JP2016539277A - 軌道車両のためのコンプレッサシステムおよび安全な緊急動作によりコンプレッサシステムを作動する方法 - Google Patents

Abstract

本発明は、軌道車両用のコンプレッサシステムに関する。このコンプレッサシステムは、少なくとも１つの圧縮空気タンク（４）のために圧縮空気を発生させるコンプレッサ（３）を含み、コンプレッサ（３）は、電気機械装置（１）により駆動軸（２）を介して駆動され、電気機械装置（１）は、この電気機械装置（１）を最大回転数（ｍ）と最小回転数（ｉ）との間の少なくとも１つの定格回転数（ｎ）で駆動するために、少なくとも間接的に制御装置（５）を介して制御可能であり、コンプレッサ（３）の下流に設けられた圧縮空気搬送管路（６）内に、制御装置（５）のために圧力を測定する少なくとも１つの圧力センサ（７）が配置されている。本発明によれば、電気機械装置（１）の回転数を連続的に制御するために、給電装置（１５）と電気機械装置（１）との間に、調整部材（８）が配置されており、調整部材（８）は、制御装置（５）を介して制御可能であり、コンプレッサ（３）の下流に設けられた圧縮空気搬送管路（６）に、圧力スイッチ（１６）が配置されており、圧力スイッチ（１６）は、少なくとも１つの圧縮空気タンク（４）内の圧力を監視し、少なくとも電気機械装置（１）の回転数に作用を与える。さらに本発明は、本発明によるコンプレッサシステムの制御方法にも関する。この場合、コンプレッサ（３）を、最大回転数（ｍ）と最小回転数（ｉ）との間で任意の中間値をとる可変の回転数で駆動し、圧力スイッチ（１６）が、少なくとも１つの圧縮空気タンク（４）内の圧力を監視し、少なくとも間接的に、電気機械装置（１）の回転数に作用を与える。

Description

本発明は、軌道車両用のコンプレッサシステムに関する。このシステムは、少なくとも１つの圧縮空気タンクのために圧縮空気を発生させるコンプレッサを含み、このコンプレッサは、電気機械装置により駆動軸を介して駆動される。この場合、電気機械装置は、この電気機械装置を最大回転数と最小回転数との間の少なくとも１つの定格回転数で駆動するために、少なくとも間接的に制御装置を介して制御可能であり、さらにこの場合、コンプレッサの下流に設けられた圧縮空気搬送管路内に、制御装置のために圧力を測定する少なくとも１つの圧力センサが配置されている。さらに本発明は、本発明によるコンプレッサシステムの制御方法にも関する。

発明の背景
軌道車両のコンプレッサに対しては、部分的に相容れない多様な要求が課され、たとえば高い供給能力、十分なスイッチオン期間、小さい音響放出、少ないエネルギー消費、小さい組み込みスペース、ならびに小さい仕入れ費用およびライフサイクルコストなどが要求される。この場合、軌道車両の動作状態に応じて、コンプレッサに対しそれぞれ異なる強さの要求プロフィルが存在する。コンプレッサを設計する際に提起される典型的な問題は、軌道車両のすべての動作状態で許容可能な最善の妥協点を、これらの要求の間において見出すことである。一般に軌道車両においては、電気的に駆動されるコンプレッサが用いられる。コンプレッサは、スイッチオン／スイッチオフ動作中、下方のスイッチオン圧力と上方のスイッチオフ圧力との間において、一定の回転数いわゆる定格回転数で駆動される。コンプレッサは、予め定められた充填時間が達成されるようにし、動作中、最小スイッチオン期間を下回らないように、その仕様が選定される。

一般的に知られている従来技術から明らかであるのは、軌道車両の種々の動作状態間で、コンプレッサの動作は異ならない、ということである。この場合、冷却システムのファンは、コンプレッサと同じ動作管理体制下におかれる。その理由は、ファンは一般的にコンプレッサにより直接、一緒に駆動されるからである。

さらに知られているのは、通常の駆動部および通常の構造とは異なった、コンプレッサシステムの複雑な構造および駆動部に、付加的なコンポーネント特に電子的なコンポーネントが設けられていることであり、そのようなコンポーネントであると、故障する確率が余分に高まる可能性があるし、少なくとも誤動作に対する脆弱性が余分に高まる可能性がある。換言すれば、付加的な電子コンポーネントがコンプレッサシステムに導入されることで、個々の電子コンポーネントにより余分に高まる故障の確率が、コンプレッサシステムに一緒に入り込むことになる。このため、コンプレッサシステムの誤動作の確率および故障のリスクが高まってしまう。コンプレッサシステムは制動装置に圧縮空気を供給するので、コンプレッサシステムが故障すると、一般的に軌道車両は停車状態におかれる。

