EP1247713B1 - Triebfahrwerk für Schienenfahrzeuge ohne Radsätze - Google Patents

Triebfahrwerk für Schienenfahrzeuge ohne Radsätze Download PDF

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EP1247713B1
EP1247713B1 EP02006809A EP02006809A EP1247713B1 EP 1247713 B1 EP1247713 B1 EP 1247713B1 EP 02006809 A EP02006809 A EP 02006809A EP 02006809 A EP02006809 A EP 02006809A EP 1247713 B1 EP1247713 B1 EP 1247713B1
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EP
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individual wheels
motor
wheels
synchronous motors
motors
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EP1247713A3 (de
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Andreas Dr. Jöckel
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Siemens AG
Siemens Corp
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Siemens AG
Siemens Corp
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B61—RAILWAYS
    • B61F—RAIL VEHICLE SUSPENSIONS, e.g. UNDERFRAMES, BOGIES OR ARRANGEMENTS OF WHEEL AXLES; RAIL VEHICLES FOR USE ON TRACKS OF DIFFERENT WIDTH; PREVENTING DERAILING OF RAIL VEHICLES; WHEEL GUARDS, OBSTRUCTION REMOVERS OR THE LIKE FOR RAIL VEHICLES
    • B61F3/00—Types of bogies
    • B61F3/16—Types of bogies with a separate axle for each wheel
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B61—RAILWAYS
    • B61C—LOCOMOTIVES; MOTOR RAILCARS
    • B61C9/00—Locomotives or motor railcars characterised by the type of transmission system used; Transmission systems specially adapted for locomotives or motor railcars
    • B61C9/38—Transmission systems in or for locomotives or motor railcars with electric motor propulsion
    • B61C9/52—Transmission systems in or for locomotives or motor railcars with electric motor propulsion with transmission shafts at an angle to the driving axles
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B61—RAILWAYS
    • B61F—RAIL VEHICLE SUSPENSIONS, e.g. UNDERFRAMES, BOGIES OR ARRANGEMENTS OF WHEEL AXLES; RAIL VEHICLES FOR USE ON TRACKS OF DIFFERENT WIDTH; PREVENTING DERAILING OF RAIL VEHICLES; WHEEL GUARDS, OBSTRUCTION REMOVERS OR THE LIKE FOR RAIL VEHICLES
    • B61F3/00—Types of bogies
    • B61F3/02—Types of bogies with more than one axle
    • B61F3/04—Types of bogies with more than one axle with driven axles or wheels

Definitions

  • the invention relates to a powered chassis for rail vehicles without wheelsets.
  • a single wheel drive for an electric vehicle in which a motor with its stator is attached to a first chassis and in which the first chassis part is supported via a primary suspension in an unsprung second chassis part on which the single wheel is rotatably supported known.
  • the rotor of the motor transmits its torque via a coupling device whose radial mobility is greater than the travel of the primary suspension.
  • a mechanical coupling lateral pairs of wheels is known from DE 44 46 043 C1, in which a chassis with two parallel side members, which are interconnected by at least one cross member, and two pairs of wheels each consisting of two individual wheels, wherein at least two axially opposed single wheels of one Motor are driven with gear and each single wheel is rotatably mounted in a wheel rail, wherein the wheel rails are arranged parallel to the chassis longitudinal axis at both ends of parallel chassis parts and vertically deflectable about a joint, and the motors with their longitudinal axes parallel to the longitudinal beams, respectively and the wheel rails are formed as a transmission housing.
  • Such arrangements have also become known through WO 93/22152.
  • the individual wheels or the Einzelradcrue are driven by a respective Asynchronfahrmotor, which are electrically connected in parallel to a common pulse inverter. As a result, they are coupled via an electric slip clutch and not coupled speed-locked.
  • the disadvantage here is that the self-stable tracking of the wheelset, i. of the sine wave, is lost, resulting in increased wear on wheels and rails.
  • the known solution leads to poor directional stability in rail vehicles without wheelsets.
  • the invention has the object to provide a chassis of a rail vehicle, which avoids the above-mentioned disadvantages and enables an economical drive concept of such a chassis.
  • a coupling of the two individually driven single wheels or Einzelradcrue is created by an electromagnetic torsion spring by the execution.
  • the electromagnetic wheelset also works in case of failure or shutdown of a permanent magnet synchronous motors feeding converter, in particular pulse inverter and in pure rolling of the vehicle by permanent excitation of the synchronous motors.
  • a permanent magnet synchronous motors feeding converter in particular pulse inverter
  • pure rolling of the vehicle by permanent excitation of the synchronous motors.
  • permanent-magnet synchronous motors By using permanent-magnet synchronous motors, the drive efficiency increases, and also electrical noise and pendulum moments of the traction motors are reduced compared to asynchronous motors.
  • the synchronous motors drive the single wheels either directly or are mechanically coupled via gears with the single wheels or Einzelradpresen.
  • the 1 shows the basic drive of a chassis with its individual wheels 1.
  • the single wheels 1 are driven by coupling means 2 by a synchronous motor 3, preferably a permanent magnet synchronous motor.
  • the electrical supply of the synchronous motors 3 of 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 chassis or on longitudinal members, not shown.
  • two individual wheels 1, which are located behind one another in the direction of travel, are each assigned to a synchronous motor 3, which directly drives these individual wheels via a mechanical coupling device 2.
  • FIG 3 shows by way of example a further embodiment of FIG 2 in which the drive of the individual wheels 1 is not directly, but via a gear 5.
  • coupling means 2 angular and axial compliant couplings are provided in the described embodiments, e.g. Lugs, curved tooth or wedge pack couplings.
  • angular and axial compliant couplings radially and axially compliant couplings, e.g. Parallel crank and Drewirlenkerkuppl12. be used.
  • FIG 4 shows an embodiment in which one behind the other single wheels 1 are mechanically rigidly coupled.
  • This coupling device 2 can also take place via a gear 5.
  • a coupling device 2 the embodiments described in FIG 3 are also suitable.
  • the two synchronous motors 3 of a chassis are electrically connected in parallel and are fed by a common pulse inverter.
  • the synchronous drives are provided as internal rotor motors or as external rotor motors.
  • the electromagnetic wheel set shaft formed according to the invention also functions in the event of failure or disconnection of the pulse inverter and pure coasting of the vehicle due to the permanent excitation of the synchronous motors 3.
  • the electromagnetic wheelset shaft furthermore requires no software or commissioning effort. It reduces the wear on wheels and rails, leads to increased ride comfort, and reduced by the electrical parallel connection of the traction motors, in particular permanent-magnet synchronous motors 3, the number of required power inverters.

