JP2017229228A - Complete traction gear for vehicle, in particular, railway vehicle - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、車両、特に鉄道車両用の牽引装置に関する。 The present invention relates to a traction device for a vehicle, particularly a railway vehicle.
当該技術の現状において、各々がそれぞれの出力軸を有する少なくとも2つのモーターを含む牽引装置が既に知られている。各出力軸は、特に減速機を介して車両のそれぞれの車軸を駆動するように意図されている。 In the state of the art, traction devices are already known that include at least two motors each having a respective output shaft. Each output shaft is specifically intended to drive a respective axle of the vehicle via a speed reducer.
同期モーターの場合、各モーターはそれに特有のインバーターで電力を供給される。実際には、既知の牽引装置は、異なるモーターの出力軸と同じ速度及び角度位置を確実にすることができないので、同じインバーターでいくつかのモーターに電力を供給することができない。 In the case of synchronous motors, each motor is powered by its own inverter. In practice, known traction devices cannot ensure the same speed and angular position as the output shaft of different motors, and therefore cannot power several motors with the same inverter.
この結果は、複数のインバーターの存在に関連して、牽引装置のかなりのコストとなる。 This result is a significant cost of the traction device in connection with the presence of multiple inverters.
また、場合によっては、モーターは、その動作に又はその完全性にも有害であり得る異常な状態に遭遇することがある。例えば、同期モーターの場合、固定子に又は電力供給回路内で短絡が発生し、それにより局所的に温度を上昇させる強い熱放射が発生する。このような温度はモーターを損傷させる可能性があり、付近に防火設備があることを必要とする。 Also, in some cases, the motor may encounter abnormal conditions that can be detrimental to its operation or to its integrity. For example, in the case of a synchronous motor, a short circuit occurs in the stator or in the power supply circuit, thereby generating strong heat radiation that locally raises the temperature. Such temperatures can damage the motor and require fire protection in the vicinity.
本発明は特に、より経済的な牽引装置を提案することにより、これらの欠点に対する改善策を見出すことを目的とし、牽引装置の動作異常に対する安全性を改善する。 The present invention aims to find an remedy for these disadvantages, in particular by proposing a more economical traction device, and improves the safety against abnormal operation of the traction device.
このために、本発明の対象は、各々がそれぞれの出力軸を有する少なくとも2つのモーターを含む車両用の、特に鉄道車両用の牽引装置であって、
前記少なくとも2つのモーターに電力を供給するインバーターと、
モーターごとの遊星歯車列であって、内側遊星歯車と、外側遊星歯車と、それぞれが内側遊星歯車及び外側遊星歯車と噛み合う複数のサテライトを支持するサテライトホルダーとから選択される第1要素、第2要素及び第3要素を含み、第1要素は出力軸と回転固定され、第2要素は車両のそれぞれの車軸を回転駆動するように意図されている遊星歯車列と、
対応する遊星歯車列の第3要素を回転駆動することができる、モーターの少なくとも1つのためのモーター駆動制御手段と、
各モーターの異常を検出する手段と、
モーター駆動制御手段ごとに、
モーター駆動制御手段と対応する遊星歯車列の第3要素との間に配置された解除可能なクラッチ手段であって、第3要素がモーター駆動制御手段により回転を拘束されるクラッチ状態を有することができる解除可能なクラッチ手段と、モーター駆動制御手段と対応する遊星歯車列の第3要素との間に配置された係合解除手段であって、第3要素がモーター駆動制御手段により回転を拘束される係合状態と、第3要素が自由に回転する非係合状態とを取ることができる係合解除手段と、
クラッチ手段を制御する手段であって、検出手段が異常を検出しないときはクラッチ手段をクラッチ状態に維持することができ、検出手段が異常を検出したときはクラッチ手段を非係合状態に移行させる手段と
を含むことを特徴とする牽引装置である。
For this purpose, the subject of the present invention is a traction device for a vehicle, in particular a railway vehicle, comprising at least two motors each having a respective output shaft,
An inverter for supplying power to the at least two motors;
A planetary gear train for each motor, a first element selected from an inner planetary gear, an outer planetary gear, and a satellite holder that supports a plurality of satellites that mesh with the inner planetary gear and the outer planetary gear, respectively. An element and a third element, wherein the first element is rotationally fixed to the output shaft, the second element is a planetary gear train intended to rotationally drive the respective axle of the vehicle;
Motor drive control means for at least one of the motors capable of rotationally driving a third element of the corresponding planetary gear train;
Means for detecting the abnormality of each motor;
For each motor drive control means,
A releasable clutch means disposed between the motor drive control means and the corresponding third element of the planetary gear train, wherein the third element has a clutch state in which rotation is restricted by the motor drive control means. A disengagement means disposed between the disengageable clutch means and the motor drive control means and the corresponding third element of the planetary gear train, the rotation of the third element being restricted by the motor drive control means. Disengaging means capable of taking an engaged state and a non-engaged state in which the third element freely rotates;
A means for controlling the clutch means, wherein the clutch means can be maintained in the clutch state when the detection means does not detect an abnormality, and the clutch means is shifted to the non-engagement state when the detection means detects an abnormality. A traction device comprising: means.