発明の概要
したがって本発明の課題は、コンプレッサシステムの誤動作の確率および故障のリスクを高めることなく、エネルギー効率よく、かつ音響放出を低減して、コンプレッサシステムを作動させることができるように、コンプレッサシステムおよびコンプレッサシステムの作動方法を最適化することである。

この課題は、装置に関しては、請求項１の上位概念記載のコンプレッサシステムを前提として、請求項１の特徴部分に記載された構成によって解決される。さらに上記の課題は、方法に関しては、請求項６に記載の特徴によって解決される。従属請求項には、本発明の有利な実施形態が記載されている。

本発明によれば、電気機械装置の回転数を連続的に制御するために、給電装置と電気機械装置との間に、調整部材が配置されており、この調整部材は、制御装置を介して制御可能であり、コンプレッサの下流に設けられた圧縮空気搬送管路に、圧力スイッチが配置されており、圧力スイッチは、少なくとも、１つの圧縮空気タンク内の圧力を監視し、少なくとも電気機械装置の回転数に作用を与える。

換言すれば、調整部材は、電力の流れにおいて電気機械装置の上流に配置されており、つまりは電気機械装置の前段に接続されている。この調整部材によって、電気機械装置を種々の回転数で駆動することができる。このためには特に、周波数変換器またはインバータが適している。周波数に応じて、電気機械装置の回転数ひいてはコンプレッサの動作が整合される。ただし、回転数制御のための付加的な電子コンポーネントに起因して、特に付加的なセンサ、ケーブルおよび調整部材に起因して、コンプレッサシステムの誤動作の確率および故障のリスクが高まる。

少なくとも１つの圧縮空気タンク内の圧力を監視するための圧力スイッチにより、この種のコンプレッサシステムの安全性が高められ、安全な緊急動作の可能性が得られるようになる。つまり圧力が降下した場合、圧力スイッチは、電気機械装置の回転数に間接的に作用を与えることができる。少なくとも１つの圧縮空気タンク内の圧力が所定の下方の圧力を下回った、という圧力スイッチの信号によって、少なくとも１つの圧縮空気タンク内の圧力を所定の上方の圧力に達するまで高める目的で、特にコンプレッサの回転数が高められるようにコンプレッサを制御することができる。したがって圧力スイッチがコンプレッサの少なくとも回転数に作用を与えるのは、圧力が最小圧力または上方のスイッチオフ圧力に達した場合だけである。最小圧力に達すると回転数が高められ、上方のスイッチオフ圧力に達すると少なくとも回転数が低減されるか、またはコンプレッサがスイッチオフされる。換言すれば、コンプレッサシステムにおいて、少なくとも１つの圧縮空気タンク内の圧力が最小圧力になるエラーが発生したならば、コンプレッサは再び通常動作となり、したがってコンプレッサは定格回転数で駆動される。

１つの好ましい実施形態によれば、圧力スイッチは、電気機械装置の回転数に間接的に作用を与えるために、制御装置と共働するように接続されている。換言すれば、圧力スイッチは、発生した信号を制御装置へ転送し、制御装置は、好ましくは組み込まれた制御アルゴリズムを介して、電気機械装置の回転数を受け取った信号に合わせて整合させる。

さらに別の好ましい実施例によれば、制御装置と調整部材を電気機械装置から分離するための電力スイッチが、調整部材の後段に配置されている。この場合、電力スイッチは特に、給電装置と電気機械装置との間に配置されており、したがって調整部材と電気機械装置との間においても、給電装置と電気機械装置との間においても、ブリッジを成している。

さらに好ましくは、この電力スイッチには圧力スイッチが接続されており、これらの間に介在して制御ロジックユニットが配置されている。したがって電力スイッチは制御ユニットとは独立しており、圧力スイッチから信号を受け取る制御ロジックユニットを介して、駆動することができる。

好ましくは制御装置は、コンプレッサの下流に設けられ冷却ファンを備えた冷却ユニットを、少なくとも間接的に制御し、その際、冷却ファンの回転数を制御装置により連続的に調整することができる。このため冷却ユニットには、好ましくは調整部材が組み込まれている。別の選択肢として、調整部材を冷却ユニットの少なくとも前段に接続することも考えられる。また、調整部材に２つの制御出力端子を設け、それによって電気機械装置も冷却ファンも、１つの共通の調整部材を介して制御することも、同様に考えられる。

