ES2657387T3 - Máquina eléctrica, vehículo ferroviario y conjunto de vehículos sobre raíles - Google Patents

Máquina eléctrica, vehículo ferroviario y conjunto de vehículos sobre raíles Download PDF

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Abstract

Máquina eléctrica, - donde la máquina eléctrica presenta un cuerpo de base (2), en el que está dispuesto un estator (3) de la máquina eléctrica, - donde la máquina eléctrica tiene un eje del rotor (5), que está montado rotatoriamente a través de cojinetes (6) en el cuerpo de base (2), - donde la máquina eléctrica presenta un elemento de toma (8), conectado mecánicamente a prueba de torsión con el cuerpo de base (2) y que toma una tensión que aparece en el eje del rotor (5), - donde el elemento de toma (8) está conectado eléctricamente a través de una resistencia óhmica (11) con el cuerpo de base (2), caracterizada porque la resistencia óhmica (11) está configurada como conductor frío y porque un valor de la resistencia (R) de la resistencia óhmica (11) se encuentra entre 10 mΩ y 10 Ω.

Description

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DESCRIPCION
Máquina eléctrica, vehículo ferroviario y conjunto de vehículos sobre raíles La presente invención se relaciona con una máquina eléctrica,
- donde la máquina eléctrica presenta un cuerpo de base, en el que está dispuesto un estator de la máquina eléctrica,
- donde la máquina eléctrica presenta un eje del rotor, que está montado rotatoriamente a través de cojinetes en el cuerpo de base,
- donde la máquina eléctrica presenta un elemento de detección, que está conectado mecánicamente a prueba de torsión con el cuerpo de base y que detecta una tensión que aparece en el eje del rotor,
- donde el elemento de detección está conectado eléctricamente a través de una resistencia óhmica con el cuerpo de base.
La presente invención se relaciona además con un vehículo ferroviario,
- donde el vehículo ferroviario presenta al menos un eje de la rueda y al menos una máquina eléctrica,
- donde el al menos un eje de la rueda está conectado con un eje del rotor de la, al menos una, máquina eléctrica directamente o a través de una transmisión.
La presente invención se relaciona además con un conjunto de vehículos sobre raíles, que presenta una serie de vehículos ferroviarios acoplados.
Gracias a la EP 0 391 181 A2 se conoce una máquina dinamoeléctrica, que presenta un estator y un rotor. El rotor está dispuesto sobre un eje del rotor, soportado rotativamente por cojinetes montados en cimientos con respecto al estator. Cerca de uno de los cojinetes se dispone un circuito en paralelo de una resistencia y un condensador. La resistencia tiene un valor de la resistencia mayor que 100 Q. El condensador tiene un valor de capacidad de 1 mF o más. Entre el circuito en paralelo de resistencia y condensador y tierra se dispone además un resistor Shunt. Sobre el dimensionado del resistor Shunt no se encuentra ninguna afirmación en la EP 0 391 181 A2. Cerca del otro cojinete se deriva una tensión de eje directamente a tierra.
En la EP 1 280 249 A1 puede encontrarse una revelación similar.
En los electromotores pueden aparecer en el eje del rotor tensiones de eje, que originen corrientes en los cojinetes. Las corrientes en los cojinetes son fundamentalmente no deseables, aunque no son en ningún caso realmente molestas. El tipo más serio de corrientes en los cojinetes son las llamadas corrientes en los cojinetes EDM (EDM = electric discharge machining = mecanizado por electroerosión), porque este tipo de corrientes en los cojinetes conduce muy rápido a daños en los cojinetes. En este tipo de corrientes en los cojinetes se crea un arco eléctrico entre los rodillos y la pista de rodadura de los rodamientos. Como resultado se quema la grasa y se forman boquetes en los cojinetes.
