RU2733308C2 - Компактное приводное устройство для самодвижущихся рельсовых транспортных средств - Google Patents

Компактное приводное устройство для самодвижущихся рельсовых транспортных средств Download PDF

Info

Publication number
RU2733308C2
RU2733308C2 RU2020103572A RU2020103572A RU2733308C2 RU 2733308 C2 RU2733308 C2 RU 2733308C2 RU 2020103572 A RU2020103572 A RU 2020103572A RU 2020103572 A RU2020103572 A RU 2020103572A RU 2733308 C2 RU2733308 C2 RU 2733308C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
electric motor
self
wheel
drive
speed
Prior art date
Application number
RU2020103572A
Other languages
English (en)
Other versions
RU2020103572A (ru
RU2020103572A3 (ru
Inventor
Зденек ПЕРУТКА
Мирослав БЫРТУС
Карел ХРУСКА
Роман ПЕЧАНЕК
Павел ДРАБЕК
Ян КРЕПЕЛА
Ян ХРУСКА
Иржи ХАНА
Original Assignee
Западоческа Универзита В Плзни
Виков Мги А.С.
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Западоческа Универзита В Плзни, Виков Мги А.С. filed Critical Западоческа Универзита В Плзни
Publication of RU2020103572A publication Critical patent/RU2020103572A/ru
Publication of RU2020103572A3 publication Critical patent/RU2020103572A3/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU2733308C2 publication Critical patent/RU2733308C2/ru

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K7/00—Arrangements for handling mechanical energy structurally associated with dynamo-electric machines, e.g. structural association with mechanical driving motors or auxiliary dynamo-electric machines
    • H02K7/10—Structural association with clutches, brakes, gears, pulleys or mechanical starters
    • H02K7/116—Structural association with clutches, brakes, gears, pulleys or mechanical starters with gears
    • H02K7/1163—Structural association with clutches, brakes, gears, pulleys or mechanical starters with gears where at least two gears have non-parallel axes without having orbital motion
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B61—RAILWAYS
    • B61C—LOCOMOTIVES; MOTOR RAILCARS
    • B61C17/00—Arrangement or disposition of parts; Details or accessories not otherwise provided for; Use of control gear and control systems
    • B61C17/08—Lubrication systems
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B61—RAILWAYS
    • B61C—LOCOMOTIVES; MOTOR RAILCARS
    • B61C3/00—Electric locomotives or railcars
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B61—RAILWAYS
    • B61C—LOCOMOTIVES; MOTOR RAILCARS
    • B61C9/00—Locomotives or motor railcars characterised by the type of transmission system used; Transmission systems specially adapted for locomotives or motor railcars
    • B61C9/38—Transmission systems in or for locomotives or motor railcars with electric motor propulsion
    • B61C9/52—Transmission systems in or for locomotives or motor railcars with electric motor propulsion with transmission shafts at an angle to the driving axles
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B61—RAILWAYS
    • B61H—BRAKES OR OTHER RETARDING DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR RAIL VEHICLES; ARRANGEMENT OR DISPOSITION THEREOF IN RAIL VEHICLES
    • B61H9/00—Brakes characterised by or modified for their application to special railway systems or purposes
    • B61H9/006—Brakes for locomotives
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16H—GEARING
    • F16H1/00—Toothed gearings for conveying rotary motion
    • F16H1/02—Toothed gearings for conveying rotary motion without gears having orbital motion
    • F16H1/20—Toothed gearings for conveying rotary motion without gears having orbital motion involving more than two intermeshing members
    • F16H1/203—Toothed gearings for conveying rotary motion without gears having orbital motion involving more than two intermeshing members with non-parallel axes
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16H—GEARING
    • F16H1/00—Toothed gearings for conveying rotary motion
    • F16H1/28—Toothed gearings for conveying rotary motion with gears having orbital motion
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16H—GEARING
    • F16H57/00—General details of gearing
    • F16H57/04—Features relating to lubrication or cooling or heating
    • F16H57/0412—Cooling or heating; Control of temperature
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K11/00—Structural association of dynamo-electric machines with electric components or with devices for shielding, monitoring or protection
    • H02K11/30—Structural association with control circuits or drive circuits
    • H02K11/33—Drive circuits, e.g. power electronics
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K7/00—Arrangements for handling mechanical energy structurally associated with dynamo-electric machines, e.g. structural association with mechanical driving motors or auxiliary dynamo-electric machines
    • H02K7/08—Structural association with bearings
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K9/00—Arrangements for cooling or ventilating

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Transportation (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Automation & Control Theory (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Connection Of Motors, Electrical Generators, Mechanical Devices, And The Like (AREA)
  • Arrangement Or Mounting Of Propulsion Units For Vehicles (AREA)
  • Electric Propulsion And Braking For Vehicles (AREA)
  • Controls For Constant Speed Travelling (AREA)
  • Friction Gearing (AREA)
  • Devices For Conveying Motion By Means Of Endless Flexible Members (AREA)
  • General Details Of Gearings (AREA)

Abstract

Группа изобретений относится к электрическим передачам рельсовых транспортных средств. Компактное приводное устройство самодвижущегося рельсового транспортного средства для крепления снаружи колеса состоит из электродвигателя, питаемого силовым электронным преобразователем, редуктора и механической муфты для соединения с колесной парой или колесом. Причем электродвигатель является высокоскоростным электродвигателем, при этом его ротор поддерживается подшипниками совместно с ведущим зубчатым колесом входной зубчатой передачи высокоскоростной ступени редуктора, и все вместе они создают узел ротора, ось вращения которого перпендикулярна оси вращения колеса. Выходной вал зубчатой передачи является частью расположенной следующей конической зубчатой передачи. Выходной вал конической зубчатой передачи соединен либо прямо, либо при помощи муфты с осью самодвижущегося рельсового транспортного средства или с колесом. Причем электродвигатель и высокоскоростная ступень редуктора расположены в одном компактном корпусе, и электродвигатель является источником тепла для предварительного нагревания смазки высокоскоростной ступени редуктора. Технический результат заключается в снижении объема и массы приводных устройств. 2 н. и 6 з.п. ф-лы, 2 ил.

