ES2880439T3 - Unidad de accionamiento compacta para vehículos de tracción - Google Patents

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Zdenek Peroutka
Miroslav Byrtus
Karel Hruska
Roman Pechanek
Pavel Drabek
Jan Krepela
Jan Hruska
Jiri Hana
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Abstract

Vehículo ferroviario de tracción que comprende una unidad de accionamiento compacta montada en el exterior de la rueda (9) de un vehículo ferroviario de tracción, comprendiendo la unidad de accionamiento un motor eléctrico (1) alimentado por un convertidor de electrónica de potencia (2), una caja de cambios y un acoplamiento mecánico a una rueda (9) que está montada en un extremo de un eje (8), en el que el motor eléctrico (1) es un motor eléctrico de alta velocidad con una velocidad por encima de 9000 rpm, su rotor está soportado por cojinetes (3) junto con un engranaje de piñones (4) del engranaje recto/helicoidal de entrada (5) de la etapa de alta velocidad de la caja de cambios (11) y todos juntos crean un conjunto de rotor (14), cuyo eje de rotación es perpendicular al eje de rotación de la rueda (9), el árbol de salida (6) del engranaje (5) es una parte del siguiente engranaje cónico (7), el árbol de salida del engranaje cónico (7) está conectado o bien directamente, o bien usando el acoplamiento (12) a la rueda (9) desde el otro lado de la rueda (9) con respecto al eje (8), en el que al menos el motor eléctrico (1) y la etapa de alta velocidad de la caja de cambios (11) están encajados en una única carcasa compacta, en el que el convertidor de electrónica de potencia está dispuesto para alimentar la corriente al devanado del estator del motor eléctrico (1), lo que provoca la producción del calor debido a las pérdidas existentes en el motor eléctrico (1), en el que el calor resultante se distribuye dentro de la unidad de accionamiento usando la conducción por medio de tanto los componentes del accionamiento como la carcasa para el precalentamiento del lubricante de la etapa de alta velocidad de la caja de cambios (11) antes de hacer funcionar la caja de cambios bajo temperaturas ambientales extremadamente bajas.

Description

DESCRIPCIÓN
Unidad de accionamiento compacta para vehículos de tracción
Campo técnico
Esta invención se refiere a un vehículo de tracción con una unidad de accionamiento compacta conectada a una rueda un bogie del vehículo de tracción. Se refiere, por ejemplo, a vehículos ferroviarios tales como tranvías, vehículos ferroviarios ligeros, metros, unidades eléctricas (EMU) y trenes. La unidad de accionamiento del vehículo de tracción combina un accionamiento eléctrico de alta velocidad con una caja de cambio apropiada y permite diseñar unidades de accionamiento con un volumen y peso significativamente reducidos.
Antecedentes y sumario de la invención
La invención se refiere a un vehículo de tracción tal como se propone en las reivindicaciones independientes 1 o 2. El vehículo de tracción comprende una unidad de accionamiento de tracción compacta y está destinada a vehículos ferroviarios, que a menudo demandan una disposición de piso bajo completo del vehículo. Las soluciones existentes de unidades de accionamiento para vehículos de tracción pueden dividirse en accionamientos de ruedas y accionamientos de eje/conjunto de ruedas.
Los accionamientos de ruedas están destinados particularmente al diseño de piso bajo para el transporte urbano de pasajeros. Estos accionamientos se usan con o sin caja de cambios, es decir, con un motor eléctrico de baja velocidad directamente conectado a la rueda. Los accionamientos de ruedas sin engranajes emplean normalmente motores eléctricos multipolares conectados a la rueda directamente o por medio de un elemento de acoplamiento mecánico que permite la desconexión mecánica del árbol del motor de la rueda (específicamente en condiciones de fallo). El motor eléctrico usa habitualmente imanes permanentes con el fin de lograr la máxima densidad de energía y eficiencia. Las soluciones mencionadas anteriormente se conocen, por ejemplo, a partir de los documentos EP 1 867 543, EP 0918 676 y se notificaron en muchas publicaciones de bibliografía no relacionada con patentes, por ejemplo, F. Demmelmayr, M. Troyer y M. Schroedl, “Advantages of PM-machines compared to induction machines in terms of efficiency and sensorless control in traction applications”, IECON 2011 - 37th Annual Conference on IEEE Industrial Electronics Society, Melbourne, VIC, 2011, págs. 2762-2768. doi: 10.1109/IECON.2011.6119749 o Z. Huang, X. Huang, J. Zhang, Y. Fang y Q. Lu, “Design of an interior permanente magnet synchronous traction motor for high speed railway applications”, Power Electronics, Machines and Drives (PEMD 2012), 6th IET International Conference on, Bristol, 2012, págs. 1-6. doi: 10.1049/cp.2012.0253.