方法に関しては、コンプレッサを、最大回転数と最小回転数との間で任意の中間値をとる可変の回転数で駆動し、圧力スイッチが、少なくとも１つの圧縮空気タンク内の圧力を監視し、少なくとも間接的に、電気機械装置の回転数に作用を与えるようにする。冷却ユニットは、直接的にも間接的にもコンプレッサとは接続されていないことから、冷却ユニットは別個に制御され、つまりは冷却ファンの回転数は別個に調整される。有利には、コンプレッサと冷却ファンをスイッチオフすることもできる。

さらに別の実施例によれば、制御装置は、少なくとも１つの圧縮空気タンク内の圧力が最小圧力に達すると、圧力スイッチから信号を受け取り、スイッチオフ圧力に達するまで、コンプレッサを少なくとも定格回転数で駆動する。これにより、特に故障のあるセンサおよび／またはケーブルに対処することができる。つまり制御装置は、圧力スイッチに従って調整部材を制御する。

さらに別の実施例によれば、制御ロジックユニットは、少なくとも１つの圧縮空気タンク内の圧力が最小圧力に達すると、圧力スイッチから信号を受け取り、電力スイッチを制御して、制御装置および調整部材を電気機械装置から分離し、スイッチオフ圧力に達するまで、電力スイッチを介して、コンプレッサを定格回転数で駆動する。電力スイッチの設定に応じて、電気機械装置のために定格回転数よりも高い回転数を発生させることもできる。この目的で電力スイッチは、電気機械装置を給電装置と直接、接続する。したがって制御装置は、電気機械装置に対し、ひいてはコンプレッサの回転数に対し、いかなる作用も及ぼさない。このようにすれば特に、対応して設けられたすべてのセンサおよび調整部材とともに、制御装置全体の故障または誤動作に対処することができる。

特に好ましくは、少なくとも１つの圧縮空気タンクの圧力が少なくとも２回、最小圧力まで降下した後、電気機械装置を、少なくとも定格回転数とコンプレッサのスイッチオフとの間で断続的に駆動し、圧力が最小圧力に降下したときには少なくとも定格回転数で駆動し、スイッチオフ圧力に達したときにはコンプレッサをスイッチオフする。換言すれば、少なくとも１つの圧縮空気タンク内で比較的一定の圧力を得るために、電気機械装置の回転数つまりはコンプレッサの回転数は、もはや変更されない。ただし、少なくとも１つの圧縮空気タンクをいっそう急速に充填できるようにする目的で、コンプレッサを定格回転数で駆動するのではなく、最大回転数で駆動することも、同様に考えられる。

本発明の改良に関するさらに別の形態については、以下で図面を参照した本発明の有利な実施例の説明とともに説明する。

本発明によるコンプレッサシステムを示すブロック図 本発明のコンプレッサシステムを第２の実施例に従って示すブロック図 互いに関連する２つのグラフを示す図であって、上方のグラフにはコンプレッサの回転数を時間軸上に示し、下方のグラフにはコンプレッサの圧力を時間軸上に示す図

１つの有利な実施形態の詳細な説明
図１に示されているように、軌道車両用のコンプレッサシステムは電気機械装置１を有しており、この電気機械装置１は駆動軸２を介して、圧縮空気発生用のコンプレッサ３を駆動する。コンプレッサ３から発生した圧縮空気は、圧縮空気搬送管路６を介して、冷却ファン１４を備えた冷却ユニット９へ供給される。冷却ユニット９の下流において圧縮空気搬送管路６内に、圧力センサ７と温度センサ１３ｂが配置されている。さらに圧縮空気搬送管路６はプレセパレータ１１に連通しており、さらにプレセパレータ１１に続いて空気処理装置１２が配置されている。ついで、乾燥させられ粒子が除かれて浄化された圧縮空気が、圧縮空気タンク４に貯蔵される。さらに圧縮空気搬送管路６に圧力スイッチ１６が配置されており、この圧力スイッチ１６は、圧縮空気タンク４内の圧力を監視し、電気機械装置１および冷却ファン１４の回転数に間接的に作用を及ぼす。