Además de las corrientes en los cojinetes EDM, pueden producirse también corrientes capacitivas de los cojinetes, tensiones de eje clásicas, corrientes circulares de alta frecuencia y corrientes de tierra del rotor capacitivas.
Para la eliminación y supresión de las corrientes en los cojinetes se sabe en el estado actual de la técnica proveer la máquina eléctrica de un elemento de detección conectado mecánicamente a prueba de torsión con el cuerpo de base y que detecte una tensión que aparezca en el eje del rotor. El estado actual de la técnica citado inicialmente muestra estas ordenaciones.
Sin embargo, este procedimiento es particularmente problemático en los vehículos ferroviarios. El motivo de esto consiste en que mediante el elemento de detección una conexión eléctricamente conductora del rail a través del eje de la rueda y posiblemente una transmisión a la carcasa del motor. La conexión puede ser de muy baja impedancia. Como consecuencia, puede suceder, que una tensión de servicio, que se alimenta desde otro vehículo ferroviario (particularmente un vehículo ferroviario de otro tren) como corriente de retorno en el rail, fluya en gran medida a través del vehículo ferroviario. De este modo pueden perturbarse los dispositivos de comunicaciones en el vehículo ferroviario y/o sobrecargarse el sistema de puesta a tierra del vehículo, particularmente el blindaje de las líneas de datos. Especialmente en los vehículos largos en los que la caja del vagón es de aluminio existe este peligro, pues el vehículo proporciona como resultado una sección transversal conductora tan grande, que la resistencia específica
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por metro de longitud de vagón es menor que la resistencia específica por metro de rail. Por este motivo no se usan por lo general dispositivos de detección del tipo antes citado en los vehículos ferroviarios.
El objeto de la presente invención consiste en producir una máquina eléctrica, un vehículo ferroviario y un conjunto de vehículos sobre raíles, en los que se eviten o al menos se reduzcan en gran medida tanto las corrientes en los cojinetes como también las corrientes de retorno de tracción.
El objeto se resuelve con una máquina eléctrica con las características de la reivindicación 1. Ordenaciones favorables de la máquina eléctrica conforme a la invención son objeto de las reivindicaciones dependientes 2 a 5.
Conforme a la invención se prevé configurar una máquina eléctrica del tipo citado inicialmente de tal modo que la resistencia óhmica esté diseñada como conductor frío y que un valor de la resistencia de la resistencia óhmica se encuentre entre 10 mQ y 10 Q. El valor de la resistencia puede hallarse por ejemplo entre 20 mQ y 1 Q, particularmente entre 50 mQ y 100 mQ.
Preferentemente se conecta a la resistencia óhmica un condensador en paralelo. Un valor de la capacidad del condensador puede alcanzar al menos 1 nF. El valor de la capacidad asciende preferentemente hasta al menos 5 nF, particularmente al menos 10 nF.
Los valores de capacidad y resistencia citados anteriormente se refieren a condiciones normales, o sea una temperatura de 20 °C y presión normal de aire (1013 hectopascales). Al configurar la resistencia óhmica como conductor frío se logra particularmente que, a altas corrientes, que calientan la resistencia, aumenta su resistencia, de forma que a un flujo de corriente adicional oponga una mayor resistencia.
El objeto se resuelve adicionalmente con un vehículo ferroviario con las características de la reivindicación 6.
Conforme a la invención se prevé que en un vehículo ferroviario del tipo citado inicialmente haya diseñada al menos una máquina eléctrica conforme a la invención.
El objeto se resuelve adicionalmente con un conjunto de vehículos sobre raíles con las características de la reivindicación 7.
Conforme a la invención se prevé que al menos el primer y/o el último vehículo ferroviario de la serie de vehículos ferroviarios acoplados estén configurados conforme a la invención.