Description

Область техники, к которой относится настоящее изобретение
Настоящее изобретение относится к устройству, которое представляет собой компактное приводное устройство, соединенное с колесом или осью/колесной парой тележки самодвижущегося транспортного средства. Оно предназначается для приводов рельсовых транспортных средств, таких как трамваи, легкие рельсовые транспортные средства, вагоны метрополитена, электрические силовые установки (ЭСУ) и поезда. Устройство объединяет высокоскоростной электрический привод с подходящим редуктором и позволяет конструировать приводные устройства со значительно сниженным объемом и массой.
Предшествующий уровень техники и краткое раскрытие настоящего изобретения
Настоящее изобретение предоставляет компактное тяговое приводное устройство, предназначенное для рельсовых транспортных средств, в которых, как правило, требуется низкий уровень пола во всем транспортном средстве. Существующие решения приводных устройств для самодвижущихся транспортных средств можно разделить на приводы колес и приводы осей/колесных пар.
Приводы колес предназначены, в частности, для конфигурации с низким полом для городского пассажирского транспорта. Эти приводы используются с редуктором или без него, т.е. включают в себя низкоскоростной электродвигатель, который непосредственно соединен с колесом. В безредукторных приводах колес обычно используют многополюсные электродвигатели, присоединенные к колесу прямо или при помощи механической муфты, которая позволяет выполнить механическое отсоединение двигателя от вала колеса (особенно в состоянии отказа). Электродвигатель обычно использует постоянные магниты для того, чтобы достигнуть как максимальной плотности потока энергии, так и максимальной эффективности. Вышеупомянутые решения известны, например, из ЕР 1867543, ЕР 0918676, а также раскрыты в многочисленных публикациях непатентных источников, например, см. F. Demmelmayr, М. Troyer, М. Schroedl, "Advantages of PM-machines compared to induction machines in terms of efficiency and sensorless control in traction applications", IECON 2011 - 37-я ежегодная конференция, проводимая обществом промышленной электроники ИИЭР, Мельбурн, VIC, 2011 г., стр. 2762-2768. doi: 10.1109/IECON.2011.6119749, или Z. Huang, X. Huang, J. Zhang, Y. Fang, Q. Lu, "Design of an interior permanent magnet synchronous traction motor for high speed railway applications", Силовая электроника, машины и приводы (PEMD 2012), 6-я международная конференция ИИОТ, Бристоль, 2012 г., стр. 1-6. doi: 10.1049/cp.2012.0253.
Безредукторные приводы колес (такие как раскрыты в ЕР 1867543) конкурентоспособны в приводах с мощностью приблизительно до 50 кВт. В практических применениях с большей мощностью, для которых и предназначено настоящее изобретение, их масса и объем делают невозможным непосредственную установку на колесе. Их максимальная выходная мощность обычно ограничена диаметром колеса и скоростью транспортного средства. Это же ограничение относится к безредукторным приводам осей (таким как раскрыты в ЕР 0918676, WO 2006051046 или J. Germishuizen, A. Jockel, Т. Hoffmann, М. Teichmann, L. Lowenstein, F. v. Wangelin, "SyntegraTM - next generation traction drive system, total integration of traction, bogie and braking technology", Международный симпозиум по силовой электронике, электрическим приводам, автоматизации и движению, 2006. SPEEDAM 2006 г., Тоармина 2006 г., стр. 1073-1077), где ограничение задается шириной колеи. Одним из самых больших недостатков вышеупомянутых решений является прямое соединение между двигателем и колесом или осью, что приводит к образованию больших неподрессоренных масс.
Приводы колесных пар являются преимущественными в тех случаях, где требуется более высокая передача мощности на ось, в частности, для локомотивов, ЭСУ и составов вагонов метрополитена. Эти приводные устройства могут быть разработаны непосредственно в рамках концепций тележки или транспортного средства. В WO 9629224 раскрывается приводное устройство для транспортного средства с низким полом. Это устройство приводит в движение два колеса при помощи одного продольно установленного двигателя за пределами тележки. Редукторы соединены с обоими выходными валами двигателя. Тормоз интегрирован в трансмиссию между двигателем и колесами. Аналогичное решение одностороннего привода для двух одиночных колес раскрыто в DE 19945464. В обоих случаях предлагаемый двигатель является низкоскоростным и, следовательно, его масса и размеры рассматриваются в качестве недостатков.
В US 5119736 раскрывается концепция тележки, которая характеризуется продольно расположенным двигателем каждого колеса, который соединен с соответствующим колесом путем установки гомокинетического гибкого соединительного вала и содержит зубчатый редуктор. Двигатели и редукторы не образуют компактный закрытый блок, и наличие гомокинетического гибкого вала указывает на то, что двигатель относится к низкоскоростным и, следовательно, он должен иметь большие размеры для достижения номинальной мощности предложенного приводного устройства.
В US 8978563 раскрыта концепция привода тележки, позволяющая создать рельсовое транспортное средство с частично низким полом. Продольно расположенный электродвигатель внутри тележки характеризуется наличием выходных валов на обоих своих концах. Валы соединены при помощи редуктора с осями, подвешенными в тележке. Кроме того, концепция допускает две возможные конструкции двигателя. Однако концепция полностью низкого пола не возможна в данном случае, и размеры электродвигателя являются большими за счет его низкоскоростной концепции. Привод непосредственно не содержит тормоза, при этом он расположен отдельно за пределами тележки.
Концепция привода, который приводит в движение две оси тележки, изложена в US 4130065, где электродвигатель расположен продольно за пределами тележки между двумя ведущими осями. Преимущество этой конструкции заключается в том, что два конца коротких валов ротора оснащены ведущими шестернями. Для экономии массы статор электрического тягового двигателя изготовлен без корпуса. По этой причине пакет листов статора, зажатый между нажимными пластинами, снабжен на задней стороне зажимными элементами, которые сжимают пакет листов статора. Даже если имеет место значительная экономия массы, этого недостаточно по сравнению с решением, предложенным в настоящем изобретении, где концепция высокоскоростного электродвигателя позволяет значительно снизить массу всего приводного устройства, используя высокие скорости вращения для передачи желаемой мощности.