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Description

  • Die Erfindung betrifft ein angetriebenes Fahrwerk für Schienenfahrzeuge ohne Radsätze.
  • Bei Schienenfahrzeugen wird in der Regel ein gesamter Radsatz durch einen Motor angetrieben. Die Niederflurigkeit, insbesondere moderner Straßenbahnen erzwingt die Auflösung des Radsatzes und führt zu Einzelrädern oder über je einen Längsmotor mechanisch gekoppelten seitlichen Radpaaren.
  • 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 Fahrwerksteil abstützt auf dem das Einzelrad drehbar gelagert ist, bekannt. Dabei überträgt der Rotor des Motors sein Drehmoment über eine Kupplungseinrichtung deren radiale Beweglichkeit größer ist als der Federweg der Primärfederung. Dieser Einzelradantrieb, der insbesondere für elektrisch angetriebene Schienenfahrzeuge geeignet ist, hat den Vorteil, dass der Anteil an ungefederten Massen gering ist.
  • Eine mechanische Kopplung seitlicher Radpaare ist aus der DE 44 46 043 C1 bekannt, bei der ein Fahrwerk mit zwei parallelen Längsträgern, die durch wenigstens einen Querträger miteinander verbunden sind, und zwei Radpaaren aus jeweils zwei Einzelrädern, wobei wenigstens zwei axial gegenüberliegende Einzelräder von jeweils einem Motor mit Getriebe angetrieben sind und jedes Einzelrad in einer Radschiene drehbar gelagert ist, wobei die Radschienen jeweils parallel zur Fahrwerkslängsachse an beiden Enden von parallelen Fahrwerksteilen 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. Derartige Anordnungen sind ebenso durch die WO 93/22152 bekannt geworden.
  • Bei diesem Stand der Technik werden die Einzelräder oder die Einzelradpaare von je einem Asynchronfahrmotor angetrieben, die an einem gemeinsamen Pulswechselrichter elektrisch parallelgeschaltet sind. Dadurch sind sie über eine elektrische Schlupfkupplung gekoppelt und nicht drehzahlstarr gekoppelt. Nachteilig dabei ist, dass durch die Elimination der Radsatzwelle die eigenstabile Spurführung des Radsatzes, d.h. des Sinuswellenlaufes, verloren geht, was zu erhöhtem Verschleiß an Rädern und Schienen führt. Außerdem führt die bekannte Lösung zu einem schlechten Geradeauslauf bei Schienenfahrzeugen ohne Radsätze.
  • Ausgehend davon, liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Fahrwerk eines Schienenfahrzeugs zu schaffen, das die oben genannten Nachteile vermeidet und ein wirtschaftliches Antriebskonzept eines derartigen Fahrwerks ermöglicht.
  • Die Lösung der gestellten Aufgabe gelingt durch ein Triebfahrwerk nach Anspruch 1 oder Anspruch 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 Schienenfahrzeuge gegenüber Schienenfahrzeugen mit Asynchronfahrmotoren ohne Radsätze. Damit wird der Verschleiß an Rädern und Schienen reduziert. Dies führt u.a. zu einem erhöhten Fahrkomfort der Fahrgäste.
  • Es ist somit eine elektromagnetische Radsatzwelle geschaffen, die wie eine mechanische Radsatzwelle keinerlei zusätzlichen Software- oder Inbetriebnahmeaufwand erfordert. Die elektromagnetische 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 Synchronmotoren erhöht sich der Antriebswirkungsgrad, und außerdem werden elektrische Geräusche und Pendelmomente der Fahrmotoren gegenüber Asynchronmotoren verringert.
  • Die Synchronmotoren treiben die Einzelräder entweder direkt an oder sind über Getriebe mit den Einzelrädern oder Einzelradpaaren mechanisch gekoppelt.
  • Die Verwendung eines derartigen Antriebssystems ist insbesondere bei Niederflurstraßenbahnen ohne Radsätze vorteilhaft.
  • Die Erfindung sowie weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung gemäß Merkmalen der Unteransprüche werden im folgenden anhand schematisch dargestellter Ausführungsbeispiele in der Zeichnung näher erläutert, darin zeigen:
