DE647870C

DE647870C - Brake assembly for electric vehicles

Info

Publication number: DE647870C
Application number: DEA71130D
Authority: DE
Inventors: Ernst Dozler
Original assignee: AEG AG
Current assignee: AEG AG
Priority date: 1933-08-11
Filing date: 1933-08-11
Publication date: 1937-07-15

Description

Eremsanordnung für elektrische Fahrzeuge Die Bei*agen zu elektrisch durch Kurzschlußbrems-ung der Motoren gebremsten Triebwagen sind häufig mit Solenoidreibungsbremsen ausgerüstet, deren Solenoide von dem durch die Motoren des Triebwagens erzeugten Bremsstrom gespeist werden. Man erreicht damit den sehr wichtigen Vorteil, daß die Bremswirkung der ' mechanischen Sölenoidbrenisen ohne besondere Steuergeräte der Bremswirkung der Triebmotoren selbsttätig angepaßt bleibt. Da die mechanischen Solenoidbremsen - einem dauernden Verschleiß unterlibgen und da sie ferner durch zu starke Ingebrauchnalime zum Feststellen derAchsen neigen, wurde an ihrer Stelle die- Verwendung von Wirbelstrombrernsen vorgieschlagen. Es Hegt nahe, ihre Erregung ebenfalls durch den Bremsstrom der Triebniotoren bewirken zu lassen, um von anderen Spannungsquellen unabhängig zu sein und um für sie keiner besonderen Regelungseinrichtungen zu bedürfen. Die Wirbelstrombremsen weisen aber den Nachteil auf, daß ihr Bremsmoment in erheblichem Maße von der Drehzahl abhängig ist. Nach dem derzeitigen Stand der Kenntnisse von den Vorgängen in Wirbelstrombremsen ist ein sehr starker Anstieg des Bremsmomentes mit fallender Drehzahl bis zu einer bestimmten Drehzahl herab, bei welcher die Umkehrung der Beziehungen beginnt, verbunden. Diese Verhältnisse lassen sich aus den graphischen Darstellungen in der Abb. i entnehmen. Die Kurve M, stellt den Verlauf des Bremsmomentes in Abhängigkeit von der Drehzahl bei einer bestimmten gleichbleibenden Erregung dar, d.h-. unter der Bedingung, daß der Strom in den Erregerwicklungen der Wirbelstrombremse unveränderlich bleibt.Brake arrangement for electric vehicles The accessories to railcars that are electrically braked by short-circuit braking of the motors are often equipped with solenoid friction brakes, the solenoids of which are fed by the braking current generated by the motors of the railcar. This achieves the very important advantage that the braking effect of the 'mechanical Sölenoidbrenisen is adjusted automatically without special control units of the braking effect of the traction motors. Since the mechanical solenoid brakes - are subject to permanent wear and tear and since they also tend to lock the axles due to excessive use, the use of eddy current brakes has been proposed in their place. It suggests itself to have their excitation caused by the braking current of the drive motors, in order to be independent of other voltage sources and so that no special regulating devices are required for them. However, eddy current brakes have the disadvantage that their braking torque is dependent to a considerable extent on the speed. According to the current state of knowledge of the processes in eddy current brakes, a very strong increase in the braking torque is associated with falling speed down to a certain speed at which the inversion of the relationship begins. These relationships can be seen from the graphs in Fig. I. The curve M represents the course of the braking torque as a function of the speed with a certain constant excitation, ie-. on the condition that the current in the excitation windings of the eddy current brake remains unchanged.

Durch die Erfindung wird nun über einen großen Drehzahlbereich eine gleichbleibende Bremswirkung der Wirbelstrombremse erzielt, und zwar dadurch, daß außer der nur von der Klemmenspannung des bremsenden Motors abhängigen Erregerwicklung bei der Wirbelstrombrenise noch eine nur vom Kurzschlußbrenisstroin des M-otors abhängige, der ersten entgegenwirkende Erregerwicklung angeordnet ist, die erst unterhalb einer bestimmten Klemmenspannung des bremsenden Motors eingeschaltet wird. Die Einsclialtung dervom Kurzschlußbremsstroni durchflossenen Erregerwicklung geschieht durch ein SpannungsreIais, da dieses unabhängig von der jeweiligen Stromstärke bei der richtigen Spannung anspricht.The invention is now over a large speed range constant braking effect of the eddy current brake achieved by the fact that except for the excitation winding, which only depends on the terminal voltage of the braking motor with the eddy current breeze one more only from the short-circuit burns troin of the M-motor dependent, the first counteracting excitation winding is arranged, the only is switched on below a certain terminal voltage of the braking motor. The excitation winding through which the short-circuit brake current flows is connected by a voltage relay, as this is independent of the current intensity responds to the correct voltage.

