DE2535418A1 - DRIVE DEVICE FOR VEHICLES, IN PARTICULAR RAILWAY VEHICLES - Google Patents
DRIVE DEVICE FOR VEHICLES, IN PARTICULAR RAILWAY VEHICLESInfo
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- B61C—LOCOMOTIVES; MOTOR RAILCARS
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- B61C9/38—Transmission systems in or for locomotives or motor railcars with electric motor propulsion
- B61C9/46—Transmission systems in or for locomotives or motor railcars with electric motor propulsion with motors forming parts of wheels
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- B60K—ARRANGEMENT OR MOUNTING OF PROPULSION UNITS OR OF TRANSMISSIONS IN VEHICLES; ARRANGEMENT OR MOUNTING OF PLURAL DIVERSE PRIME-MOVERS IN VEHICLES; AUXILIARY DRIVES FOR VEHICLES; INSTRUMENTATION OR DASHBOARDS FOR VEHICLES; ARRANGEMENTS IN CONNECTION WITH COOLING, AIR INTAKE, GAS EXHAUST OR FUEL SUPPLY OF PROPULSION UNITS IN VEHICLES
- B60K1/00—Arrangement or mounting of electrical propulsion units
Description
British Railways Board, 222, Marylebone Road, London,British Railways Board, 222, Marylebone Road, London,
N.W.l, EnglandN.W.l, England
"Antriebsvorrichtung für Fahrzeuge, insbesondere Eisenbahnfahrzeuge ""Drive device for vehicles, in particular railway vehicles "
Die Erfindung bezieht sich auf Fahrzeugesantriebseinrichtungen, die einen Elektromotor benutzen, insbesondere aber nicht ausschließlich auf Eisenbahnfahrzeuge .The invention relates to vehicle propulsion devices using an electric motor, in particular but not exclusively on railway vehicles.
Der Antrieb zwischen Motor und Achse eines elektrisch betriebenen Eisenbahnfahrzeugfahrgestells weist normalerweise eine von zwei Formen auf:The drive between the engine and the axle of an electrically operated railway vehicle chassis normally has one of two forms:
a) Der Motor ist innerhalb des Aufbaus des Fahrzeuges angebracht und der Antrieb der Achse erfolgt durch Kardanwellen und durch eine direkte Endübersetzung.a) The motor is mounted inside the body of the vehicle and the axle is driven by Cardan shafts and a direct final transmission.
b) Der Motor ist auf dem Fahrgestell befestigt oder hängt an der Achse und der Antrieb erfolgt mit Hilfe eines Stirnrädergetriebepaares und möglicherweise mit einer Riemenspannrolle.b) The motor is attached to the chassis or hangs on the axle and the drive is carried out with help a pair of spur gears and possibly with a belt idler.
Beide Systeme beinhalten irgendeine Form von Rädergetriebe im Antrieb; die zusätzliche Komplexität von a) ist gerechtfertigt durch die Vorteile eines vollständig hängenden Motors.Both systems involve some form of gear train in the drive; is the added complexity of a) justified by the benefits of a completely hanging motor.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Elimination der äußeren Übersetzung.The object of the present invention is to eliminate the external translation.
Dies wird gemäß der Erfindung dadurch erreicht, daß der Motor innerhalb einer drehbaren röhrenförmigen Radachse des Fahrzeugs angebracht und treibend mit der Achse verbunden ist, um die Achse rotieren zu lassen.This is achieved according to the invention in that the motor is within a rotatable tubular wheel axle of the vehicle and drivingly connected to the axle to rotate the axle.
Gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung, weist der Motor einen zentralen Stator und einen umlaufenden Rotor an der inneren Oberfläche der röhrenförmigen Radachse auf.According to a first embodiment of the invention, the motor has a central stator and a rotating one Rotor on the inner surface of the tubular wheel axle.
Nach einem zweiten Ausführungsbeispiel derErfindung ist ein kleiner Hochgeschwindigkeitsmotor von herkömmlicher Bauweise innerhalb einer röhrenförmigen Achse angebracht und treibt diese Achse über ein Planetgetriebe an, das ebenfalls innerhalb der Achse angeordnet ist.According to a second embodiment of the invention, a small high speed motor is conventional Construction mounted within a tubular axle and drives this axle via a planetary gear, the is also arranged within the axis.