Среди рассмотренных решений имеются патенты, относящиеся непосредственно к приводным устройствам. В этих патентах раскрываются различные соединения двигателя с ведомым колесом/осью, но в целом каждое из представленных решений включает в себя элемент или конструкционный аспект, который делает невозможным использование высокоскоростных двигателей; таким образом, они приводят к физически более крупным и значительно более тяжелым конструкциям, чем настоящее изобретение. В особенности это справедливо в отношении патентов DE 10050757, ЕР 1386815 и ЕР 0698540.
В случае DE 10050757 передача мощности от двигателя к оси обеспечивается при помощи элемента в виде кардана, и совмещение редуктора и оси осуществляется при помощи наклонной зубчатой муфты. Такое решение не подходит для высоких скоростей из-за его размеров и, следовательно, делает невозможным использование высокоскоростного электродвигателя. Основное преимущество настоящего изобретения (которое заключается в снижении массы и объема) не может быть достигнуто при помощи решения, описанного в DE 10050757.
Очень похожий недостаток присущ патенту ЕР 0698540. В этом случае передача мощности от редуктора на ось осуществляется при помощи полого карданного соединения, которое образует очень тяжелую и большую деталь. По сравнению с настоящим изобретением ЕР 0698540 образует более тяжелую и крупную альтернативу.
В ЕР 1386815 предполагается относительно низкая выходная мощность электродвигателя (приблизительно 40 кВт) и используется одноступенчатый редуктор. Устройство может быть использовано только для приведения в движение колеса, тогда как наше решение предназначено преимущественно для приведения в движение оси и позволяет создать привод с более высокой мощностью. Одноступенчатый редуктор в ЕР 1386815 не позволяет использовать высокоскоростной электродвигатель. Важным преимуществом настоящего решения является система пассивного охлаждения, которая использует весь корпус приводного устройства и все интегрированные компоненты для отведения тепла двигателя.
Устройство, представленное в DE 102014117570, содержит электрическую машину, промежуточную зубчатую передачу и дифференциальную зубчатую передачу, причем электрическая машина характеризуется наличием полого вала, сформированного на валу двигателя. В соответствии с описанием достигаемое передаточное число составляет 3 к 4 в случае первой зубчатой передачи и 2 к 3 в случае второй зубчатой передачи. Таким образом, общий передаточный коэффициент обычно составляет от 6 до 12. Двигатель внутреннего сгорания является частью привода. Привод предназначен для гибридных транспортных средств с осевой силовой передачей. Электродвигатель функционирует в диапазоне скоростей до 12000 оборотов в минуту с номинальным напряжением 48 В и максимальной мощностью приблизительно 60 кВт. Конструкция установки четко предусматривает использование двигателя с полым валом и соосное расположение компонентов относительно двигателя. Расположение компонентов этого решения препятствует его использованию в самодвижущихся (рельсовых) транспортных средствах с низким уровнем пола.
Устройство, раскрытое в US 5751081, содержит электродвигатель, дифференциальный зубчатый механизм и понижающую зубчатую передачу планетарного типа, где один из выходных валов проходит через ротор электродвигателя. В соответствии с описанием достигаемое передаточное число может приблизительно составлять до 10. В конструкции установки используется электродвигатель с полым валом и соосное расположение компонентов относительно двигателя. Устройство объединяет в себе электрическую машину, понижающие зубчатые передачи и дифференциальный зубчатый механизм; таким образом, оно характеризуется наличием двух выходных валов, присоединяемых к двум независимым ходовым колесам. Устройство походит для небольших пассажирских автомобилей, в которых необходим дифференциальный зубчатый механизм, или подобных дорожных транспортных средств. Расположение компонентов этого решения препятствует его использованию в самодвижущихся (рельсовых) транспортных средствах с низким уровнем пола.
Устройство, представленное в DE 19805679, является приводом в ступице колеса, содержащим электродвигатель и промежуточные зубчатые передачи, причем электродвигатель характеризуется наличием полого вала ротора. Промежуточные зубчатые передачи образованы исключительно планетарными зубчатыми передачами. Достигаемое передаточное число обычно составляет лишь от 6 до 12. Конструкция устройства четко предусматривает использование двигателя с полым валом и соосное расположение компонентов относительно двигателя. Устройство предназначено для установки непосредственно на колесе при помощи подшипников, или оно может переставлять собой часть ступицы колеса. Конструкция и расположение всех компонентов препятствует его использованию в качестве привода оси/колесной пары. Более того, достигаемая максимальная мощность этого устройства является относительно низкой.
Устройство, представленное в CN 103633775, содержит приводной двигатель, а также дифференциальный зубчатый механизм и планетарную зубчатую передачу или зубчатый редуктор с фиксированным валом. В случае конфигурации с дифференциальным зубчатым механизмом ротор двигателя либо содержит дифференциальный зубчатый механизм внутри ротора, либо образован полым валом, через который проходит один из выходных валов, которые соединены с выходом дифференциального зубчатого механизма. В случае конфигурации с редуктором с фиксированным валом имеется одноступенчатая планетарная зубчатая передача, которая имеет ограниченное передаточное число. Во всех вышеописанных случаях применение высокоскоростного электродвигателя (более 6000 оборотов в минуту) является невозможным из-за ограниченного передаточного числа.
Документ GB 1438620 и соответствующий документ US 4148262 описывают приводной блок для рельсовых транспортных средств, использующий тихоходный электродвигатель. Узел привода расположен в тележке между колесами, поэтому его нельзя использовать в транспортных средствах с низким полом. В этом документе раскрыт электродвигатель, соединенный с коробкой передач через муфту.