本発明によれば、単一のインバーターがモーター全体に電力を供給する。 According to the present invention, a single inverter supplies power to the entire motor.
制御手段により、出力軸の速度及び角度位置が同一になるように、遊星歯車列の要素のうちの1つの回転速度を変更することができる。 The control means can change the rotational speed of one of the elements of the planetary gear train so that the speed and angular position of the output shaft are the same.
より詳細には、出力軸の速度が実質的に同一である場合、制御手段は、遊星歯車列の第3要素を同一速度で回転駆動し、それによって牽引装置によって供給される牽引力に寄与する。 More specifically, when the speeds of the output shafts are substantially the same, the control means rotationally drives the third element of the planetary gear train at the same speed, thereby contributing to the traction force supplied by the traction device.
一方、出力軸間で速度及び/又は角度位置に差がある場合、制御手段は、この差を補正するために少なくとも1つの第3要素の速度を増減する。 On the other hand, if there is a difference in speed and / or angular position between the output shafts, the control means increases or decreases the speed of at least one third element in order to correct this difference.
また、異常が検出された場合、車軸の回転がモーターの軸の回転ではなく第3要素の回転を引き起こすように、第3要素は回転が解除される。従って、検出された異常の影響を終わらせるために、車軸によるいかなる残留回転もなくモーターを停止させることができる。 In addition, when an abnormality is detected, the third element is released from rotation so that rotation of the axle causes rotation of the third element rather than rotation of the motor shaft. Therefore, the motor can be stopped without any residual rotation by the axle in order to end the effect of the detected anomaly.
本発明による牽引装置は、以下の特徴の1つ又はいくつかを更に含むことができる。 The traction device according to the present invention may further include one or several of the following features.
・牽引装置は、各出力軸の回転速度及び/又はそれらの角度位置を測定する手段と、各出力軸の回転速度及び/又はそれらの角度位置に応じて対応する遊星歯車列の第3要素の回転速度を制御することができる、各モーター駆動制御手段を制御する手段とを含む。 The traction device comprises means for measuring the rotational speed of each output shaft and / or their angular position and the third element of the planetary gear train corresponding to the rotational speed and / or their angular position of each output shaft; Means for controlling each motor drive control means capable of controlling the rotation speed.
・制御手段は、出力軸の速度の差及び/又はこれらの出力軸間の角度ずれを補正するために遊星歯車列の第3要素の回転速度を制御するように構成されている。 The control means is configured to control the rotational speed of the third element of the planetary gear train in order to correct the difference in speed of the output shafts and / or the angular deviation between these output shafts;
・異常を検出する手段は、モーターの短絡を検出することができる。 -The means for detecting an abnormality can detect a short circuit of the motor.
・各モーターは同期型のものである。 ・ Each motor is a synchronous type.
・各第2要素は、対応するサテライトホルダーによって形成され、対応する車軸によって支持される相補的な歯付きホイールと噛み合うように意図された歯付きの円形部分を含む。 Each second element comprises a toothed circular part intended to mate with a complementary toothed wheel formed by a corresponding satellite holder and supported by a corresponding axle;
・各モーター駆動制御手段は、インバーターによって電力を供給される。 -Each motor drive control means is supplied with electric power by an inverter.
本発明はまた、少なくとも2つの車軸を含む鉄道車両であって、少なくとも1つの先に定義した牽引装置を含み、各遊星歯車列は車軸のそれぞれ1つに運動学的に接続されていることを特徴とする鉄道車両に関する。 The invention also includes a railway vehicle including at least two axles, including at least one previously defined traction device, wherein each planetary gear train is kinematically connected to a respective one of the axles. It relates to a characteristic railway vehicle.
