JP2008533969A - レール式動力車のための停止ブレーキ - Google Patents

Abstract

本発明は、レール式動力車（１）のための停止ブレーキに関し、その際この停止ブレーキは回転子と固定子とを有する少なくとも１つの回転電機を用いて構成される。その際回転電機（２）の制御部が設けられ、この制御部は、外部からトルクが作用したとき、固定子における回転子の位置が一定であるように回転電機（２）を制御する。即ち、回転電機（２）は今や空気圧式の停止ブレーキの代わりに停止ブレーキとして用いられる。従って、保持する力が磁気的に発生され、機械的な力によって発生されるものではないから、本発明による停止ブレーキの運転中磨耗を生ぜず有利である。別の利点は、本発明による停止ブレーキの運転中騒音を生じないことである。さらに、停止ブレーキとして使用される回転電機（２）が駆動電動機としても使用される場合、動き出すときのがくんという衝撃を防止することができる。

Description

本発明は、レール式動力車のための停止ブレーキに関し、その停止ブレーキは回転子と固定子とを有する少なくとも１つの回転電機を用いて構成されるものである。

鉄道交通においては、貨車又は客車を牽引するため動力車が使用される。乗客の営業が認められている、電気的に駆動されるレール式動力車は、発電電気式の常用ブレーキに加えて、空気圧式、液圧式又は電気式に作動する機械的（予備）ブレーキを持っている。発電電気式の常用ブレーキに対しては、ロータに永久磁石を備える動力車のPM同期電動機が発電機として運転され得る。運転上は、動力車は発電式電気式の常用ブレーキによってのみ停止される。機械的なブレーキは駅又は停留所において、車両が静止状態にあるや否や適用される。機械的なブレーキはそのあと停止ブレーキとして使用される。駅における停止ブレーキの機能は、乗客の乗り降り時には車両はどんなことがあっても決して意図しないで動くことは許されないから、運転上は非常に確実に実行されなければならない。

レール式車両のための機械的な停止ブレーキがどのように組み立てられているかは、例えば欧州特許第0875433 B1号明細書から知られている。米国特許第5564795号明細書から、空気圧式の停止ブレーキ及びその制御部がどのように組み立てられることができるかが知られている。両者において停止ブレーキは機械的に複雑に組み立てられている。

レール式動力車のための空気圧式停止ブレーキの作動時及び解除時には、むろん圧縮空気が多量に消費され、この圧縮空気は費用がかかり、また電気的に駆動されるコンプレッサにより低い効率で生成されなければならない。即ち、空気圧式の停止ブレーキを運転するためには多量のエネルギーが消費される。さらに機械的な停止ブレーキの解除時に乗り心地が損なわれる。何故ならその解除と同時にレール式車両が動き出すときにはがくんという衝撃がくることがあるからである。機械的な停止ブレーキにおいては、ブレーキシュー、機械的ブレーキユニットの磨耗、また場合によっては空気圧式停止ブレーキにおいてはコンプレッサの磨耗にも至る可能性がある。さらに、空気圧式の停止ブレーキをかけるとき及び解除時に騒音が生じる。

本発明はそれ故、レール式動力車のための停止ブレーキにおいて、空気圧式の停止ブレーキよりエネルギーの消費が僅かであり、また乗り心地が改善されるものを提供することを課題とするものである。さらに本発明による停止ブレーキは磨耗がなく、比較的に僅かの騒音しか生じないようにしようとするものである。

この課題は本発明によれば、回転電機の制御部が設けられ、外部からトルクが作用する場合にも固定子における回転子の位置が一定であるように回転電機が制御されることによって解決される。

即ち、回転電機が機械的な停止ブレーキの代わりに停止ブレーキとして用いられる。それに伴って、その保持する力が磁気的に発生されるもので機械的な力によるものではないから、本発明による停止ブレーキの運転中は磨耗が発生せず有利である。さらに別の利点は、本発明による停止ブレーキの運転中騒音が発生しないことである。さらに、停止ブレーキとして使用される回転電機が駆動モータとしても使用される場合には、動き始めるときがくんという衝撃が防止される。

本発明のさらに別の有利な構成は、回転電機の制御部に、回転子を目標位置に調節するため位置制御部が付設されるときに与えられる。それに伴って、レール式動力車の停止が特に有利に保証される。

回転子の角度位置は回転子位置送出器によって決定することができる。それに代えて、回転子の角度位置は、回転子位置モデルを用いて電気量から、例えば固定子における回転子の位置によって生じる磁気的非対称性の評価のもとに、決定することもできる。その場合、例えば入力電圧又は回転電機へ流れ込む電流のような電気量が評価される。この評価は、回転子の位置依存性のインダクタンス差に基づく。回転子の角度位置を決定するための上述の可能性を用いることによってまさに、位置制御を特に正確に実施することができる。角度位置が回転子位置モデルから決定されると、回転子位置送出器はまた削減することができ有利である。

制御部にはさらに電力変換器出力部が付設されると有利である。回転電機は例えば非同期電動機として構成するか、またはロータに永久磁石を持ったPM同期電動機として構成することもできる。後者の場合、制動作用を得るため、PM同期電動機の固定子が直流電流を与えられることによって、停止ブレーキは特に頑丈に実施することができる。直流電流はバッテリーによって、又はそれに代えて整流器によって供給することができる。

本発明並びに従属請求項の特徴に従う本発明の別の有利な構成は、以下に図に概略的に示される実施例に基づいて詳細に説明されるが、本発明はこの実施例に限定されるものではない。