Документ JP 2003-339101 описывает систему подогрева масла для автомобильной промышленности, используемую в электроприводе с коробкой передач. Чтобы решить проблему холодного масла с высокой вязкостью, вызывающего высокое трение и дополнительную нагрузку на двигатель, предлагается предварительно подогреть масло перед запуском привода. Чтобы решить эту проблему, в указанном документе используют некоторые из катушек статора, погруженных в масло, так что масло специально нагревается и его вязкость снижается. Нагретое масло из катушек двигателя прокачивается через узел привода с помощью функционального устройства (масляный насос). Соответственно, оно неявно раскрывает также использование необходимых масляных каналов, датчиков температуры и защит. Поэтому предлагаемое решение включает в себя множество дополнительных деталей, что делает его более дорогим, сложным и, возможно, менее надежным.
В заявке на европейский патент ЕР 0054135 описывается узел привода рельсового транспортного средства, размещенный внутри тележки, поэтому его использование в транспортных средствах с низким полом не допускается. Документ раскрывает расположение дисковых тормозов, валов, шестерен и других частей приводного устройства. Однако в документе ничего не говорится об обустройстве корпуса и каком-либо контроле масла.
В европейской заявке на патент ЕР 0457106 также описывается узел привода рельсового транспортного средства, размещенный внутри тележки, поэтому его использование в транспортных средствах с низким полом не допускается. Документ раскрывает расположение дисковых тормозов, валов, шестерен и других частей приводного устройства. Однако в документе ничего не говорится об обустройстве корпуса и каком-либо контроле масла.
Как правило, смазка подшипников и зубчатых передач в редукторах тяговых приводов, в частности рельсовых транспортных средств, осуществляется посредством частичного погружения зубчатых колес в поддон с маслом и переноса масла с частично погруженных зубчатых колес к подшипникам при помощи вспомогательных коллекторных и распределительных каналов. На основе доступных технических данных максимальная скорость вращения входного вала редуктора на сегодняшний момент составляет приблизительно 5200 оборотов в минуту. Защитное уплотнение внутреннего пространства редуктора от попадания пыли, влаги и утечки масла осуществляется при помощи лабиринтного уплотнения или при помощи уплотнительных колец вала.
Охлаждение смазки осуществляют при помощи пассивного охлаждения посредством корпуса редуктора.
В современных тяговых приводах изготовители используют электродвигатели переменного тока, из которых наиболее популярными являются индукционные электродвигатели и электродвигатели с постоянными магнитами, которые хорошо известны и описаны в многочисленных публикациях непатентных источников, как описано выше.
Эти электродвигатели характеризуются максимальными скоростями вращения до 5200 оборотов в минуту (в чрезвычайных случаях до 6000 оборотов в минуту). Они обычно охлаждаются при помощи независимого вентилятора или при помощи вентилятора, установленного на валу двигателя. Кроме того, часто используют водяное охлаждение.
Существующие решения тяговых приводных устройств разработаны под низкие скорости вращения электродвигателей (приблизительно до 5200 оборотов в минуту). Для того чтобы обеспечить передачу мощности от такого двигателя на ось или колесо, соответствующая конструкция с точки зрения передаваемого крутящего момента приводит к относительно надежным решениям, которые характеризуются большими объемами и значительными массами приводных устройств. Идея высокоскоростного привода (т.е. со скоростью вращения электродвигателя более 6000 оборотов в минуту), который мог бы обеспечить существенное снижение размеров и массы приводного устройства, хорошо известна в теории. Это исходит из уравнения механической мощности
Figure 00000001
где
Figure 00000002
представляет собой механическую мощностью на выходе ротора, Т представляет собой крутящий момент, и ω представляет собой скорость вращения механического ротора. Таким образом, если скорость вращения ротора значительно увеличить и выходную мощностью оставить неизменной, то выходной крутящий момент значительно снизится. Следовательно, в результате уменьшиться масса и объем всех механических компонентов. Однако все еще не существует надежного конструкторского решения, подходящего для практических применений, связанных с тяговыми приводами. Настоящее изобретение раскрывает надежное конструкторское решение компактного приводного устройства, которое обеспечивает значительное снижение объема и массы тяговой установки за счет существенного повышения скорости вращения тягового двигателя (типично более 9000 оборотов в минуту), сохраняя при этом прежние характеристики самодвижущегося транспортного средства. Хотя более высокие скорости вращения тягового двигателя требуют использования высокоскоростных ступеней редуктора для снижения скорости вращения до номинальных выходных скоростей вращения оси/колеса, крутящие моменты, передаваемые высокоскоростными ступенями редуктора, являются значительно более низкими, что значительно снижает требования к размерам системы зубчатых передач. Более того, предложенное компактное устройство за счет значительного снижения размеров конкретных частей привода позволяет интегрировать привод в одни компактный корпус. Интегрирование в один корпус, а также уникальная конструкция высокоскоростного электродвигателя позволяют улучшить отвод тепла от конкретных компонентов и использовать пассивное охлаждение электродвигателя, что является значительным преимуществом по сравнению с существующими решениями. Как пояснено выше, настоящее изобретение значительно превосходит существующие конструкции и конфигурации приводов для самодвижущихся транспортных средств. Это позволяет значительно снизить массу и объем приводного устройства и, исходя из этого, интегрировать приводное устройство в один компактный корпус, что также позволяет использовать электродвигатель с пассивным охлаждением и значительно упрощает и снижает стоимость сборки привода.
В предлагаемом решении требуется предварительное нагревание смазки высокоскоростной ступени редуктора при экстремально низких температурах окружающей среды, которые могут обычно опускаться до -40°С. Как подробно описано ниже, это решается за счет конструктивного исполнения привода и использования источников тепла, имеющихся внутри цельного корпуса приводного устройства, т.е. без какого-либо дополнительного внешнего оборудования. По сравнению с существующими конструкциями тяговых приводов, в которых используются низкоскоростные редукторы, которые не предъявляют экстремальных требований к смазке зубчатых передач и подшипников или предварительному нагреванию смазки, необходимое предварительное нагревание смазки в настоящем изобретении не является каким-либо существенным недостатком.