Wegen der harten Umgebungsbedingungen unter denen der Motor bei Anwendung im Eisenbahnbetrieb arbeiten muß und der hohen Geschwindigkeit die benötigt wird, wird ein Wechselstromkäfigrotor oder möglichst ein Induktionsmotor mit un]aäniertem Rotor bevorzugt. Um ein hohes Anfangsdrehmoment und ausreichende Leistung bei Geschwindigkeit zu erhalten, dient als Versorgung des Motors vorzugsweise dreiphasiger Wechselstrom, in Form von variabler Frequenz, der von einem statischen Inventor oder einer rotierenden elektrischen Maschine abgeleitet wird, die mit veränderbarer Geschwindigkeit läuft.Because of the harsh environmental conditions under which the engine has to work when used in railway operations and the high speed that is required, an AC cage rotor or, if possible, an induction motor with a non-modified rotor is preferred. To have a high starting torque and sufficient power at speed To get the motor, preferably three-phase alternating current, in the form of variable frequency derived from a static inventor or a rotating electrical machine that runs at a variable speed.
Die beiden obengenannten Ausführungsbeispiele werden nun beispielsweise und im Bezug auf die beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Dabei zeigt:The two above-mentioned exemplary embodiments will now be described by way of example and with reference to the accompanying drawings explained in more detail. It shows:
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2535^182535 ^ 18
Fig. 1 einen Teilschnitt eines ersten Ausführungsbeispiels, und Fig. 1 is a partial section of a first embodiment, and
Fig. 2 einen Teilschnitt eines zweiten Ausführungsbeispiels. Fig. 2 is a partial section of a second embodiment.
In Fig. 1 und 2 ist ein Radsatz eines Eisenbahnfahrzeuges gezeigt, das umfaßt eine röhrenförmige Achse 1 mit Rädern 2 die mit der Achse 1 verbunden sind, um mit ihr zu rotieren. Die Enden der röhrenförmigen Achse 1 sind drehbar in den Achslagerbuchsen j5 angebracht.In Fig. 1 and 2, a wheel set of a railway vehicle is shown, which comprises a tubular axle 1 with wheels 2 connected to axis 1 to rotate with it. The ends of the tubular shaft 1 are rotatable mounted in the axle bearing bushes j5.
Gemäß Fig. 1 ist innerhalb der röhrenförmigen Achse 1 ein Induktionsmotor eingebaut. Dieser umfaßt einen zentralen Stator 4 der einen üanirierten statorkern hat, der in zwei Pakete von radialen Laminierungen 5 und 6 geteilt ist, die in Achsrichtung entlang der röhrenförmigen Achse 1 einen Abstand haben und von einer Form-Röhre 7 getragen werden. Die Statoriantderungen sind festgeklemmt und miteinander verbunden um Schubbelastungen auszuhalten. Ständerwicklungen 8 sind in Schlitzen im äußeren Umkreis des Statorkerns angebracht, die sich in Achsrichtung erstrecken. Der Stator K wird innerhalb der röhrenförmigen Achse von hohlen Stangen 9 und 10 getragen die in ihren inneren Enden in geeigneter Weise an dem Stator befestigt und an ihrem äußeren Ende in den Achslagerbuchsen 3 gelagert sind. Eine oder beide Stangen 9 und 10 wirken als Drehmomentreaktionsstangan um die Rotation des Stators zu behindern. Die Stange 9 dient dazu, die (nicht dargestellten) elektrischen Leitungen aufzunehmen die zu den Statorwindungen 8 führen und die andere Stange 10 dient als Luftkanal um unter Druck stehende kalte Luft in den Motor zu leiten. Die Formröhre 7 ist mit einerAccording to FIG. 1, an induction motor is installed within the tubular axis 1. This comprises a central stator 4 which has an ironed stator core which is divided into two packets of radial laminations 5 and 6 which are axially spaced along the tubular axis 1 and which are carried by a shaped tube 7. The stator changes are clamped and connected to each other to withstand shear loads. Stator windings 8 are attached in slots in the outer circumference of the stator core, which extend in the axial direction. The stator K is supported within the tubular axis by hollow rods 9 and 10 which are fastened in a suitable manner to the stator at their inner ends and which are supported in the axle bearing bushes 3 at their outer end. One or both of the rods 9 and 10 act as a torque reaction rod to impede the rotation of the stator. The rod 9 serves to accommodate the electrical lines (not shown) which lead to the stator windings 8 and the other rod 10 serves as an air duct to conduct pressurized cold air into the motor. The shaped tube 7 is with a
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2 5 3 5 A 1 82 5 3 5 A 1 8
Öffnung 11 versehen, die mit dem Raum zwischen den Stator-Lamellen-Paketen 5 und 6 ausgerichtet und größer ist als dieser Zwischenraum. Von dort gelangt die unter Druck stehende Luft die durch die Stange 10 ankommt durch die Öffnung 11 und teilt sich in einen Luftstrom in den Stator zwischen der Form-Röhre 7 und den statorüaninterungen und in einen Luftstrom in die Motorluftspalte 12 durch den Raum zwischen den Lamellen-Pak-eten 5 und 6.Opening 11 provided with the space between the stator laminations 5 and 6 are aligned and larger than this gap. From there it comes under pressure standing air that arrives through the rod 10 through the opening 11 and splits into an air stream in the Stator between the form tube 7 and the stator interiors and into an air flow into the engine air gaps 12 through the space between the lamella packets 5 and 6.