Los accionamientos de ruedas sin engranajes (tal como el documento EP 1 867 543) son competitivos en los accionamientos hasta aproximadamente 50 kW. En aplicaciones de mayor potencia, para las que está destinada esta invención, sus pesos y volúmenes hacen imposible el montaje directo en la rueda. Su potencia de salida máxima generalmente está limitada por el diámetro de la rueda y la velocidad del vehículo. La misma restricción se aplica a los accionamientos de eje sin engranajes (tal como los documentos EP 0918676, WO 2006051046 o J. Germishuizen, A. Jockel, T. Hoffmann, M. Teichmann, L. Lowenstein y F. v. Wangelin, “SyntegraTM - next generation traction drive system, total integration of traction, bogie and braking Technology”, International Symposium on Power Electronics, Electrical Drives, Automation and Motion, 2006. SPEEDAM 2006., Taormina, 2006, págs. 1073-1077), donde el límite viene dado por el ancho de rueda. Una de las mayores desventajas de las soluciones mencionadas es un acoplamiento directo entre el motor y la rueda o el eje que da como resultado grandes masas no suspendidas.
Los accionamientos de conjuntos de ruedas son dominantes en aplicaciones donde se requiere una mayor transmisión de potencia al eje, especialmente para locomotoras, EMU y trenes de metro. Estas unidades de accionamiento pueden diseñarse directamente dentro de conceptos de bogie o vehículo. En el documento WO9629224, se propone la unidad de accionamiento para un vehículo de piso bajo. Acciona dos ruedas por medio de un único motor montado longitudinalmente fuera del bogie. Las cajas de cambios están conectadas a ambos árboles de salida del motor. El freno está integrado en el tren de accionamiento entre el motor y las ruedas. Una solución similar de accionamiento unilateral para dos ruedas simples se describe en el documento DE 19945464. En ambos casos, el motor propuesto es uno de baja velocidad y, por tanto, su peso y dimensiones se tratan como desventajas.
El documento US 511 97 36 describe un concepto de bogie que se caracteriza porque el motor colocado longitudinalmente de cada rueda está conectado a la rueda asociada por interposición de un árbol de acoplamiento flexible homocinético y comprende una unidad de engranaje de reducción. El motor y las unidades de reducción no crean una unidad cerrada compacta y la presencia del eje de acoplamiento homocinético significa que el motor pertenece a los de baja velocidad y, por tanto, sus dimensiones son grandes para lograr la potencia nominal de la unidad de accionamiento propuesta.
El documento US 8978563 introduce un concepto de accionamiento de bogie que permite el diseño parcialmente de piso bajo del vehículo ferroviario. El motor eléctrico colocado longitudinalmente dentro del bogie tiene árboles de salida en ambos extremos del motor. Los árboles están conectados por medio de una caja de cambios a los ejes suspendidos en el bogie. El concepto también permite dos posibles diseños de motor. Sin embargo, el concepto de piso bajo completo no es posible en este caso y las dimensiones del motor eléctrico son mayores debido a su concepto de baja velocidad. El accionamiento no incluye el freno directamente sino que está colocado fuera del bogie por separado.
El concepto de un accionamiento que acciona dos ejes del bogie se presenta en el documento US 4130065, donde el motor eléctrico se coloca longitudinalmente fuera del bogie entre los dos ejes de accionamiento.