Краткое описание чертежей
Настоящее изобретение дополнительно поясняется при помощи чертежей.
На фиг. 1 описана базовая конфигурация и взаимодействие конкретных компонентов компактного тягового приводного устройства согласно настоящему изобретению.
На фиг. 2 описано функционирование необязательных дополнительных ступеней редуктора и альтернативное положение тормоза.
Описание предпочтительных вариантов осуществления
На фиг. 1 описывается компактное тяговое приводное устройство согласно настоящему изобретению. Устройство предназначено для крепления снаружи колеса 9 самодвижущегося рельсового транспортного средства. Описываемое устройство состоит из высокоскоростного электродвигателя 1 с пассивным охлаждением. Двигатель 1 характеризуется типичной номинальной скоростью вращения ротора более 9000 оборотов в минуту. Высокоскоростной электродвигатель 1 может быть сконструирован в качестве индукционного электродвигателя, синхронного электродвигателя, реактивного электродвигателя, электродвигателя (бесщеточного постоянного тока) с питанием от электронного устройства или электродвигателя постоянного тока. Исходя из требований очень малого объема, высокой эффективности и надежности, наиболее подходящим решением будет применение электродвигателя с постоянными магнитами.
Питание электродвигателя 1 осуществляется силовым электронным преобразователем 2. Как правило, он является инвертором напряжения. Силовой электронный преобразователь 2 также может быть инвертором тока.
При рассмотрении фиг. 1 становится очевидным, что редуктор, соединенный с приводным концом вала двигателя, разделен на две ступени: высокоскоростную ступень 11 и низкоскоростную ступень. Ротор электродвигателя 1 поддерживается тремя роликовыми подшипниками 3 совместно с ведущим зубчатым колесом 4 входной прямозубой/косозубой зубчатой передачи 5, и все вместе они создают узел 14 ротора. Расположение среднего роликового подшипника 3 на валу двигателя улучшает динамическую устойчивость ротора. Кроме того, это упрощает сборку приводного устройства. Вал 6 указанной зубчатой передачи является частью следующей конической зубчатой передачи 7, и одновременно он может соединяться с тормозом 13. Присоединение тормоза 13 к валу 6 высокоскоростной ступени 11 редуктора обеспечивает важное уменьшение размеров тормоза 13. Альтернативно (как показано на фиг. 2), тормоз 13 может быть соединен с узлом 14 ротора, что дополнительно будет снижать размеры тормоза.
Выходной вал конической зубчатой передачи 7 может быть соединен либо прямо, либо при помощи муфты 12 с осью 8 самодвижущегося рельсового транспортного средства или колесом 9. При необходимости в более высоком передаточном числе выходной вал конической зубчатой передачи 7 может быть соединен с дополнительными зубчатыми передачами 10 (как показано на фиг. 2), при этом выходной вал этих дополнительных зубчатых передач 10 соединен с колесом 9 или осью 8 самодвижущегося рельсового транспортного средства прямо или при помощи муфты 12. Зубчатый механизм 10 может быть реализован в качестве конической зубчатой передачи, прямозубой/косозубой зубчатой передачи или эпициклической зубчатой передачи (например, планетарной передачи). Тормоз 13 может быть соединен с выходом низкоскоростной ступени редуктора. Однако такое расположение влечет за собой увеличение размеров и массы компактного тягового приводного устройства согласно настоящему изобретению.
Благодаря значительному снижению как размеров, так и массы конкретных компонентов приводного устройства согласно настоящему изобретению все компоненты приводного устройства могут быть расположены в одном компактном корпусе. Это решение значительно снижает стоимость и время сборки. Однако важно, чтобы по меньшей мере электродвигатель 1 и высокоскоростная ступень 11 редуктора были интегрированы в общий компактный корпус. Интегрирование компонентов приводного устройства в один корпус совместно с уникальной конструкцией высокоскоростного двигателя 1 приводят к лучшему отведению тепла от всех компонентов и обеспечивают пассивное охлаждение электродвигателя 1 и всего приводного устройства. Это является очень важным преимуществом настоящего изобретения по сравнению с существующими технологиями тяговых приводов.
Предложенное двухступенчатое решение для редуктора требует предварительного нагревания смазки высокоскоростной ступени 11 редуктора при экстремально низких окружающих температурах (обычно до -40°С) перед запуском редуктора. Благодаря интегрированию компонентов приводного устройства в один корпус в предлагаемом изобретении используют предварительное нагревание смазки редуктора 11 за счет потерь электродвигателя 1. Таким образом, силовой электронный преобразователь 2 питает током обмотку статора двигателя 1, что вызывает генерирование тепла из-за существующих потерь в двигателе 1 (омические потери играют основную роль в этом феномене). Произведенные потери, соответственно результирующее тепло, распределяются внутри приводного устройства при помощи теплопроводности компонентов привода и корпуса, и благодаря этому обеспечивается предварительное нагревание смазки редуктора 11 перед его работой. Таким образом, концепция согласно настоящему изобретению не требует наличия дополнительного устройства (наружного источника тепла и т.п.), являясь при этом очень надежной и устойчивой.
Настоящее изобретение позволяет значительно снизить объем и массу приводных устройств, сохраняя вместе с тем требуемую тяговую мощность/тяговое усилие. Если электродвигатель 1 характеризуется номинальной скоростью вращения приблизительно 9000 оборотов в минуту и номинальной мощностью близко к 100 кВт (типичное применение для легких самодвижущихся транспортных средств), наш консервативный расчет показывает, что объем и масса приводного устройства снизятся по меньшей мере на 25% с обеспечением таких же характеристик самодвижущегося рельсового транспортного средства. Настоящее изобретение позволяет изготавливать тяговое приводное устройство в одном компактном корпусе. Это обеспечивает в результате лучший отвод тепла от компонентов привода, причем нет необходимости использовать вентилятор для охлаждения привода (пассивное охлаждение всего привода обеспечивает важное преимущество по сравнению с конкурентными решениями), и единый корпус привода также снижает стоимость и время сборки.