本発明は最後に、先に定義した牽引装置を保護する方法であって、
検出手段は各モーターの異常の有無を連続的に監視し、
異常が検出されると、制御手段はクラッチ手段を非係合状態に移行させることを特徴とする方法に関する。
The invention is finally a method for protecting a traction device as defined above,
The detection means continuously monitors the motor for abnormalities,
When an abnormality is detected, the control means relates to a method characterized in that the clutch means is shifted to the disengaged state.
本発明は、実施例としてのみ与えられ且つ単一の添付図面を参照して行われる以下の説明を読むことによって、よりよく理解されるであろう。
図には、車両、特に鉄道車両に備えるように意図された牽引装置10が示されている。
The figure shows a
車両は、各々が2つの車輪14を支持する少なくとも2つの車軸12を含む。鉄道車両の場合、後者は通常、例えば少なくとも前記車軸12を含む少なくとも1つのボギーを含む。或いは、車軸12は各々が異なるボギーによって支持される。
The vehicle includes at least two
車軸12は、同じ符号で説明されるように同一設計のものである。
The
各車軸12は、第1軸線X1を中心に回転移動可能である。
Each
各車軸12は、それぞれの歯付きホイール16と共に回転するように固定され、歯付きホイール16によって、この車軸12は牽引装置10に運動学的に接続されている。
Each
牽引装置10は、2つのモーター18を含む。モーター18及びモーター18に接続された要素は同一設計のものであるので、同じ符号を用いて以下で説明する。
The
有利には、各モーター18は同期モーターである。このような同期モーターは、非同期モーターより効率的且つよりコンパクトである。
Advantageously, each
各モーター18は、従来通りに固定子及び回転子を含み、回転子は、それぞれの出力軸19と共に回転するように固定されている。各出力軸19は、それぞれの第2軸線X2を中心に回転移動可能である。
Each
同期モーター18は、特にインバーター20を含む電力供給手段によって電力を供給される。本発明によれば、インバーター20は、同期モーター18に共通である。
The
牽引装置10は、モーター18ごとに、出力軸19と対応する歯付きホイール16との間に配置されたそれぞれの遊星歯車列22を更に含む。
The
各遊星歯車列22は、内側遊星歯車24と、外側遊星歯車26と、それぞれが内側遊星歯車24及び外側遊星歯車26と噛み合うサテライト28を支持するサテライトホルダー30とから選択される第1要素、第2要素及び第3要素を含み、第1要素24は出力軸19と共に回転するように固定され、第2要素30は車両のそれぞれの車軸12を回転駆動するように意図されている。
Each
上述の実施例では、第1要素は内側遊星歯車24であり、内側遊星歯車24は対応する出力軸19と共に回転するように固定され、従って対応する第2軸線X2を中心に回転移動可能である。
In the embodiment described above, the first element is the inner
上述の実施例では、第3要素は、第2軸線X2を中心とする概ね軸対称の形状を有するそれぞれの外側遊星歯車26である。各外側遊星歯車26は、例えば、歯付きの内面を有するクラウン形状を有する。
In the embodiment described above, the third element is each outer
各遊星歯車列22はまた、それぞれが内側遊星歯車24及び対応する外側遊星歯車26(特に内側の歯付き面)と噛み合う、少なくとも1つのサテライト28、一般に3つのサテライト28を含む。従って、各サテライト28は、内側遊星歯車24と対応する外側遊星歯車26との間に放射状に配置されている。各サテライト28は、第3軸線X3を中心とする概ね軸対称の形状を有し、各サテライト28は、このそれぞれの第3軸線X3を中心に回転移動可能である。
Each
説明した実施例では、第2要素は、それぞれのサテライトホルダー30で形成され、サテライトホルダー30は、第2軸線X2を中心に回転移動可能であり、歯付きホイール16のそれぞれ1つに相補的であり且つこの歯付きホイール16と噛み合う円形歯付き部分32を含む。サテライトホルダー30はまた、サテライト28ごとに、このサテライト28とのピボット接続部に支持部33を含み、このピボット接続部は、対応する第3軸線X3を中心に定められている。
In the described embodiment, the second element is formed by a
牽引装置10は、少なくとも1つのモーター18に対して、説明した例では外側遊星歯車26で形成された対応する第3要素を回転駆動することができるモーター駆動制御手段34を含む。
The
有利には、各モーター18は、それぞれのモーター駆動制御手段34に結合されている。
Advantageously, each
各モーター駆動制御手段34は、対応する外側遊星歯車26の歯付き部分と噛み合う回転出力部材36を含む。
Each motor drive control means 34 includes a
各モーター駆動制御手段34は、例えば、インバーター20によって電力を供給される。
Each motor drive control means 34 is supplied with electric power by, for example, the