La ventaja de este diseño es que los dos extremos de los cabos del eje del rotor están equipados con los piñones de accionamiento. Para ahorrar peso, el estator del motor eléctrico de tracción se fabrica sin carcasa. Por este motivo, la pila de laminación del estator sujeta entre placas de presión está provista en su parte posterior de elementos de sujeción que comprimen la pila de laminación del estator. Incluso si se ahorra peso particularmente, no es suficiente en comparación con la solución propuesta en la invención presentada, donde el concepto de motor eléctrico de alta velocidad permite una reducción significativa del peso de toda la unidad de accionamiento usando altas velocidades para transmitir la potencia deseada.
Entre las soluciones investigadas, existen patentes relacionadas directamente con las unidades de accionamiento. Estas patentes tratan de diversas conexiones del motor al eje/rueda accionada pero, en general, cada una de las soluciones presentadas incorpora una parte o aspecto de diseño, lo que hace imposible el uso de un motor de alta velocidad, conducen, por tanto, a soluciones físicamente más grandes y significativamente más pesadas que la invención presentada. Este hecho se aplica especialmente a las patentes DE 10050757, EP 1386815 y EP 0698 540.
En el caso del documento DE 10050757, la transmisión de potencia desde el motor al eje se garantiza a través de un elemento de tipo cardán y las imperfecciones de alineación entre la caja de cambios y el eje se realizan a través de un acoplamiento de dientes inclinables. Una solución de este tipo no es adecuada para velocidades más altas debido a sus dimensiones y, por tanto, hace imposible el uso de un motor eléctrico de alta velocidad. La principal ventaja de la invención presentada (que es la reducción de peso y volumen) no puede lograrse a través de la solución descrita en el documento DE 10050757.
Una desventaja muy similar se aplica a la patente EP 0698540. En este caso, la transmisión de potencia desde la caja de cambios al eje se realiza a través de un acoplamiento de cardán hueco, que forma una parte muy pesada y grande. En comparación con la invención presentada, el documento EP 0698540 forma una alternativa más pesada y más grande.
El documento EP 1 386 815 presupone una potencia de salida relativamente baja del motor eléctrico (aproximadamente 40 kW) y utiliza una caja de cambios de una etapa. El dispositivo es aplicable únicamente al accionamiento de rueda, mientras que la presente solución está destinada principalmente al accionamiento de eje y permite el diseño de un accionamiento de mayor potencia. La caja de cambios de una etapa en el documento EP 1 386 815 no permite la utilización de un motor eléctrico de alta velocidad. El importante beneficio de la presente solución es un sistema de enfriamiento pasivo que usa toda la carcasa de la unidad de accionamiento y todos los componentes integrados para la disipación del calor del motor.
Un dispositivo presentado en el documento DE 102014117570 comprende una máquina eléctrica, un engranaje de transmisión y un engranaje diferencial, en el que la máquina eléctrica tiene un árbol hueco formado en el árbol del motor. La razón de transmisión alcanzable es, según la descripción, de 3 a 4 en el caso de la primera marcha y de 2 a 3 en el caso de la segunda marcha. Por tanto, la razón de engranajes total es normalmente de entre 6 y 12 únicamente. El motor de combustión interna es una parte del accionamiento. El accionamiento está destinado a vehículos híbridos con tren de accionamiento de eje. El motor eléctrico funciona en el intervalo de velocidad de hasta 12000 rpm, con una tensión nominal de 48 V y potencia máx. de alrededor de 60 kW. El diseño de la unidad considera explícitamente el uso de un motor con eje hueco y disposición coaxial de los componentes con el motor. La disposición de todos los componentes de esta solución impide su uso en vehículos (ferroviarios) de tracción de piso bajo.