レール式動力車１の常用ブレーキは、回転電機によって完全に発電式に構成されている。駆動は同じ回転電機２によって、又は別の回転電機によって行うことができる。安全ブレーキは、制御される駆動及び制動システムが故障した場合、非常制動抵抗へのPM同期電動機の発電式供給によって行われる。このPM同期電動機は駆動部として用いられる回転電機と一致することができ、又は常用ブレーキとして使用される回転電機と一致することもできる。

本発明によれば、回転電機２は、機械的なブレーキの代わりに停止ブレーキとして使用される。この回転電機はまた常用ブレーキ、安全ブレーキ、又は駆動部としても使用することができる。

その際回転電機２は、外部からトルクが作用する場合にも、固定子における回転子の位置が一定であるように制御される。回転電機２は、回転子が目標位置に調節されるように位置制御部によって制御される。位置制御部の最適運転のためには、回転子の実際位置に関する情報が必要である。この実際位置は回転子位置送出器によって、又は回転子位置モデルによって決定することができる。回転子位置モデルのために電気測定量が用いられる。電気量による回転子位置モデルの評価は、回転子の磁気的非対称性の評価、又は回転子の位置依存性のインダクタンス差の評価に基づくことができる。

回転電機２は、停止ブレーキとしての運転においては電力変換器出力部によって給電される。回転電機２はさらに非同期電動機として、又はPM同期電動機としても構成することができる。

後者の場合、停止ブレーキはまた、ブレーキ作用を得るためPM同期電動機が直流電流を供給されることによって簡単に構成することができる。直流電流は、バッテリー又はそれに代えて整流器によって供給することができる。

レール式動力車の概略図である。

符号の説明

１ レール式動力車
２ 回転電機

Claims (19)

1. レール式動力車（１）のための停止ブレーキであって、停止ブレーキが回転子と固定子とを有する少なくとも１つの回転電機（２）を用いて構成されるものにおいて、回転電機（２）の制御部が設けられ、外部からトルクが作用したときの固定子における回転子の位置が一定であるように回転電機が制御されることを特徴とするレール式動力車（１）のための停止ブレーキ。
2. 制御部に位置制御部が付設され、この位置制御部を用いて回転子が目標位置に調節されることを特徴とする請求項１記載のレール式動力車（１）のための停止ブレーキ。
3. 制御部に回転子位置送出器が付設され、この位置送出器によって回転子の角度位置が決定されることを特徴とする請求項１又は２記載のレール式動力車（１）のための停止ブレーキ。
4. 回転子の角度位置を回転子位置モデルを用いて電気量から決定する手段が制御部に付設されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１つに記載のレール式動力車（１）のための停止ブレーキ。
5. 回転子の角度位置の決定が、回転子の磁気的非対称性の評価に基づくことを特徴とする請求項４記載のレール式動力車（１）のための停止ブレーキ。
6. 回転子の角度位置の決定が、回転子の位置依存性のインダクタンス差の評価に基づくことを特徴とする請求項４記載のレール式動力車（１）のための停止ブレーキ。
7. 制御部に電力変換器出力部が付設され、この電力変換器出力部によって回転電機（２）が電流を供給され得るようになっていることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１つに記載のレール式動力車（１）のための停止ブレーキ。
8. 回転電機（２）が非同期電動機であることを特徴とする請求項１〜７のいずれか１つに記載のレール式動力車（１）のための停止ブレーキ。
9. 回転電機（２）がＰＭ同期電動機であることを特徴とする請求項１〜７のいずれか１つに記載のレール式動力車（１）のための停止ブレーキ。
10. ブレーキ作用を得るため、ＰＭ同期電動機の固定子が直流電流を供給される駆動様式を回転電機（２）の制御部が備えることを特徴とする請求項９記載のレール式動力車（１）のための停止ブレーキ。
11. 請求項１〜１０のいずれか１つに記載の少なくとも１つの停止ブレーキを有することを特徴とするレール式動力車（１）。
12. レール式動力車（１）のための停止ブレーキの運転方法であって、停止ブレーキが回転子と固定子とを有する少なくとも１つの回転電機（２）を用いて構成されるものにおいて、外部からトルクが作用したときの固定子における回転子の位置が一定であるように回転電機（２）が制御されることを特徴とするレール式動力車（１）のための停止ブレーキの運転方法。
13. 回転子が目標位置に調節されることを特徴とする請求項１２記載のレール式動力車（１）のための停止ブレーキの運転方法。
14. 回転子の角度位置が回転子位置送出器によって決定されることを特徴とする請求項１２又は１３記載のレール式動力車（１）のための停止ブレーキの運転方法。
15. 回転子の角度位置が回転子位置モデルを用いて電気量から決定されることを特徴とする請求項１２〜１４のいずれか１つに記載のレール式動力車（１）のための停止ブレーキの運転方法。
16. 回転子の角度位置が回転子の磁気的非対称性の評価によって決定されることを特徴とする請求項１５記載のレール式動力車（１）のための停止ブレーキの運転方法。
17. 回転子の角度位置が回転子の位置依存性のインダクタンス差の評価によって決定されることを特徴とする請求項１５記載のレール式動力車（１）のための停止ブレーキの運転方法。
18. 回転電機（２）が電力変換器出力部によって電流を供給されることを特徴とする請求項１２〜１７のいずれか１つに記載のレール式動力車（１）のための停止ブレーキの運転方法。
19. 回転電機（２）がＰＭ同期電動機であり、ブレーキ作用を得るため、ＰＭ同期電動機の固定子が直流電流を供給されることを特徴とする請求項１２〜１８のいずれか１つに記載のレール式動力車（１）のための停止ブレーキの運転方法。

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