Claims (10)

1. Компактное приводное устройство самодвижущегося рельсового транспортного средства для крепления снаружи колеса (9) самодвижущегося рельсового транспортного средства, состоящее из электродвигателя (1), питаемого силовым электронным преобразователем (2), редуктора и механической муфты для соединения с колесной парой или колесом (9), причем электродвигатель (1) является высокоскоростным электродвигателем со скоростью вращения более 9000 оборотов в минуту, при этом его ротор поддерживается подшипниками (3) совместно с ведущим зубчатым колесом (4) входной прямозубой/косозубой зубчатой передачи (5) высокоскоростной ступени (11) редуктора, и все вместе они создают узел (14) ротора, ось вращения которого перпендикулярна оси вращения колеса (9),
выходной вал (6) зубчатой передачи (5) является частью расположенной следующей конической зубчатой передачи (7), выходной вал конической зубчатой передачи (7) соединен либо прямо, либо при помощи муфты (12) с осью (8) самодвижущегося рельсового транспортного средства или с колесом (9), причем по меньшей мере электродвигатель (1) и высокоскоростная ступень (11) редуктора расположены в одном компактном корпусе, и электродвигатель (1) является источником тепла, полученное тепло от которого распределяется внутри приводного устройства с использованием проводимости через компоненты привода и корпус для предварительного нагревания смазки высокоскоростной ступени (11) редуктора перед запуском редуктора при экстремально низких температурах окружающей среды.
2. Компактное приводное устройство самодвижущегося транспортного средства для крепления снаружи колеса (9) самодвижущегося рельсового транспортного средства, состоящее из электродвигателя (1), питаемого силовым электронным преобразователем (2), редуктора и механической муфты для соединения с колесной парой или колесом, причем электродвигатель (1) является высокоскоростным электродвигателем со скоростью вращения более 9000 оборотов в минуту, при этом его ротор поддерживается подшипниками (3) совместно с ведущим зубчатым колесом (4) входной прямозубой/косозубой зубчатой передачи (5) высокоскоростной ступени (11) редуктора, и все вместе они создают узел (14) ротора, ось вращения которого перпендикулярна оси вращения колеса (9),
выходной вал (6) зубчатой передачи (5) является частью расположенной следующей конической зубчатой передачи (7), выходной вал конической зубчатой передачи (7) соединен с дополнительными зубчатыми передачами (10), которые либо прямо, либо при помощи муфты (12) соединены с осью (8) самодвижущегося рельсового транспортного средства или с колесом (9), причем по меньшей мере электродвигатель (1) и высокоскоростная ступень (11) редуктора расположены в одном компактном корпусе, и электродвигатель (1) является источником тепла, полученное тепло от которого распределяется внутри приводного устройства с использованием проводимости через компоненты привода и корпус для предварительного нагревания смазки высокоскоростной ступени (11) редуктора перед запуском редуктора при экстремально низких температурах окружающей среды.
3. Компактное приводное устройство самодвижущегося транспортного средства по любому предшествующему пункту, отличающееся тем, что электродвигатель (1) характеризуется пассивным охлаждением.
4. Компактное приводное устройство самодвижущегося транспортного средства по любому предшествующему пункту, отличающееся тем, что узел (14) ротора поддерживается по меньшей мере тремя подшипниками (3).
5. Компактное приводное устройство самодвижущегося транспортного средства по любому предшествующему пункту, отличающееся тем, что вал (6) соединен с тормозом (13).
6. Компактное приводное устройство самодвижущегося транспортного средства по пп. 1-4, отличающееся тем, что узел (14) ротора соединен с тормозом (13).
7. Компактное приводное устройство самодвижущегося транспортного средства по пп. 1-4, отличающееся тем, что выход низкоскоростной ступени редуктора соединен с тормозом (13).
8. Компактное приводное устройство самодвижущегося транспортного средства по любому предшествующему пункту, отличающееся тем, что дополнительная зубчатая передача (10) сконструирована в качестве конической зубчатой передачи, прямозубой/косозубой зубчатой передачи или эпициклической зубчатой передачи.
RU2020103572A 2016-07-01 2017-06-29 Компактное приводное устройство для самодвижущихся рельсовых транспортных средств RU2733308C2 (ru)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
EP16177634.9 2016-07-01
EP16177634.9A EP3263418B1 (en) 2016-07-01 2016-07-01 Compact drive unit for traction vehicles