Un dispositivo presentado en el documento US 5 751 081 comprende un motor eléctrico, un mecanismo de engranaje diferencial y un engranaje reductor de tipo engranaje planetario, en el que uno de los árboles de salida penetra en el rotor del motor eléctrico. La razón de transmisión alcanzable según la descripción es de aproximadamente hasta 10 solamente. El diseño de la unidad usa un motor eléctrico con árbol hueco y disposición coaxial de los componentes con el motor. El dispositivo combina una máquina eléctrica, engranajes reductores y un mecanismo de engranaje diferencial; por tanto, tiene dos árboles de salida que van a conectarse a dos ruedas de rodadura independientes. El dispositivo es adecuado para automóviles de pasajeros pequeños, donde el mecanismo de engranaje diferencial es imprescindible, o vehículos de carretera similares. La disposición de todos los componentes de esta solución impide su uso en vehículos (ferroviarios) de tracción de piso bajo.
Un dispositivo presentado en el documento DE 19805679 es un accionamiento de buje de rueda que comprende un motor eléctrico y engranajes de transmisión, en el que el motor eléctrico tiene un árbol de rotor hueco. Los engranajes de transmisión están estrictamente formados por engranajes planetarios. La razón de transmisión alcanzable es normalmente de entre 6 y 12 únicamente. El diseño del dispositivo considera explícitamente el uso de un motor con un árbol hueco y disposición coaxial de los componentes con el motor. El dispositivo está determinado para montarse directamente por medio de cojinetes en una rueda, o puede ser parte de un buje de rueda. El diseño de construcción y la disposición de todos los componentes impiden su uso como accionamiento de eje/conjunto de ruedas. Además, la potencia máxima alcanzable de este dispositivo es relativamente baja.
Un dispositivo presentado en el documento CN 103633775 comprende un motor de accionamiento y un mecanismo de engranaje diferencial y un engranaje planetario, o reductor de engranajes de árbol fijo. En caso de configuración con un mecanismo de engranaje diferencial, el rotor del motor incluye o bien el mecanismo de engranaje diferencial dentro del rotor, o bien está formado por un árbol hueco en el que penetra uno de los árboles de salida que están conectados a la salida del mecanismo de engranaje diferencial. En el caso de la configuración con reductor de árbol fijo, hay una transmisión de engranajes planetarios de una etapa que tiene una razón de transmisión limitada. En todos los casos anteriores, el uso de un motor eléctrico de alta velocidad (más de 6000 rpm) es inviable debido a la razón de transmisión limitada.
El documento GB 1438620 y el documento correspondiente US 4148262 describen una unidad de accionamiento para vehículos ferroviarios, que usa un motor eléctrico de baja velocidad. La unidad de accionamiento está ubicada en el bogie entre las ruedas, de modo que se evita su uso en vehículos de piso bajo completo. Da a conocer el motor eléctrico conectado a una caja de cambios por medio de acoplamiento.
El documento JP 2003-339101 describe un sistema de calentamiento de aceite para aplicaciones automotrices usado en una unidad de accionamiento eléctrico con caja de cambios. Para solucionar el problema del aceite frío de alta viscosidad que provoca una alta fricción y carga adicional del motor, se propone precalentar el aceite antes del arranque de la unidad de accionamiento. Para solucionar este problema, usa algunas de las bobinas del estator sumergidas en el aceite para que el aceite se caliente deliberadamente y disminuya su viscosidad. El aceite calentado de las bobinas del motor se bombea a través de la unidad de accionamiento usando un aparato funcional (bomba de aceite). Por consiguiente, también da a conocer implícitamente el uso de conductos de aceite, sensores de temperatura y protecciones necesarios. Por tanto, la solución propuesta adapta muchas partes adicionales, lo que la hace más cara, complicada y posiblemente menos fiable.
La solicitud de patente europea EP 0 054 135 describe una unidad de accionamiento de vehículo ferroviario colocada dentro del bogie de modo que se evita su uso en vehículos de piso bajo completo. El documento da a conocer la disposición de frenos de disco, árboles, engranajes y otras partes de la unidad de accionamiento. Sin embargo, el documento no dice nada sobre la disposición de la carcasa y cualquier gestión del aceite.