Otras ventajas y detalles resultan de la siguiente descripción de ejemplos de ejecución en cooperación con los dibujos. Muestran en representación esquemática:
FIG 1
esquemáticamente;
FIG 2
esquemáticamente;
FIG 3
esquemáticamente;
FIG 4
esquemáticamente;
FIG 5
esquemáticamente;
FIG 6
esquemáticamente;
Conforme a la FIG 1, una máquina eléctrica 1 presenta un cuerpo de base 2. En el cuerpo de base 2 se dispone un estator 3 de la máquina eléctrica 1. La máquina eléctrica 1 tiene además un rotor 4. El rotor 4 interactúa eléctricamente con el estator 3 durante la operación de la máquina eléctrica 1. El rotor 4 está dispuesto sobre un eje del rotor 5 de la máquina eléctrica 1, que está dispuesto rotatoriamente a través de cojinetes 6 en el cuerpo de base 2.
Durante la operación de la máquina eléctrica 1 pueden aparecer en el eje del rotor 5 tensiones de eje. Sin medidas adicionales, las tensiones de eje producirían corrientes, que fluirían a través de los cojinetes 6 de la máquina eléctrica 1. Estas corrientes de cojinete pueden provocar relativamente rápido a daños en los cojinetes. Para evitar o al menos reducir estas corrientes, la máquina eléctrica 1 presenta por tanto (al menos) un circuito protector 7, que se explicará con más detalle a continuación junto con la FIG 2. El circuito protector 7 y con él los elementos del circuito protector 7 que se aclaran a continuación están conectados mecánicamente a prueba de torsión con el cuerpo de base 2.
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Conforme a la FIG 2, el circuito protector 7 presenta un elemento de detección 8. El elemento de detección 8 detecta las tensiones que aparecen en el eje del rotor 5. Partiendo del elemento de detección 8 fluye por consiguiente una corriente al cuerpo de base 2. El elemento de detección 8 es, respecto al flujo de corriente, aquel elemento, que detecta directamente la tensión aplicada en el eje del rotor 5 (o en un elemento intermedio dispuesto a prueba de torsión sobre el eje del rotor 5, por ejemplo, un anillo deslizante). El elemento de detección 8 es, por consiguiente, respecto al flujo de corriente desde el eje del rotor 5 al cuerpo de base 2, el elemento "más frontal" del circuito protector 7.
Conforme a la FIG 2, el elemento de detección 8 no está conectado eléctricamente de manera directa con el cuerpo de base 2, sino a través de una impedancia 9. La impedancia 9 presenta, conforme a la FIG 2, un condensador 10 y una resistencia óhmica 11, donde el condensador 10 y la resistencia óhmica 11 están conectadas en paralelo. Un valor de la capacidad C del condensador 10 debería ser de al menos 1 nF. El valor de la capacidad C asciende preferentemente hasta al menos 5 nF, particularmente al menos 10 nF.
Un valor de la resistencia R de la resistencia óhmica 11 debería hallarse entre 10 mQ y 10 Q. El valor de la resistencia R se encuentra preferentemente entre 20 mQ y 1 Q. Particularmente puede hallarse entre 50 mQ y 100 mQ.
Las afirmaciones indicadas sobre el valor de la capacidad C y el valor de la resistencia R se refieren a condiciones normales (20 °C, presión normal de aire).
Conforme a la invención, la resistencia óhmica 11 está configurada como resistencia PTC, o sea, como conductor frío.
Para realizar los valores de capacitancia y resistencia C, R antes mencionados, puede emplearse, por ejemplo, conforme a la FIG 3, como elemento de detección 8, un llamado SGR (= shaft grounding ring = anillo de puesta a tierra del eje), tal y como se conoce por ejemplo gracias a la US 7 193 836 B2. El anillo de puesta a tierra del eje se fija en el estado actual de la técnica por ejemplo por medio de una resina epoxi eléctricamente buena conductora al cuerpo de base 2. En contraste, en la presente invención, por ejemplo, conforme a la FIG 3, la fijación puede realizarse por medio de un adhesivo 12 apropiado, que alternativamente tiene sólo una conductividad eléctrica limitada o actúa de manera eléctricamente aislante. Los adhesivos eléctricamente aislantes son generalmente conocidos.