Related Parent Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2018147440A Division RU2714042C1 (ru) 2016-07-01 2017-06-29 Компактное приводное устройство для самоходных транспортных средств

Publications (3)

Publication Number Publication Date
RU2020103572A RU2020103572A (ru) 2020-03-13
RU2020103572A3 RU2020103572A3 (ru) 2020-07-13
RU2733308C2 true RU2733308C2 (ru) 2020-10-01

Family

ID=56345039

Family Applications (2)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2018147440A RU2714042C1 (ru) 2016-07-01 2017-06-29 Компактное приводное устройство для самоходных транспортных средств
RU2020103572A RU2733308C2 (ru) 2016-07-01 2017-06-29 Компактное приводное устройство для самодвижущихся рельсовых транспортных средств

Family Applications Before (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2018147440A RU2714042C1 (ru) 2016-07-01 2017-06-29 Компактное приводное устройство для самоходных транспортных средств

Country Status (9)

Country Link
US (1) US11233440B2 (ru)
EP (1) EP3263418B1 (ru)
CN (1) CN109415070B (ru)
CA (1) CA3029471C (ru)
ES (1) ES2880439T3 (ru)
HR (1) HRP20210520T1 (ru)
PL (1) PL3263418T3 (ru)
RU (2) RU2714042C1 (ru)
WO (1) WO2018002210A1 (ru)

Families Citing this family (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP3263418B1 (en) * 2016-07-01 2021-01-13 Západoceská Univerzita V Plzni Compact drive unit for traction vehicles
CN110155087B (zh) * 2019-05-30 2021-02-02 中车青岛四方机车车辆股份有限公司 轨道车辆齿轮箱、轨道车辆转向架以及轨道车辆
WO2021076885A1 (en) * 2019-10-16 2021-04-22 Csaw Studios Llc Axial flux permanent magnet motor
FR3102896B1 (fr) * 2019-11-04 2021-11-26 Alstom Transp Tech Moteur électrique de traction d’un véhicule
CN115556776A (zh) * 2022-10-26 2023-01-03 中车株洲电力机车有限公司 一种架悬式机车驱动系统及其悬挂结构

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU610247A1 (ru) * 1976-03-30 1978-06-05 Предприятие П/Я М-5374 Высокоскоростна электрическа машина
DE19945464A1 (de) * 1998-09-22 2000-04-20 Ckd Dopravni Systemy A S Zweiachsiges Traktionsfahrgestell eines Niederflur-Straßenbahnfahrzeugs mit längs angeordenten unabhängigen Antriebseinheiten
RU2322366C1 (ru) * 2003-11-19 2008-04-20 ВОЙТ ТУРБО ГМВХ и КО. КГ. Шасси с приводом для рельсовых транспортных средств, в частности поворотных тележек для низкорамных транспортных средств
CN103633775A (zh) * 2013-11-29 2014-03-12 华南理工大学 一种内置差减总成的电动汽车驱动电机
DE102014117570A1 (de) * 2014-12-01 2016-06-02 Gkn Driveline International Gmbh Elektroantrieb und Antriebsstranganordnung mit einem solchen Elektroantrieb