La solicitud de patente europea EP 0457106 también describe una unidad de accionamiento de vehículo ferroviario colocada dentro del bogie de modo que se evita su uso en vehículos de piso bajo completo. El documento da a conocer la disposición de frenos de disco, árboles, engranajes y otras partes de la unidad de accionamiento. Sin embargo, el documento no dice nada sobre la disposición de la carcasa y cualquier gestión del aceite.
Generalmente, la lubricación de los cojinetes y engranajes en las cajas de cambios de accionamiento de tracción, especialmente de vehículos ferroviarios, se realiza por medio de vadeo de los engranajes en el depósito de aceite y proyección del aceite desde los engranajes de vadeo hasta los cojinetes mediante canales de recogida y distribución auxiliares. Basándose en los datos técnicos disponibles, la velocidad máxima del árbol de entrada de la caja de cambios es actualmente de aproximadamente 5200 rpm. El sello protector del espacio interno de la caja de cambios frente al polvo, el agua y la fuga de aceite se realiza mediante sellado laberíntico o mediante anillos de sellado del árbol.
El enfriamiento del lubricante se realiza por medio de enfriamiento pasivo a través de la carcasa de la caja de cambios.
En accionamientos de tracción modernos, los fabricantes usan motores eléctricos de CA, los más populares son motores de imanes permanentes e inducción que se conocen generalmente y se notificaron en muchas publicaciones de la bibliografía no relacionada con patentes tal como se describió anteriormente.
Estos motores eléctricos tienen velocidades máximas de hasta 5200 rpm (extremadamente hasta 6000 rpm). Se enfrían habitualmente mediante un ventilador independiente o mediante un ventilador colocado en el árbol del motor. Se usa también a menudo enfriamiento con líquido.
Las soluciones existentes de unidades de accionamiento de tracción están diseñadas para velocidades inferiores de motores eléctricos (aproximadamente hasta 5200 rpm). Para garantizar la transmisión de la potencia desde tal motor hasta el eje o la rueda, el diseño correspondiente conduce desde el punto de vista del par motor transmitido a soluciones relativamente robustas caracterizadas por grandes volúmenes de unidades de accionamiento y su considerable peso. La idea de un accionamiento de alta velocidad (es decir, con la velocidad del motor eléctrico por encima de 6000 rpm), que podría permitir una reducción esencial de las dimensiones y el peso de la unidad de accionamiento, se conoce generalmente en la teoría. Procede de la ecuación para la potencia mecánica Pm = Tw, donde Pm es la potencia mecánica a la salida del rotor, T es el par motor y w es la velocidad mecánica del rotor. Por tanto, si la velocidad del rotor aumenta significativamente y la potencia de salida se mantiene constante, entonces el par motor de salida disminuye sustancialmente. Por tanto, todos los componentes mecánicos resultan más pequeños en volumen y peso. Sin embargo, no existe una solución de diseño fiable disponible para aplicaciones de tracción hasta ahora.
Con la materia de cada una de las reivindicaciones independientes 1 y 2, se proporciona un vehículo de tracción con una solución de diseño robusta de la unidad de accionamiento compacta, que permite una reducción significativa del volumen y el peso de la unidad de tracción debido a un aumento significativo de la velocidad del motor de tracción (normalmente por encima de 9000 rpm) al tiempo que se mantienen las mismas características del vehículo de tracción. Aunque velocidades superiores del motor de tracción requieren el uso de etapas de alta velocidad de la caja de cambios para reducir la velocidad hasta las velocidades de salida nominales del eje/rueda, los pares motores transmitidos por las etapas de alta velocidad de la caja de cambios son significativamente inferiores, lo que disminuye principalmente las demandas sobre las dimensiones del tren de engranajes. Además, la unidad compacta propuesta, debido a una reducción significativa de las dimensiones de partes particulares del accionamiento, permite la integración del accionamiento en una única carcasa compacta. Esta integración en una carcasa, junto con un diseño de construcción único del motor eléctrico de alta velocidad, hace posible mejorar la transferencia de calor desde los componentes particulares y usar enfriamiento pasivo del motor eléctrico, lo que es una ventaja significativa en comparación con las soluciones existentes. Tal como se explicó anteriormente, la invención propuesta supera significativamente los diseños y disposiciones actualmente conocidos de accionamientos para vehículos de tracción. Permite una reducción significativa del peso y el volumen de la unidad de accionamiento y, basándose en eso, la integración de la unidad de accionamiento en la única carcasa compacta, lo que permite además el uso de un motor eléctrico enfriado de manera pasiva y simplifica y reduce significativamente el coste del conjunto de accionamiento. La solución propuesta requiere el precalentamiento del lubricante de la etapa de alta velocidad de la caja de cambios durante temperaturas ambientales extremadamente bajas, que pueden descender normalmente hasta -40°C. Tal como se describe en detalle a continuación, esto se soluciona mediante la disposición de diseño del accionamiento y mediante el uso de fuentes térmicas disponibles en el cuerpo integrado de la unidad de accionamiento, es decir, sin ningún equipo externo adicional. En comparación con los diseños existentes de accionamientos de tracción que emplean cajas de cambios de baja velocidad que no tienen demandas extremas sobre la lubricación de los cojinetes y engranajes o el precalentamiento del lubricante, el precalentamiento requerido en esta invención no es ninguna desventaja significativa.