Es sind schon Bremsanordnungen für elektXische Fahrzeuge bekanntgeworden, bei welchen eine Wirbelstrombremsie von in Kurzschlußbremsschaltung willkürlich auf Stromstärke geregelten Maschinen gespeist wird. Dabei ist jedoch die Erregung der Bremse nur vom Strom des Breinsgenerators abhängig. Die Einschaltung der Bremse geschieht zwar durch einen Differentialapparat in Abhängigkeit von der Klen-imenspannungdes Breinsgenerators, doch ist dies einwesentlich anderer Vorgang als bei der erfindungsgemäßen Bremsanordnung. Hierbei erfolgt nämlich die Erregung der Bremse durcheinen Strom, der ausschließlich von der Klemmen-. spannung des Bremsgenerators über dessen ganzen Drehzalilbereich abhängig ist. Effie# andere vorveröff,--ntlichte Bremsschaltung weist zwar ebenfalls außer einer Stromabhängigkeit auch eine spannun,-sabhängige Erregung auf. Doch sind diese beiden Erregunn dabei nicht in Gegenverbundschaltung ge 0' ..elegt. Deshalb ist auch hierbei das Bremsmoment -nicht von der Drehzahl der Fahrmotoren unabhängig, da die Breinskennlinie der Wirbelstrombremse in ihrem ersten Teil ein umgekehrtes Verhalten aufweist wie der gesch windigkeitsabhängige Verlauf des Reibungsbeiwertes der bekannten Schienenbremse.Brake arrangements for electric vehicles have already become known in which eddy current braking is fed by machines that are arbitrarily regulated to amperage in a short-circuit braking circuit. However, the excitation of the brake is only dependent on the current of the brake generator. The brake is switched on by a differential apparatus as a function of the voltage of the brake generator, but this is a significantly different process than in the case of the brake arrangement according to the invention. This is because the brake is excited by a current that comes exclusively from the terminal. voltage of the brake generator over its entire speed range is dependent. Effie # other previously published braking circuit also has a voltage-dependent excitation in addition to a current dependency. However, these two excitations are not placed in counter-connection ge 0 ' .... Therefore, the braking torque is not independent of the speed of the traction motors, since the first part of the braking characteristic of the eddy current brake behaves in the opposite way to the speed-dependent course of the coefficient of friction of the known rail brake.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Abb. 2 dargestellt. _a ist der Anker des in Kurzschlußbremsting betriebenen Motors, b das Feld des Motors. Die Motorklemmen sind mit c und d bezeichnet. e ist der Kurzschlußbremswiderstand, j der vom Kurz. schlußbremsstrom durchflossene Widerstand, zu welchem die stromabhängige Erregerwicklungg der Wirbelstrombreinsei parallel geschaltet ist. Parallel züm Motora, b ist die Erregerwicklungh mit den Klemmenc',d' geschaltet. Diese Err.-gerwicklung der Wirbelstrombrems,- ist also in eindeutiger Weise von der Kleinnienspannung des Motors a, b abhängig. In gleicher Weise ist die Spulek des Spannungsrelaisl von der Klermnenspannung des Motors beeinflußt. Wie durch die Kuppelleitungen angedeutet ist, befindet sich die Wirbelstrombremse im Beiwagen. Sie kann aber auch im Triebwagen angeordnet sein.An embodiment of the invention is shown in FIG. _a is the armature of the motor operated in short-circuit braking, b the field of the motor. The motor terminals are labeled c and d . e is the short-circuit braking resistance, j that of the short. Final braking current flowing through resistance, to which the current-dependent excitation winding of the eddy current unit is connected in parallel. The excitation windingh is connected to the terminalsc ', d' in parallel with the motora, b. This Err.-gerwicklung the eddy current brake - is therefore unambiguously dependent on the small line voltage of the motor a, b. In the same way, the coil of the voltage relay is influenced by the terminal voltage of the motor. As indicated by the coupling lines, the eddy current brake is located in the sidecar. But it can also be arranged in the railcar.

