelle von winkel- und axi al nachgiebigen Kupplungen können auch radial- und axial nachgiebigen Kupplungen, z. B. Parallelkurbel- und Dreiring lenkerkupplungen eingesetzt werden. FIG. 3 shows, by way of example, a further embodiment of FIG. 2 in which the individual wheels 1 are not driven directly but via a gear 5 . As a coupling device 2 angular and axially flexible couplings are provided in the described embodiments, such as. B. tabs, elbow tooth or wedge packet couplings. Instead of angular and axi al flexible couplings can also radially and axially flexible couplings, for. B. Parallel crank and three-ring link couplings are used.

Fig. 4 zeigt eine Ausführung, bei der hintereinanderliegende Einzelräder 1 mechanisch starr gekoppelt sind. Diese Kupp lungseinrichtung 2 kann auch über ein Getriebe 5 erfolgen. Als Kupplungseinrichtung 2 eignen sich auch die unter Fig. 3 beschriebenen Ausführungsformen. Es werden somit zwei Einzel räder 1 über einen Synchronmotor 3 angetrieben. Die beiden Synchronmotoren 3 eines Fahrwerks sind elektrisch parallel geschaltet und werden von einem gemeinsamen Pulswechselrich ter gespeist. Fig. 4 shows an embodiment, are mechanically rigidly coupled in consecutive individual wheels 1. This hitch be device 2 can also be done via a gear 5 . The embodiments described under FIG. 3 are also suitable as coupling device 2 . There are thus two individual wheels 1 driven by a synchronous motor 3 . The two synchronous motors 3 of a chassis are electrically connected in parallel and are fed by a common pulse inverter.

Bei Ausführung der Einzelradantriebe nach Fig. 1 sind die Syn chronantriebe als Innenläufer- oder auch als Außenläufermotor vorgesehen.In embodiments of the single-according to Fig. 1, the Syn chronantriebe are provided as internal rotor or an external rotor motor.

Die erfindungsgemäß gebildete elektromagnetische Radsatzwelle funktioniert auch bei Ausfall oder Abschalten des Pulswech selrichters und reinem Ausrollen des Fahrzeugs aufgrund der Permanenterregung der Synchronmotoren 3. Die elektromagneti sche Radsatzwelle erfordert weiterhin keinerlei Software- oder Inbetriebnahmeaufwand. Sie reduziert den Verschleiß an Rädern und Schienen, führt zu einem erhöhten Fahrkomfort, und reduziert durch die elektrische Parallelschaltung der Fahrmotoren, insbesondere permanenterregte Synchronmotoren 3, die Anzahl der erforderlichen Pulwechselrichter.The electromagnetic wheelset shaft formed according to the invention also functions in the event of failure or switching off of the pulse changer and the vehicle coasting only due to the permanent excitation of the synchronous motors 3 . The electromagnetic wheel set shaft still requires no software or commissioning effort. It reduces wear on wheels and rails, leads to increased driving comfort, and reduces the number of required pulse inverters due to the electrical parallel connection of the driving motors, in particular permanent-magnet synchronous motors 3 .

Claims

1. Paint the running gear of a rail vehicle with the following characteristics:

- Single wheels ( 1 ), which are driven by permanently excited synchronous motors ( 3 ),
- An electrical coupling of the two opposite individual wheels ( 1 ) by connecting in parallel and feeding both synchronous motors ( 3 ) via a common converter, in particular a pulse inverter ( 4 ).

2. Driving gear according to claim 1, characterized in that the synchronous motors ( 3 ) drive the individual wheels ( 1 ) directly.

3. Motor bogie according to claim 1, characterized in that the synchronous motors (3) drive the individual wheels (1) via a transmission (3).

4. Drive undercarriage according to claim 1, characterized in that instead of mechanically decoupled individual wheels ( 1 ), two individual wheels ( 1 ) are mechanically rigidly coupled in series and are driven by a common synchronous motor ( 3 ), the two synchronous motors assigned to a running gear ( 3 ) are electrically connected in parallel and are fed by a common converter, in particular a pulse inverter ( 4 ).

5. Drive undercarriage according to claim 4, characterized in that the mechanically rigidly coupled single wheels ( 1 ) are driven by a syn chronomotor ( 3 ) via a gear ( 5 ).

6. Use of an engine under one or more of the preceding claims, especially in low-floor trams.