各モーター駆動制御手段34の電力は、各モーター18の電力よりはるかに小さいことに留意されたい。例えば、各モーター駆動制御手段34の電力は、各モーター18の電力の5%以下である。従って、モーター駆動制御手段34は、顕著な追加の電力消費を伴わない。
Note that the power of each motor drive control means 34 is much smaller than the power of each
牽引装置10はまた、各出力軸19の回転速度を測定し且つ/又はそれらの角度位置を測定する手段38を含む。これらの測定手段38は特に、出力軸19間の回転速度の差及び/又はそれらの角度ずれを計算するように構成されている。
The
牽引装置10は最後に、各出力軸19の回転速度及び/又はそれらの角度位置に従って対応する外側遊星歯車26の回転速度を制御することができる、各モーター駆動制御手段34を制御する手段40を含む。
The
より詳細には、制御手段40は、出力軸19の速度の差及び/又はこれらの出力軸19間の角度ずれをなくすために外側遊星歯車26の回転速度を制御するように構成されている。
More specifically, the control means 40 is configured to control the rotational speed of the outer
従って、出力軸19の速度が実質的に同一であり且つ/又はそれらの角度ずれが実質的にゼロである場合、制御手段40は外側遊星歯車26を非常に低い速度又はゼロ速度で回転駆動し、それによって牽引装置10によって供給される牽引/制動力に寄与する。
Thus, if the speed of the
一方、出力軸19間の速度及び/又は角度位置に差がある場合、制御手段40は、この差をなくすために少なくとも1つの外側遊星歯車26の速度を変更する。
On the other hand, if there is a difference in speed and / or angular position between the
有利には、牽引装置10は、各モーター18の異常を検出する手段42を含む。本明細書において、「異常」とは、その適切な動作及び/又はその完全性に有害なモーターの機能障害を指す。検出手段42は、例えば、短絡を検出する従来の手段、及び/又は所定の閾値を超える温度の上昇を検出することができる温度測定手段を含む。従って、例えば、短絡が検出されると又は温度が所定の閾値を超えると、異常が検出されたと見なされる。
Advantageously, the
牽引装置10は、モーター駆動制御手段34ごとに、モーター駆動制御手段34と対応する外側遊星歯車26との間に配置された、より詳細には回転出力部材36上に配置された解除可能なクラッチ手段44を含む。クラッチ手段44は、外側遊星歯車26が対応するモーター駆動制御手段34により回転を拘束される係合状態と、外側遊星歯車26が自由に回転する非係合状態とを取ることができる。
For each motor drive control means 34, the
牽引装置10はまた、モーター駆動制御手段34ごとに、検出手段42が異常を検出しないときは係合手段44をクラッチ状態に維持することができ、検出手段42が異常を検出したときは係合手段44を非係合状態に移行させるための、係合手段44を制御する手段46を含む。従って、制御手段46は、係合手段44の制御が異常の検出によって条件付けられるように、検出手段42に接続されている。
The
より詳細には、制御手段46は、検出手段42が異常を検出しないときは係合手段44をクラッチ状態に維持するように、且つ検出手段42が異常を検出したときは係合手段44を非係合状態に移行させるように構成されている。
More specifically, the control means 46 keeps the engaging means 44 in the clutch state when the detecting
係合手段44がクラッチ状態にあるとき、モーター駆動制御手段34は、外側遊星歯車26の回転速度に、従って出力軸19と対応する車軸12との間の速度比に影響を与える。
When the engagement means 44 is in the clutch state, the motor drive control means 34 affects the rotational speed of the outer
係合手段44が非係合状態にあるとき、外側遊星歯車26は自由に回転する。車軸12が第1軸線X1を中心に回転しているとき、この車軸12は、円形歯付き部分32に噛み合う歯付きホイール16によって第2軸線X2を中心にサテライトホルダー30を回転させる。
When the engaging
サテライトホルダー30の第2軸線X2を中心とする回転の影響下で、サテライト28は、それぞれの第3軸線X3を中心に回転しながら、この第2軸線X2の周りを移動する。各サテライト28は、自由に回転する外側遊星歯車26と、出力軸19に固定された内側遊星歯車24とに噛み合っている。従って、内側遊星歯車24の回転に対する抵抗は、外側遊星歯車26の回転に対する抵抗よりはるかに大きい。これにより、第3軸線X3の周りのサテライト28の回転は、内側遊星歯車24ではなく外側遊星歯車26に伝達される。この結果、モーター18は、車軸12の回転に干渉することなく停止させることができる。
Under the influence of rotation around the second axis X2 of the
このようなモーター18の停止は、このモーターの異常の場合に、特にこのモーター又は電源の短絡の場合に望ましい。
Such a stop of the
本発明は前述の実施状態に限定されないことに留意されたい。 It should be noted that the present invention is not limited to the implementation described above.