Breve descripción de dibujos
La invención se explica adicionalmente por medio de los dibujos. La figura 1 describe la configuración básica y la cooperación de componentes particulares de la unidad de accionamiento de tracción compacta inventada. La figura 2 describe la funcionalidad de etapas adicionales opcionales de la caja de cambios y la posición alternativa del freno.
Descripción de las realizaciones preferidas
La figura 1 describe la unidad de accionamiento de tracción compacta inventada. El dispositivo está montado en el exterior de la rueda 9 de un vehículo ferroviario de tracción. Se compone de un motor eléctrico de alta velocidad 1 con enfriamiento pasivo. El motor 1 tiene normalmente una velocidad nominal del rotor por encima de 9000 rpm. El motor eléctrico de alta velocidad 1 puede diseñarse como un motor de inducción, un motor síncrono, un motor de reluctancia, un motor conmutado electrónicamente (CC sin escobillas) o un motor de corriente continua. Considerando los requisitos de un volumen extremadamente pequeño, alta eficiencia y fiabilidad, el motor de imanes permanentes será la solución más adecuada.
El motor eléctrico 1 está alimentado por un convertidor de electrónica de potencia 2. Normalmente, es un inversor de fuente de voltaje. El convertidor de electrónica de potencia 2 puede ser también un inversor de fuente de corriente. A partir de la figura 1 resulta evidente que una caja de cambios conectada al extremo de accionamiento del árbol del motor está dividida en dos etapas: alta velocidad 11 y baja velocidad. El rotor del motor eléctrico 1 está soportado por tres cojinetes de elementos rodantes 3 junto con el engranaje de piñones 4 del engranaje recto/helicoidal de entrada 5 y todos juntos crean el conjunto de rotor 14. La ubicación del cojinete de elemento rodante medio 3 en el árbol del motor mejora la estabilidad dinámica del rotor. También simplifica el conjunto de unidad de accionamiento. El árbol 6 del engranaje es una parte del siguiente engranaje cónico 7 y simultáneamente puede estar conectado al freno 13. El acoplamiento del freno 13 al árbol 6 de la etapa de alta velocidad de la caja de cambios 11 permite una importante reducción de las dimensiones del freno 13. Alternativamente (tal como se muestra en la figura 2), el freno 13 puede estar conectado al conjunto de rotor 14, lo que reducirá adicionalmente las dimensiones del freno.
El árbol de salida del engranaje cónico 7 puede conectarse o bien directamente, o bien usando el acoplamiento 12 a la rueda 9 desde el otro lado de la rueda 9 con respecto al eje 8. En caso de que se requiera una razón de transmisión superior, el árbol de salida del engranaje cónico 7 puede conectarse a engranajes adicionales 10 (tal como se muestra en la figura 2), donde el árbol de salida de estos engranajes adicionales 10 está conectado a la rueda 9 desde el otro lado de la rueda 9 con respecto al eje 8 directamente o usando el acoplamiento 12. El freno 13 también puede conectarse a la salida de la etapa de baja velocidad de la caja de cambios. Sin embargo, esta posición conduce a mayores dimensiones y peso de la unidad de accionamiento de tracción compacta inventada.