Der Rotor 1J> des Motors umgibt den Stator 4 und weist einen Rotorkern 14 auf, der fest mit der inneren Oberfläche der röhrenförmigen Achse 1 verbunden oder mit ihr integriert ist. So kann der Rotorkern 14 eine Lamellen-Konstruktion .sein, wobei die Lamellen einen festen Sitz in der röhrenförmigen Achse 1 haben. Falls Befestigungsringe an den Enden des Rotorkerns 14 angebracht sind, kann durch eine Spannung in Achsenrichtung der röhrenförmigen Achse 1 eine Verdichtung der Rotorlamellen stattfinden. Der Rotorkern 14 trägt eine Kurzschlußwindung 15.The rotor 1J> of the motor surrounds the stator 4 and has a rotor core 14 which is fixedly connected to or integrated with the inner surface of the tubular axis 1. Thus, the rotor core 14 can be of a lamellar construction, the lamellas having a tight fit in the tubular axis 1. If fastening rings are attached to the ends of the rotor core 14, a compression of the rotor lamellae can take place by a tension in the axial direction of the tubular axis 1. The rotor core 14 has a short-circuit winding 15.
Mit Rotorlagern nur an den Achsenkästen könnte die hohe Beschleunigung die an den Achsen vorherrscht in Ausgleichsbewegungen des Rotors und Stators resultieren und möglicherweise körperlichen Kontakt verursachen, wenn nicht die Steifheit genügend groß gemacht ist. Um dies abzuwenden können weitere Lager zwischen der Statorstange 10 und der röhrenförmigen Achse 1 angebracht werden (die möglichst nahe an dem Stator vorgesehen sind, um die Auswirkungen von Ausgleichsschwingungen minimal zu halten.With rotor bearings only on the axle boxes, the high acceleration prevailing on the axles could result in compensatory movements of the rotor and stator and possibly cause physical contact if the rigidity is not made sufficiently high. To avoid this, further bearings can be fitted between the stator rod 10 and the tubular axis 1 ( which are provided as close as possible to the stator in order to keep the effects of compensatory vibrations to a minimum.
Gemäß Fig. 2 ist ein Motor 20 in Form eines herkömmlichen Induktionsmotors durch ein Gehäuse 21 innerhalb der röhrenförmigen Achse 1 getragen. An einem Ende des MotorgehäusesReferring to Fig. 2, a motor 20 in the form of a conventional induction motor is supported by a housing 21 within the tubular Axis 1 carried. At one end of the motor housing
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wird dieses von einer Stange 22 unterstützt, die in einem der Achsenlagerbuohsen 3 befestigt ist. Das andere Ende des Motorgehäuses 21 wird durch das feste Ende eines Planetengetriebes 23 an einer Stange 24, die im anderen Achsenlager 3 befestigt ist, getragen. Die Stangen 22 und 24 dienen dann als Drehmomentsreaktionsstangen. Die Motorwelle 25 ist in einem Lager in einem Planetenkäfig 2β des Planetengetriebes 23 gehalten. Eine Seite des Planeten-Käfigs 26 ist am Motorgehäuse 21 befestigt und die andere Seite ist mit der Stange 24 verbunden und dient so als stützende Verbindung zwischen Motor-Gehäuse 21 und Stange 24. Die Motorwelle 25 trägt ein Sonnengetriebe 27 das mit den Planetengetrieben 28 ineinandergreift, die vom Planetenkäfig 26 getragen werden und die umgekehrt mit einem Ringegetriebe 29 kämmt, das mit der inneren Oberfläche der röhrenförmigen Achse 1 verbunden ist.this is supported by a rod 22, which in a the axle bearing bushes 3 is attached. The other end of the motor housing 21 is through the fixed end of a planetary gear 23 on a rod 24 in the other Axle bearing 3 is attached, worn. The rods 22 and 24 then serve as torque reaction rods. the Motor shaft 25 is held in a bearing in a planetary cage 2β of planetary gear 23. One side of the planet cage 26 is attached to the motor housing 21 and the other side is connected to the rod 24 and thus serves as a supporting connection between the motor housing 21 and rod 24. The motor shaft 25 carries a sun gear 27 meshes with the planetary gears 28 from Planet cage 26 are carried and the reverse meshes with a ring gear 29, which with the inner surface the tubular axis 1 is connected.