El ajuste de la conductividad eléctrica y de la constante dieléctrica del adhesivo 12 puede realizarse, si fuera necesario, a través de una dosificación selectiva de la concentración de partículas conductoras en el adhesivo 12. Un aislamiento eléctrico puede lograrse, por ejemplo, también disponiendo entre el anillo de puesta a tierra del eje y el cuerpo de base 2 un elemento eléctricamente aislante, por ejemplo, una lámina correspondiente. El anillo de puesta a tierra del eje puede estar también recubierto de manera eléctricamente aislante, por ejemplo, anodizado, en la zona de contacto con el cuerpo de base 2. También son posibles otras ordenaciones.
En caso de empleo de un adhesivo eléctricamente conductor de manera limitada 12, el condensador 10 y la resistencia óhmica se realizan como elementos distribuidos. Alternativamente pueden utilizarse componentes discretos, particularmente en tecnología SMD (SMD = surface mounted device = dispositivo montado en superficie).
Debido a la ordenación conforme a la invención de la máquina eléctrica 1 se logra que las tensiones transitorias de eje, que aparecen durante el funcionamiento de la máquina eléctrica 1, se degraden rápidamente. La impedancia 9 entre el elemento de detección 8 y el cuerpo de base 2 es inofensiva para esto.
La máquina eléctrica 1 conforme a la invención - o sea incluyendo el circuito protector 7 arriba descrito - puede usarse por ejemplo conforme a las FIG 4 y 5 como motor de accionamiento M (en caso necesario, como uno de varios motores de accionamiento M) de un vehículo ferroviario 13. El vehículo ferroviario 13 presenta en este caso, conforme a las FIG 4 y 5, además de la máquina eléctrica 1 un eje de la rueda 14. El eje de la rueda 14 puede ser un eje de rueda individual. A menudo se trata sin embargo de un eje de un conjunto de ruedas 14.
En el caso del empleo en un vehículo ferroviario 13, el eje de la rueda 14 está conectado con el eje del rotor 5 de la máquina eléctrica 1 conforme a la invención. Es posible que la conexión se lleve a cabo directamente. Alternativamente, puede existir una conexión indirecta a través de una transmisión 15 intercalada. Como la transmisión 15 por lo tanto sólo existe opcionalmente, se traza en la FIG 5 sólo en discontinua.
El vehículo ferroviario 13 puede ser, según la FIG 6, componente de un conjunto de vehículos sobre raíles 16. El conjunto de vehículos sobre raíles 16 presenta, conforme a la FIG 6 una serie de vehículos ferroviarios 13, 17 acoplados. Conforme a la invención, al menos el primer y el último vehículo ferroviario de la serie de vehículos ferroviarios 13, 17 acoplados están configurados conforme a la invención.