コンプレッサ３に配置された温度センサ１３ａ、ならびに温度センサ１３ｂおよび圧力センサ７はすべて、測定された温度および測定された圧力を制御装置５へ送信する。さらに制御装置５は信号入力端子１０を介して、ここには図示されていない他のセンサまたは列車管理システムからも、信号を受け取る。さらにこの場合、制御装置５は、冷却ユニット９の回転数を制御するのに適しているとともに、信号を調整部材８へ供給するのにも適している。周波数変換器として構成されている調整部材８は、電気機械装置１の回転数つまりはコンプレッサ３の回転数を設定する。さらに調整部材８は２つの出力を備えており、したがって制御装置５により冷却ファン１４の回転数も調整される。この場合、調整部材８は、電気機械装置１の回転数を連続的に制御するために、給電装置１５と電気機械装置１との間に配置されている。この場合、制御装置５は、圧縮空気タンク４内の圧力が最小圧力ｅに達したときに、圧力スイッチ１６から信号を受け取り、スイッチオフ圧力ｄに達するまでコンプレッサ３が定格回転数で駆動されるように制御する。

図２によれば、制御装置５と調整部材８を電気機械装置１から分離するための電力スイッチ１７が、調整部材８の後段に配置されている。この電力スイッチ１７には圧力スイッチ１６が接続されており、これらの間に介在して制御ロジックユニット１８が配置されている。この場合、制御ロジックユニット１８は、圧縮空気タンク４内の圧力が最小圧力ｅに達すると、圧力スイッチ１６から信号を受け取り、電力スイッチ１７を制御して、制御装置５および調整部材８を電気機械装置１から分離する。その後、コンプレッサ３は、スイッチオフ圧力ｄに達するまで、電力スイッチ１７を介して定格回転数ｎで駆動される。

図３には、圧力スイッチ１６により圧縮空気タンク４内で圧力降下が測定されたときの既述の推移を示すグラフが描かれている。領域ａにおいてコンプレッサ３は、最小回転数ｉと定格回転数ｎとの間の回転数で駆動され、この場合、圧縮空気タンク４内の圧力は所定の範囲内に保持される。したがってコンプレッサ３は領域ａにおいては、制御された動作にある。回転数は可変であり、状況に依存する。

領域ｂにおいて、圧縮空気タンク４内の圧力が降下し、コンプレッサ３の回転数が自然発生的に減少する。換言すれば、領域ｂにおいて、制御された動作中にエラーが発生し、その結果、圧力降下が測定されることになる。

圧縮空気タンク４内の圧力が最小圧力ｅに達すると、圧力スイッチ１６が応答し、領域ｃにおいて、間接的に電力スイッチ１７または調整部材８を介して、電気機械装置１の回転数を、ひいてはコンプレッサ３の回転数を、定格回転数ｎまで上昇させる。したがって領域ｃにおいて圧力スイッチ１６の応答が発生し、これによって制御動作から非制御動作へと動作が切り替わる。非制御動作は２つの状態を有する。一方は、定格回転数ｎによるコンプレッサ３の駆動であり、他方は、コンプレッサ３のスイッチオフである。ここには示されていない冷却ファン１４も、コンプレッサ３の駆動と同様に駆動される。

圧縮空気タンク４内の圧力がスイッチオフ圧力ｄに達すると、コンプレッサ３がスイッチオフされ、まずは再び最小回転数ｉと定格回転数ｎとの間で駆動され、それによって圧縮空気タンク４内の圧力が所定の範囲内に保持される。

本発明は、上述の有利な実施形態に限定されるものではなく、変形実施形態も考えることができ、以下の特許請求の範囲により保護される範囲には、それらの変形実施形態も共に含まれる。つまりたとえば、コンプレッサ３が複数の圧縮空気タンク４に圧縮空気を供給することも可能である。圧縮空気タンク４内の圧力が最小圧力ｅに達したときに、電気機械装置１の回転数ひいてはコンプレッサ３の回転数を、定格回転数ｎにするだけでなく最大回転数ｍまで高めるようにしてもよい。

１ 電気機械装置
２ 駆動軸
３ コンプレッサ
４ 圧縮空気タンク
５ 制御装置
６ 圧縮空気搬送管路
７ 圧力センサ
８ 調整部材
９ 冷却ユニット
１０ 信号入力端子
１１ プレセパレータ
１２ 空気処理装置
１３ａ，１３ｂ 温度センサ
１４ 冷却ファン
１５ 給電装置
１６ 圧力スイッチ
１７ 電力スイッチ
１８ 制御ロジックユニット
ａ，ｂ，ｃ 領域
ｄ スイッチオフ圧力
ｅ 最小圧力
ｉ 最小回転数
ｍ 最大回転数
ｎ 定格回転数

Claims (9)