Debido a una reducción significativa de tanto las dimensiones como el peso de componentes particulares de la unidad de accionamiento inventada, todos los componentes de la unidad de accionamiento pueden encajarse en una carcasa compacta. Esta solución disminuye significativamente el tiempo y el coste del conjunto. Sin embargo, es importante que al menos el motor eléctrico 1 y la etapa de alta velocidad de la caja de cambios 11 estén encajados en una carcasa compacta común. La integración de los componentes de la unidad de accionamiento en la única carcasa junto con un diseño de construcción único del motor de alta velocidad 1 dan como resultado una mejor disipación del calor de todos los componentes y permite un enfriamiento pasivo del motor eléctrico 1 y toda la unidad de accionamiento. Esto es una ventaja muy importante de la invención presentada en comparación con las tecnologías de accionamiento de tracción existentes.
La solución de dos etapas propuesta de la caja de cambios requiere el precalentamiento del lubricante de la etapa de alta velocidad de la caja de cambios 11 bajo temperaturas ambientales extremadamente bajas (normalmente por debajo de -40°C) antes de hacer funcionar la caja de cambios. Debido a la integración de los componentes de la unidad de accionamiento en una carcasa, la invención propuesta usa el precalentamiento del lubricante de la caja de cambios 11 por medio de las pérdidas del motor eléctrico 1. Por tanto, el convertidor de electrónica de potencia 2 alimenta la corriente al devanado del estator del motor 1, lo que provoca la producción de calor debido a las pérdidas existentes en el motor 1 (las pérdidas resistivas desempeñan el papel principal en este fenómeno). Las pérdidas producidas, respectivamente el calor resultante, se distribuye dentro de la unidad de accionamiento usando la conducción por medio de tanto los componentes de accionamiento como la carcasa y precalienta de este modo el lubricante de la caja de cambios 11 antes de su funcionamiento. Por tanto, el concepto inventado no requiere ningún dispositivo adicional (fuente térmica externa, etc.) y es muy robusto y fiable.
Esta invención permite una reducción significativa del volumen y el peso de las unidades de accionamiento al tiempo que se mantiene la potencia de tracción/esfuerzo de tracción demandados. Si el motor eléctrico 1 tiene una velocidad nominal de alrededor de 9000 rpm y una potencia nominal próxima a 100 kW (aplicación típica para vehículos ferroviarios de tracción ligeros), el presente cálculo conservador muestra que el volumen y el peso de la unidad de accionamiento disminuirán en al menos un 25% al tiempo que se mantienen las mismas características del vehículo ferroviario de tracción. Esta invención permite la fabricación de la unidad de accionamiento de tracción en una única carcasa compacta. Da como resultado una mejor disipación del calor de los componentes de accionamiento, no es necesario usar un ventilador para el enfriamiento del accionamiento (el enfriamiento pasivo de todo el accionamiento forma la ventaja importante en comparación con las soluciones de la competencia) y la única carcasa del accionamiento también reduce el coste y el tiempo del conjunto.