例えば、牽引装置10は、3つ以上のモーター18を含むことができる。
For example, the
Claims (9)
前記少なくとも2つのモーター(18)に電力を供給するインバーター(20)と、
モーター(18)ごとの遊星歯車列(22)であって、内側遊星歯車(24)と、外側遊星歯車(26)と、それぞれが前記内側遊星歯車(24)及び前記外側遊星歯車(26)と噛み合うサテライト(28)を支持するサテライトホルダー(30)とから選択される第1要素、第2要素及び第3要素を含み、前記第1要素(24)は前記出力軸(19)と共に回転するように固定され、前記第2要素(30)は前記車両のそれぞれの車軸(12)を回転駆動するように意図されている遊星歯車列(22)と、
対応する遊星歯車列(22)の前記第3要素(26)を回転駆動することができる、前記モーター(18)の少なくとも1つのためのモーター駆動制御手段(34)と、
各モーター(18)の異常を検出する検出手段(42)と、
前記モーター駆動制御手段(34)ごとに、
前記モーター駆動制御手段(34)と対応する遊星歯車列(22)の第3要素(26)との間に配置された解除可能なクラッチ手段(44)であって、前記第3要素(26)が前記モーター駆動制御手段(34)により回転を拘束される係合状態と、前記第3要素(26)が自由に回転する非係合状態とを取る解除可能なクラッチ手段(44)と、
前記解除可能なクラッチ手段(44)を制御する手段(46)であって、前記検出手段(42)が異常を検出しないときは前記解除可能なクラッチ手段(44)を前記クラッチ状態に維持することができ、前記検出手段(42)が異常を検出したときは前記解除可能なクラッチ手段(44)を前記非係合状態に移行させる手段と
を含むことを特徴とする牽引装置。 A traction device (10) for a vehicle comprising at least two motors (18) each having a respective output shaft (19),
An inverter (20) for supplying power to the at least two motors (18);
A planetary gear train (22) for each motor (18), comprising an inner planetary gear (24), an outer planetary gear (26), the inner planetary gear (24) and the outer planetary gear (26), respectively. A first element, a second element, and a third element selected from a satellite holder (30) supporting a meshing satellite (28), the first element (24) rotating with the output shaft (19); A planetary gear train (22), wherein the second element (30) is intended to rotationally drive a respective axle (12) of the vehicle;
Motor drive control means (34) for at least one of the motors (18) capable of rotationally driving the third element (26) of the corresponding planetary gear train (22);
Detection means (42) for detecting an abnormality of each motor (18);
For each motor drive control means (34),
Releasable clutch means (44) disposed between the motor drive control means (34) and a third element (26) of the corresponding planetary gear train (22), wherein the third element (26) Releasable clutch means (44) which takes an engaged state in which rotation is restricted by the motor drive control means (34) and a disengaged state in which the third element (26) freely rotates,
Means (46) for controlling the releasable clutch means (44), and maintaining the releasable clutch means (44) in the clutch state when the detecting means (42) does not detect any abnormality. And a means for shifting the disengageable clutch means (44) to the disengaged state when the detecting means (42) detects an abnormality.
各出力軸(19)の回転速度及び/又はそれらの角度位置に応じて対応する遊星歯車列(22)の第3要素(26)の回転速度を制御することができる、各モーター駆動制御手段を制御する制御手段(40)と
を含む、請求項1に記載の牽引装置(10)。 Measuring means (38) for measuring the rotational speed of each output shaft (19) and / or their angular position;
Each motor drive control means capable of controlling the rotation speed of the third element (26) of the corresponding planetary gear train (22) according to the rotation speed of each output shaft (19) and / or the angular position thereof. The traction device (10) according to claim 1, comprising control means (40) for controlling.
前記検出手段(42)は各モーター(18)の異常の有無を連続的に監視し、
異常が検出されると、前記制御手段(40)は前記係合手段(44)を非係合状態に移行させることを特徴とする方法。 A method for protecting a traction device (10) according to any one of the preceding claims, comprising:
The detection means (42) continuously monitors whether or not each motor (18) is abnormal,
When an abnormality is detected, the control means (40) shifts the engaging means (44) to a disengaged state.
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