1. 軌道車両用のコンプレッサシステムであって、
   該コンプレッサシステムは、少なくとも１つの圧縮空気タンク（４）のために圧縮空気を発生させるコンプレッサ（３）を含み、該コンプレッサ（３）は、電気機械装置（１）により駆動軸（２）を介して駆動され、
   前記電気機械装置（１）は、該電気機械装置（１）を最大回転数（ｍ）と最小回転数（ｉ）との間の少なくとも１つの定格回転数（ｎ）で駆動するために、少なくとも間接的に制御装置（５）を介して制御可能であり、
   さらに、前記コンプレッサ（３）の下流に設けられた圧縮空気搬送管路（６）内に、前記制御装置（５）のために圧力を測定する少なくとも１つの圧力センサ（７）が配置されている、
   軌道車両用のコンプレッサシステムにおいて、
   前記電気機械装置（１）の回転数を連続的に制御するために、給電装置（１５）と前記電気機械装置（１）との間に、調整部材（８）が配置されており、該調整部材（８）は、前記制御装置（５）を介して制御可能であり、
   前記コンプレッサ（３）の下流に設けられた圧縮空気搬送管路（６）に、圧力スイッチ（１６）が配置されており、該圧力スイッチ（１６）は、前記少なくとも１つの圧縮空気タンク（４）内の圧力を監視し、少なくとも、前記電気機械装置（１）の回転数に作用を与える、
   ことを特徴とする、軌道車両用のコンプレッサシステム。
2. 前記圧力スイッチ（１６）は、前記電気機械装置（１）の回転数に間接的に作用を与えるために、前記制御装置（５）と共働するように接続されている、
   請求項１記載のコンプレッサシステム。
3. 前記制御装置（５）と前記調整部材（８）を前記電気機械装置（１）から分離するための電力スイッチ（１７）が、前記調整部材（８）の後段に配置されている、
   請求項１記載のコンプレッサシステム。
4. 前記圧力スイッチ（１６）は、該圧力スイッチ（１６）と前記電力スイッチ（１７）との間に配置された制御ロジックユニット（１８）を介して、前記電力スイッチ（１７）と接続されている、
   請求項３記載のコンプレッサシステム。
5. 前記制御装置（５）は、前記コンプレッサ（３）の下流に配置され冷却ファン（１４）を備えた冷却ユニット（９）を、少なくとも間接的に制御し、前記冷却ファン（１４）の回転数は、前記制御装置（５）により連続的に調整可能である、
   請求項１記載のコンプレッサシステム。
6. 請求項１から５のいずれか１項記載のコンプレッサシステムの制御方法において、
   前記コンプレッサ（３）を、最大回転数（ｍ）と最小回転数（ｉ）との間で任意の中間値をとる可変の回転数で駆動し、
   前記圧力スイッチ（１６）が、前記少なくとも１つの圧縮空気タンク（４）内の圧力を監視し、少なくとも間接的に、前記電気機械装置（１）の回転数に作用を与える
   ことを特徴とする、コンプレッサシステムの制御方法。
7. 前記制御ロジックユニット（１８）は、前記少なくとも１つの圧縮空気タンク（４）内の圧力が最小圧力（ｅ）に達すると、前記圧力スイッチ（１６）から信号を受け取り、前記電力スイッチ（１７）を制御して、前記制御装置（５）および前記調整部材（８）を前記電気機械装置（１）から分離し、
   スイッチオフ圧力（ｄ）に達するまで、前記電力スイッチ（１７）を介して、前記コンプレッサ（３）を定格回転数（ｎ）で駆動する、
   請求項６記載の方法。
8. 前記制御装置（５）は、前記少なくとも１つの圧縮空気タンク（４）内の圧力が最小圧力（ｅ）に達すると、前記圧力スイッチ（１６）から信号を受け取り、前記スイッチオフ圧力（ｄ）に達するまで、前記コンプレッサ（３）を少なくとも定格回転数（ｎ）で駆動する、
   請求項６記載の方法。
9. 前記少なくとも１つの圧縮空気タンク（４）内の圧力が少なくとも２回、最小圧力（ｅ）まで降下した後、前記電気機械装置（１）を、少なくとも定格回転数（ｎ）と前記コンプレッサ（３）のスイッチオフとの間で断続的に駆動し、圧力が最小圧力（ｅ）に降下したときには少なくとも定格回転数（ｎ）で駆動し、スイッチオフ圧力（ｄ）に達したときには前記コンプレッサ（３）をスイッチオフする、
   請求項６から８のいずれか１項記載の方法。

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