Die Wirkungsweise dieser Schaltung ist ans den Schauliiiien nach der Abb. i zu entnelimcn. Die Scbaulinien sind auf gleichbleibenden Strom des bremsenden Motors bezogen. Von dieser Annahme muß man ausgehen, da im Grenzfalle die Kurzschlußbremsung über den gesamten Drehzahlbereich gleichbleibendes Moment, also unveränderlichen Strom, aufweisen muß. Unter dieser Voraussetzung ist die Erregung der bremsenden Motoren gleichbleibend und daher deren Klemmenspannung unmittelbar proportional der Drehzahl. Also ist auch die von der Spannung abhängige Erregung der Wirbelstrombreinse der Geschwindigkeit des Fahr. zeugs proportional. Die Geschwindigkeit bzw. Drehzahl ist als Abszisse aufgetragen, daher ist die Scbaulinie für die s annungsabhängigie p t' Erregung eine durch den Nullpunkt gehendt, Z, Z> Gerade. Diese Gerade ist in der Zeichnung, mit E, bezeichnet. Die gleichbleibende Erregung, auf welche die Schauliiiie M, bezogen ist, hat die Größe E, 1, welche in der Zeichnung ,gleichfalls eingetragen ist.The mode of operation of this circuit can be seen from the illustrations in Fig. 1. The construction lines refer to a constant current of the braking motor. One must start from this assumption, since in the limiting case the short-circuit braking must have a constant torque, i.e. an unchangeable current, over the entire speed range. Under this condition, the excitation of the braking motors is constant and therefore their terminal voltage is directly proportional to the speed. So the voltage-dependent excitation of the eddy current column is also the speed of driving. stuff proportional. The speed or rotational speed is plotted as the abscissa, so the construction line for the voltage-dependent pt 'excitation is a straight line that goes through the zero point, Z, Z> straight line. This straight line is designated by E in the drawing. The constant excitation, to which the view M, is related, has the quantity E, 1, which is also entered in the drawing.

Von der höchsten Drehzahl bis herunter zur ,prehzaliln, ist dic Erregung l#cdiglich von Z, 211 "*r Ankerkleminenspannung abhängig, da aas Spannungsrelaist so eingestellt ist, daß es erst bei der der ErregungEi eiitspr,ei7beTiden Motorspannung abfällt. Vom Beginn der Bremsung bei der höchsten Geschwindigkeit bis zur Abbremsung auf die Drehzahln, hat also die Erregung die durch die GeradeE, angegebenen Werte. Für die Erregung E, folgt das Bremsmoment der SchaulinieM,. Da aber die spannungsabhängige Erregung und der Wert ist, wobei K und I(' Verhältniszahlen sind, so ergibt sich für B = I( eK'. E, # unveränderlich. Das heißt also, daß der Wert B für denjenigen Geschwindigkeitsbereich unveränderlich ist, in welchem die Bremsmomentlinie Al, die hyperbolische Form hat. Diese Abhängigkeit des Bremsmomentverlaufs von der Drehzahl ist in der Schaulinie M, veranschaulicht.From the highest speed down to the, prehzaliln, dic excitement l # cdiglich Z, 211 "* r Ankerkleminenspannung depends, as aas Spannungsrelaist is set so that only when it eiitspr the ErregungEi drops ei7beTiden motor voltage. From the beginning of braking at the highest speed up to the deceleration to the speed n, the excitation has the values given by the straight line E. For the excitation E, the braking torque follows the sight line M, but since the voltage-dependent excitation and the value where K and I ('are ratios, then for B = I ( eK'. E, # invariable. That means that the value B is invariable for the speed range in which the braking torque line Al, the hyperbolic form This dependency of the braking torque curve on the speed is illustrated in the visual line M.

Ist der Wagen bis auf die Drehzahl til abgebremst, dann ist die Spannung so niedrig, daß das Spannungsrelais 1 abfällt und seinen Kontakt ni schließt. Hierdurch ist die stromabhängige Erregerwicklung g der Wirbelstrombremse 1 eingeschaltet. Wie in der Zeichnung durch Pfeile angedeutet ist, wirken die beiden Erregerwicklungenh und g einander entgegen. In der Abb. i ist daher die stromabhängige Erregung Ei als eine unterhalb der Abszissenachse liegende waag-erechte Linie dargestellt. Die Gesamterregung, also die Summe der ErregungenE, und Ei, ist durch die Gerade E, dargestellt. Der absolute Betrag der Erregung steigt also unterhalb der DrühzahIni stetig an. Das Bremsmoment, bezogen auf gleichbleibende Erregung (Kurve Mj, fällt im gleich-en Bereicli stark ab, so daß die ansteigende Erregung gemeinsam mit der abfallenden Momentenkennlinie über einen erheblichen Geschwindigkeitsbereich ein nicht allzu stark abfallendes Bremsmomelit ergibt. Das Bremsmoment steigt sogar zunächst an, bleibt dann noch eine Zeitlang in der Nähe des Höchstwertes und fällt erst in der Nähe des Stillstandes auf den Wert Null.If the car is braked to the speed til, then the voltage is so low that the voltage relay 1 drops out and closes its contact ni. As a result, the current-dependent excitation winding g of the eddy current brake 1 is switched on. As indicated in the drawing by arrows, the two excitation windings h and g counteract each other. In Fig. I, the current-dependent excitation Ei is therefore shown as a horizontal line below the abscissa axis. The total excitation, ie the sum of ErregungenE, and egg is represented by the G ust e. The absolute amount of excitation thus rises steadily below the speed. The braking torque, based on constant excitation (curve Mj, falls sharply in the same range, so that the increasing excitation together with the falling torque characteristic over a considerable speed range results in a braking torque that does not drop too sharply. The braking torque even rises initially, remains then for a while in the vicinity of the maximum value and only falls to the value zero in the vicinity of the standstill.