    • FIG 1
    den prinzipiellen Einzelradantrieb eines Fahrwerks,
    FIG 2
    den prinzipiellen Einzelradpaarantrieb eines Fahrwerks,
    FIG 3
    den prinzipiellen Einzelradpaarantrieb mit Getriebe eines Fahrwerks,
    FIG 4
    einen weiteren Einzelradpaarantrieb mit Getriebe.
  • FIG 1 zeigt den prinzipiellen Antrieb eines Fahrwerks mit seinen Einzelrädern 1. Die Einzelräder 1 werden über Kupplungseinrichtungen 2 von einem Synchronmotor 3, vorzugsweise einem permanentmagneterregten Synchronmotor, angetrieben. Die elektrische Versorgung der Synchronmotoren 3 von axial nebeneinander liegenden Einzelrädern 1 erfolgt jeweils über einen Pulswechselrichter 4. Dabei können die Synchronmotoren 3 sich an den Querträgern des Fahrwerks oder an nicht näher dargestellten Längsträgern befinden.
  • 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.
  • 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 axialnachgiebige Kupplungen vorgesehen, wie z.B. Laschen, Bogenzahn- oder Keilpaketkupplungen. Anstelle von winkel- und axial nachgiebigen Kupplungen können auch radial- und axial nachgiebigen Kupplungen, z.B. Parallelkurbel- und Dreiringlenkerkupplungen eingesetzt werden.
  • FIG 4 zeigt eine Ausführung, bei der hintereinanderliegende Einzelräder 1 mechanisch starr gekoppelt sind. Diese Kupplungseinrichtung 2 kann auch über ein Getriebe 5 erfolgen. Als Kupplungseinrichtung 2 eignen sich auch die unter FIG 3 beschriebenen Ausführungsformen. Es werden somit zwei Einzelräder 1 über einen Synchronmotor 3 angetrieben. Die beiden Synchronmotoren 3 eines Fahrwerks sind elektrisch parallel geschaltet und werden von einem gemeinsamen Pulswechselrichter gespeist.
  • Bei Ausführung der Einzelradantriebe nach FIG 1 sind die Synchronantriebe als Innenläufer- oder auch als Außenläufermotor vorgesehen.
  • Die erfindungsgemäß gebildete elektromagnetische Radsatzwelle funktioniert auch bei Ausfall oder Abschalten des Pulswechselrichters und reinem Ausrollen des Fahrzeugs aufgrund der Permanenterregung der Synchronmotoren 3. Die elektromagnetische 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.

Claims (6)

  1. Triebfahrwerk eines Schienenfahrzeugs mit folgenden Merkmalen:
    - Einzelrädern (1), die je durch permanenterregte Synchronmotoren (3) angetrieben sind,
    - eine elektrische Kopplung der beiden gegenüberliegenden Einzelräder (1) durch Parallelschaltung und Speisung beider Synchronmotoren (3) über einen gemeinsamen Umrichter, insbesondere Pulswechselrichter (4).
  2. Triebfahrwerk nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Synchronmotoren (3) die Einzelräder (1) direkt antreiben.
  3. Triebfahrwerk nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Synchronmotoren (3) die Einzelräder (1) über ein Getriebe (3) antreiben.
  4. Triebfahrwerk mit Einzelrädern (1), wobei je zwei Einzelräder (1) hintereinander mechanisch starr gekoppelt sind und über einen gemeinsamen Synchronmotor (3) angetrieben werden, wobei die beiden einem Fahrwerk zugeordneten Synchronmotoren (3) elektrisch parallelgeschaltet sind und von einem gemeinsamen Umrichter, insbesondere Pulswechselrichter (4), gespeist werden.
  5. Triebfahrwerk nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die mechanisch starr gekoppelten Einzelräder (1) über ein Getriebe (5) von dem Synchronmotor (3) angetrieben werden.
  6. Verwendung eines Triebfahrwerks nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, insbesondere bei Niederflurstraßenbahnen.
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