En los sistemas ferroviarios se lleva a cabo a menudo a través de los raíles 18 el reflujo de la tensión de servicio extraída de la línea aérea 19. La tensión de servicio puede alcanzar valores considerables, a veces superiores a 1000 amperios. La resistencia específica de los raíles 18 se encuentra típicamente en el rango de aproximadamente 30 mQ por metro de raíl 18. Para una longitud total L del conjunto de vehículos sobre raíles 16 de aproximadamente 5 300 metros - un valor razonable - la resistencia total que aparece a lo largo de los raíles 18 en toda la longitud
asciende a alrededor de 9 mQ. Cuando el primer y el último vehículo ferroviario 13 del conjunto de vehículos sobre raíles 16 tengan un dispositivo de toma 8, el dispositivo de toma 8 estaría conectado sin embargo sin la interposición de la impedancia 9 directamente al cuerpo de base 2, un valor típico de la resistencia del conjunto de vehículos sobre raíles 16, medida desde el primero al último vehículo ferroviario 13 del conjunto de vehículos sobre 10 raíles 16 (más exactamente: del primer eje de la rueda 14 del primer vehículo ferroviario 13 al último eje de la rueda 14 del último vehículo ferroviario), estaría típicamente en el rango por debajo de 10 mQ, por ejemplo a alrededor de 5 mQ. En este caso, por tanto, tal y como se sugiere en la FIG 6 mediante las flechas correspondientes, una parte considerable de la tensión de servicio fluiría a través del conjunto de vehículos sobre raíles 16. Cuando, por el contrario, el primero y el último vehículo ferroviario 13 del conjunto de vehículos sobre raíles 16 estén diseñados 15 conforme a la invención, fluirá a través del conjunto de vehículos sobre raíles 16 sólo aún una pequeña parte de la tensión de servicio, por ejemplo, menos del 10% de la tensión de servicio. Cuando exista una conexión exclusivamente capacitiva (la resistencia óhmica 11 por consiguiente se omite y/o es suficientemente grande), no fluye casi ninguna proporción de la tensión de servicio a través del conjunto de vehículos sobre raíles 16. Sin embargo, las tensiones internas del eje del motor se alivian de forma rápida y fiable.
20 La descripción superior sirve solamente para ilustrar la presente invención. El ámbito de protección de la presente invención debería en cambio quedar determinado solamente por las reivindicaciones adjuntas.

Claims (7)

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    REIVINDICACIONES
    1. Máquina eléctrica,
    - donde la máquina eléctrica presenta un cuerpo de base (2), en el que está dispuesto un estator (3) de la máquina eléctrica,
    - donde la máquina eléctrica tiene un eje del rotor (5), que está montado rotatoriamente a través de cojinetes (6) en el cuerpo de base (2),
    - donde la máquina eléctrica presenta un elemento de toma (8), conectado mecánicamente a prueba de torsión con el cuerpo de base (2) y que toma una tensión que aparece en el eje del rotor (5),
    - donde el elemento de toma (8) está conectado eléctricamente a través de una resistencia óhmica (11) con el cuerpo de base (2),
    caracterizada porque la resistencia óhmica (11) está configurada como conductor frío y porque un valor de la resistencia (R) de la resistencia óhmica (11) se encuentra entre 10 mQ y 10 Q.
  2. 2. Máquina eléctrica según la reivindicación 1, caracterizada porque el valor de la resistencia (R) se encuentra entre 20 mQ y 1 Q, particularmente entre 50 mQ y 100 mQ.
  3. 3. Máquina eléctrica según la reivindicación 1 ó 2, caracterizada porque a la resistencia óhmica (11) se le conecta en paralelo un condensador (10).
  4. 4. Máquina eléctrica según la reivindicación 3, caracterizada porque un valor de la capacidad (C) del condensador (10) asciende a por lo menos 1 nF.
  5. 5. Máquina eléctrica según la reivindicación 4, caracterizada porque el valor de la capacidad (C) asciende a por lo menos 5 nF, particularmente a por lo menos 10 nF.
  6. 6. Vehículo ferroviario,
    - donde el vehículo ferroviario presenta al menos un eje de la rueda (14) y al menos una máquina eléctrica (1),
    - donde el al menos un eje de la rueda (14) está conectado directamente o a través de una transmisión (15) con un eje del rotor (5) de la, al menos una, máquina eléctrica (1),
    - donde la, al menos una, máquina eléctrica (1) está configurada según una de las anteriores reivindicaciones.
  7. 7. Conjunto de vehículos sobre raíles,
    - donde el conjunto de vehículos sobre railes presenta una secuencia de vehículos ferroviarios (13,17) mutuamente acoplados,
    - donde al menos el primer y/o el último vehículo ferroviario (13) de la secuencia de vehículos ferroviarios (13,17) mutuamente acoplados están configurados según la reivindicación 6.
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