Claims (8)

  1. REIVINDICACIONES
    i. Vehículo ferroviario de tracción que comprende una unidad de accionamiento compacta montada en el exterior de la rueda (9) de un vehículo ferroviario de tracción, comprendiendo la unidad de accionamiento un motor eléctrico (1) alimentado por un convertidor de electrónica de potencia (2), una caja de cambios y un acoplamiento mecánico a una rueda (9) que está montada en un extremo de un eje (8), en el que el motor eléctrico (1) es un motor eléctrico de alta velocidad con una velocidad por encima de 9000 rpm, su rotor está soportado por cojinetes (3) junto con un engranaje de piñones (4) del engranaje recto/helicoidal de entrada (5) de la etapa de alta velocidad de la caja de cambios (11) y todos juntos crean un conjunto de rotor (14), cuyo eje de rotación es perpendicular al eje de rotación de la rueda (9),
    el árbol de salida (6) del engranaje (5) es una parte del siguiente engranaje cónico (7), el árbol de salida del engranaje cónico (7) está conectado o bien directamente, o bien usando el acoplamiento (12) a la rueda (9) desde el otro lado de la rueda (9) con respecto al eje (8),
    en el que al menos el motor eléctrico (1) y la etapa de alta velocidad de la caja de cambios (11) están encajados en una única carcasa compacta, en el que el convertidor de electrónica de potencia está dispuesto para alimentar la corriente al devanado del estator del motor eléctrico (1), lo que provoca la producción del calor debido a las pérdidas existentes en el motor eléctrico (1), en el que el calor resultante se distribuye dentro de la unidad de accionamiento usando la conducción por medio de tanto los componentes del accionamiento como la carcasa para el precalentamiento del lubricante de la etapa de alta velocidad de la caja de cambios (11) antes de hacer funcionar la caja de cambios bajo temperaturas ambientales extremadamente bajas.
  2. 2. Vehículo ferroviario de tracción que comprende una unidad de accionamiento compacta montada en el exterior de la rueda (9) de un vehículo ferroviario de tracción, comprendiendo la unidad de accionamiento un motor eléctrico (1) alimentado por un convertidor de electrónica de potencia (2), una caja de cambios y un acoplamiento mecánico a una rueda (9) que está montada en un extremo de un eje (8), en el que el motor eléctrico (1) es un motor eléctrico de alta velocidad con una velocidad por encima de 9000 rpm, su rotor está soportado por cojinetes (3) junto con un engranaje de piñones (4) del engranaje recto/helicoidal de entrada (5) de la etapa de alta velocidad de la caja de cambios (11) y todos juntos crean un conjunto de rotor (14), cuyo eje de rotación es perpendicular al eje de rotación de la rueda (9),
    el árbol de salida (6) del engranaje (5) es una parte del siguiente engranaje cónico (7), el árbol de salida del engranaje cónico (7) está conectado a engranajes adicionales (10) que es o bien directamente, o bien usando el acoplamiento (12) conectado a la rueda (9) desde el otro lado de la rueda (9) con respecto al eje (8),
    en el que al menos el motor eléctrico (1) y la etapa de alta velocidad de la caja de cambios (11) están encajados en una única carcasa compacta, en el que el convertidor de electrónica de potencia está dispuesto para alimentar la corriente al devanado del estator del motor eléctrico (1), lo que provoca la producción del calor debido a las pérdidas existentes en el motor eléctrico (1), en el que el calor resultante se distribuye dentro de la unidad de accionamiento usando la conducción por medio de tanto los componentes del accionamiento como la carcasa para el precalentamiento del lubricante de la etapa de alta velocidad de la caja de cambios (11) antes de hacer funcionar la caja de cambios bajo temperaturas ambientales extremadamente bajas.
  3. 3. Vehículo ferroviario de tracción según cualquier reivindicación anterior, caracterizado porque el motor eléctrico (1) es con enfriamiento pasivo.
  4. 4. Vehículo ferroviario de tracción según cualquier reivindicación anterior, caracterizado porque el conjunto de rotor (14) está soportado por al menos tres cojinetes (3).
  5. 5. Vehículo ferroviario de tracción según cualquier reivindicación anterior, caracterizado porque el árbol (6) está conectado a un freno (13).
  6. 6. Vehículo ferroviario de tracción según las reivindicaciones 1 a 4, caracterizado porque el conjunto de rotor (14) está conectado a un freno (13).
  7. 7. Vehículo ferroviario de tracción según las reivindicaciones 1 a 4, caracterizado porque la salida de la etapa de baja velocidad de la caja de cambios está conectada a un freno (13).
  8. 8. Vehículo ferroviario de tracción según las reivindicaciones 2 a 7, caracterizado porque el engranaje adicional (10) está diseñado como un engranaje cónico, un engranaje recto/helicoidal o un juego de engranajes epicicloidales.
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