Die Größe eines Induktionsmotors hängt hauptsächlich vom maximalen Drehmoment, das es liefern soll, ab und ist relativ unabhängig von der Rotationsgeschwindigkeit. Da die Ausgangsleistung eines Motores das Produkt von Drehmoment und Geschwindigkeit ist, folgt, daß ein Hochgeschwind igkeitsmo tor hergestellt werden kann, der ein großes Leistungs-Gewicht- und Leistungs-Größe-Verhältnis aufweist.The size of an induction motor depends mainly on the maximum torque it is supposed to deliver, and is relatively independent of the speed of rotation. Because the output power of an engine is the product of torque and speed, it follows that a high-speed motor can be manufactured which has a has great power-to-weight and power-to-size ratio.
Ein Hochgeschwindigkeitsmotor von genügend hoher Ausgangsleistung kann so gebaut werden, daß er vollständig innerhalb der röhrenförmigen Achse Platz findet. Die Konstruktion kann vollkommen herkömmlich sein, aber mit besonderer Aufmerksamkeit gegenüber der Lager und der Vorsorgung mit genügender Kühlung.A high speed motor of sufficiently high output power can be built so that it is completely within the tubular axis takes place. The construction can be entirely conventional, but with special attention compared to the warehouse and the supply with sufficient cooling.
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Die Reduktion die zwischen Motorwelle und Achse notwendig ist, kann zu groß sein um nur von einem Planetengestriebesatz gehandhabt zu werden, s-o daß ein Doppelgetriebe dann anzuwenden wäre. Eine Betätigung der Getriebe bei solch hohen Geschwindigkeiten macht besondere Aufmerksamkeit hinsichtlich der Schmierung nötig und ein Ölnebelschmiersystem kann benötigt werden.The reduction that is necessary between the motor shaft and the axis can be too great for just one planetary gear set to be handled, s-o that a double gear would then have to be used. An actuation of the gearbox at Such high speeds require special attention to lubrication and an oil mist lubrication system may be needed.
Die beiden oben beschriebenen Ausführungsbeispiele weisen folgende Vorteile auf:The two exemplary embodiments described above have the following advantages:
a) Sie stellen wenige spezielle Anforderungen an den Aufbau der Fahrgestelle und machen es möglich, daß dieselben Fahrgestellrahmen für angetriebene und nichtangetriebene Fahrgestelle verwendet werden können. a) They have few special requirements for the structure of the chassis and make it possible that the same chassis frames can be used for driven and non-driven chassis.
b) Sie ermöglichen den Ersatz von Gleichstrommotoren durch Wechselstrominduktionsmotoren und verringern so Instandhaltungskosten und vergrößern die Zuverlässigkeit durch den Wegfall von Kommutatoren.b) They allow the replacement of DC motors by AC induction motors and reduce so maintenance costs and increase reliability by eliminating commutators.
Das erste Ausführungsbeispiel weist den zusätzlichen Vorteil auf, daß jegliches Getriebe zwischen Motor und Achse entfällt.The first embodiment has the additional advantage that any transmission between the motor and the axle not applicable.
Die Erfindung ist nicht auf die dargestellten und beschriebenen AusfUhrungsbeispiele beschränkt. Sie umfaßt auch alle fachmännischen Abwandlungen sowie Teil- und Unterkombinationen der beschriebenen und/oder dargestellten Merkmale und Maßnahmen.The invention is not limited to the illustrated and described exemplary embodiments. It includes also all professional modifications as well as partial and sub-combinations of the described and / or illustrated Features and measures.
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