Legt man einen kleineren Bremsstromwert zugrunde, dann bleiben die Verhältnisse grundsätzlich die gleichen. Die SchaulinieM, wird lediglich in der waagerechten Richtung nach Maßgabe des Bremsstromes gestreckt. Außerdem ist der Anstieg der ErregungE, flacher, da die Spannungskermlinie des Motors ebenfalls wegen der gering-,ren Erregung flach verläuft. Der Wendepunkt der neuen Schaulinie M, würde demn.#ich etwas nach rechts fallen, also bei einer höheren Drehzahl als der Drehzahlii, liegcn. Da aber auch infolge des flacheren V-#Haufes der Spannungslinie die Ansprechspannung des Spannungsrelais 1-nach rechts, d.h, auf eine höher-, Drehzalfl, verschoben ist, ergibt sich, #daß, dieses Spannungsrelais wieder, also auch bei niedrigerem Bremsstrom, beim Umkehrpunkt der Schaulinie M, anspricht, daß also die Momentenlinie einen ähnlichen Verlauf hat wie bei der in Abb. i angenommenen Stromstärke. Soll im unteren Geschwindigkeitsbereich eine kräftige Bremswirkung länger aufrechterhalten werden, so können erfindungsgemäß magnetische Sättigungserscheinungen herangezogen werden. Werden beispielsweise die freien Polenden der Erregung vor dem Luftspalt zwischen ihnen und der Bremstrommel oder -Scheibe durch einen schmalen magnet#§chen Neb:enschluß überbrückt, so tritt folgendes ein.-Bei geringergGesamterr#egung der vereinigten Schaltung (Fahrgeschwindigkeit NI) ist der magnetische Nebenschluß wenig gesättigt. Er entzieht dem Gesamtfluß einen angemessenen Teil, während der verbleibende Teil über den Luftspalt in dem Bremsanker übertritt, um dort nach Maßgabe der Auslegung wirksam zu sein. Steigert sich die Erreg4ng mitabnehmender Fahrgeschwindigk-eit, so erreicht der magnetische Nebenschluß allmählich seine Sättigungsgrenze, so daß ein ,größerer Anteil des Gesamtflusses über den Luftspalt gedrängt wird.If you take a smaller braking current value as a basis, then they remain Conditions are basically the same. The SchaulinieM is only used in the stretched in the horizontal direction according to the braking current. Besides, the Increase in excitation E, flatter because the motor's voltage kerm line is also due to the lower, lower excitement runs flat. The turning point of the new show line M, would demn. # I fall a little to the right, so at a higher speed than that Speed ii, liecn. But there also because of the flatter V- # heap of the stress line the response voltage of the voltage relay 1 to the right, i.e. to a higher speed, is shifted, the result is # that, this voltage relay again, so also with lower braking current, at the reversal point of the sight line M, responds, so that the The curve of the moment curve is similar to that of the current strength assumed in Fig. I. Should maintain a strong braking effect longer in the lower speed range magnetic saturation phenomena can be used according to the invention will. For example, the free pole ends of the excitation in front of the air gap between them and the brake drum or disc by a small magnet In addition to bridging the short-circuit, the following occurs combined circuit (driving speed NI), the magnetic shunt is little saturated. It deprives the total flow of an appropriate part, while the remaining part Part over the air gap in the brake armature crosses to there according to the design to be effective. If the excitation increases with decreasing driving speed, so the magnetic shunt gradually reaches its saturation limit, so that a larger proportion of the total flow is forced across the air gap.

Claims

PATENT CLAIMS: i. Braking arrangement for electric vehicles, in which an * eddy current brakes is fed by the drive motors, which are arbitrarily regulated to braking force in the short-circuit brake circuit, and their excitation is partly dependent on the terminal voltage of the drive motors, characterized in that apart from the only on the terminal voltage of the braking motor dependent excitation winding (h) - in the eddy current brake (i) there is also an excitation winding (g) that is only dependent on the short-circuit braking current and the former counteracting excitation winding (g), which is only switched on below a certain terminal voltage of the braking motor (a, b) .

2. Brake arrangement according to claim i, characterized in that in the area in which both excitation windings are effective together, the current-dependent excitation winding (g ) predominates over the voltage-dependent excitation winding (h). 3. Brernsanordnung according to claim i or 2, characterized in that magnetic saturation phenomena long overall in the eddy current brake applied. 4. Brake arrangement according to spoke i to 3, characterized in that the free pole ends of the eddy current brake are bridged by a magnetic shunt.