Family Cites Families (32)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US1356297A (en) * 1918-12-26 1920-10-19 Wodack Electric Tool Corp Power-hammer
US1366222A (en) * 1919-08-19 1921-01-18 Viani Ettore Ignition-magneto for internal-combustion engines
US4148262A (en) * 1973-05-22 1979-04-10 Carl Hurth Maschinen-Und Zahnradfabrik Railway vehicle drive
GB1438620A (en) * 1973-05-22 1976-06-09 Hurth Verwaltungs Gmbh Driving arrangement for the driven axles of rail vehicles
DE2514265C3 (de) 1975-03-27 1979-06-13 Siemens Ag, 1000 Berlin Und 8000 Muenchen Antrieb für ein elektrisches Schienenfahrzeug
DE3047412A1 (de) * 1980-12-17 1982-07-15 Thyssen Industrie Ag, 4300 Essen Anordnung von scheibenbremsen an einem schienenfahrzeug
DE3704454A1 (de) * 1987-02-13 1988-08-25 Voith Gmbh J M Achsgetriebe
FR2654402B1 (fr) * 1989-11-14 1992-01-10 Alsthom Gec Dispositif d'entrainement de roues independantes en rotation d'un vehicule ferroviaire a essieu moteur.
IT219394Z2 (it) 1990-03-13 1993-02-26 Carrello motorizzato a ruote indipendenti per veicoli a pianale ribassato
DE4015380A1 (de) * 1990-05-14 1991-11-21 Bergische Stahlindustrie Zusammengesetztes einzelradfahrwerk fuer schienenfahrzeuge
JP3784845B2 (ja) * 1994-06-02 2006-06-14 日産自動車株式会社 電気自動車用差動機構付減速装置
DE4429889A1 (de) 1994-08-24 1996-02-29 Bergische Stahlindustrie Angetriebenes Fahrwerk für Schienenfahrzeuge
AT406569B (de) 1995-03-23 2000-06-26 Elin Ebg Traction Gmbh Fahrwerk für ein schienenfahrzeug, insbesondere niederflurstrassenbahn
DE19633944A1 (de) 1996-08-22 1998-03-12 Siemens Ag Achsantrieb für Schienenfahrzeuge
DE19805679A1 (de) * 1998-02-12 1999-08-19 Zahnradfabrik Friedrichshafen Radnabenantrieb mit einem Elektromotor
DE10050757A1 (de) 2000-10-13 2002-04-25 Zahnradfabrik Friedrichshafen Antriebseinheit für Schienenfahrzeuge
JP3918631B2 (ja) * 2002-05-20 2007-05-23 トヨタ自動車株式会社 オイル加熱装置
CZ294998B6 (cs) 2003-10-13 2005-04-13 VÚKV a.s. Pohon kola, zejména tramvajového
AT7478U1 (de) * 2003-10-22 2005-04-25 Elin Ebg Traction Gmbh Einzelradantriebseinheit
WO2006051046A1 (de) 2004-11-11 2006-05-18 Siemens Aktiengesellschaft Halbabgefederter direktantrieb für ein schienenfahrzeug
US7497286B2 (en) * 2005-07-29 2009-03-03 Borgwarner Inc. Auxiliary electric drive assembly
FR2890605B1 (fr) * 2005-09-15 2008-12-26 Peugeot Citroen Automobiles Sa Chaine de traction hybride et vehicule hybride equipe d'une telle chaine de traction hybride
FR2914607B1 (fr) 2007-04-05 2014-03-28 Alstom Transport Sa Bogie motorise pour tramway
JP4858495B2 (ja) * 2008-06-20 2012-01-18 トヨタ自動車株式会社 車両の動力伝達装置
US9475378B2 (en) * 2012-08-28 2016-10-25 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Driving device for hybrid vehicle
RU2526366C2 (ru) * 2012-09-03 2014-08-20 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Московский авиационный институт (национальный исследовательский университет) (МАИ) Электромеханический мини-привод поступательного действия
JP5720664B2 (ja) * 2012-12-06 2015-05-20 トヨタ自動車株式会社 電動車両およびその制御方法
US9306433B2 (en) * 2013-03-13 2016-04-05 E-Aam Driveline Systems Ab Drive module with spray cooling of electric motor
WO2016090306A1 (en) * 2014-12-05 2016-06-09 Nidec Motor Corporation Electric motor
CA2952353C (en) * 2015-12-21 2019-01-15 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Vehicular cooling system
DE102016207912A1 (de) * 2016-05-09 2017-11-09 Audi Ag Verfahren zum Betreiben eines Kraftfahrzeugs und Kraftfahrzeug
EP3263418B1 (en) * 2016-07-01 2021-01-13 Západoceská Univerzita V Plzni Compact drive unit for traction vehicles

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU610247A1 (ru) * 1976-03-30 1978-06-05 Предприятие П/Я М-5374 Высокоскоростна электрическа машина
DE19945464A1 (de) * 1998-09-22 2000-04-20 Ckd Dopravni Systemy A S Zweiachsiges Traktionsfahrgestell eines Niederflur-Straßenbahnfahrzeugs mit längs angeordenten unabhängigen Antriebseinheiten
RU2322366C1 (ru) * 2003-11-19 2008-04-20 ВОЙТ ТУРБО ГМВХ и КО. КГ. Шасси с приводом для рельсовых транспортных средств, в частности поворотных тележек для низкорамных транспортных средств
CN103633775A (zh) * 2013-11-29 2014-03-12 华南理工大学 一种内置差减总成的电动汽车驱动电机
DE102014117570A1 (de) * 2014-12-01 2016-06-02 Gkn Driveline International Gmbh Elektroantrieb und Antriebsstranganordnung mit einem solchen Elektroantrieb

Also Published As

Publication number Publication date
US20190319512A1 (en) 2019-10-17
CA3029471C (en) 2020-07-07
RU2020103572A (ru) 2020-03-13
CN109415070B (zh) 2020-12-08
HRP20210520T1 (hr) 2021-05-14
US11233440B2 (en) 2022-01-25
ES2880439T3 (es) 2021-11-24
CN109415070A (zh) 2019-03-01
WO2018002210A1 (en) 2018-01-04
RU2020103572A3 (ru) 2020-07-13
RU2714042C1 (ru) 2020-02-11
PL3263418T3 (pl) 2021-08-16
EP3263418A1 (en) 2018-01-03
EP3263418B1 (en) 2021-01-13
CA3029471A1 (en) 2018-01-04

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU2733308C2 (ru) Компактное приводное устройство для самодвижущихся рельсовых транспортных средств
US8968138B2 (en) Drive device for a motor vehicle
US11975606B2 (en) Drive axle system having multiple electric motors
US7699737B2 (en) Electric axle drive unit
JP2017521293A (ja) トルクベクタリング装置
JP4562610B2 (ja) 鉄道作業車のハイブリッド型駆動装置
CN102371892A (zh) 一体化电机驱动系统
CN106114185A (zh) 一种混合动力耦合传动装置
US7514805B2 (en) Drive axle having an electrical converter
JP2017036026A (ja) 車両の駆動装置
CN115195460A (zh) 电驱系统及车辆
US11441653B1 (en) Integrated gearbox in electric motor systems
CN105048743B (zh) 一种双转子驱动电机
CN102490597A (zh) 电动汽车自动变速动力总成系统
WO2017026243A1 (ja) 車両の駆動装置
EP1642759B1 (en) Electrical drive system with double acting type electric motors and differential
JP5030749B2 (ja) 車両用台車
KR20140075981A (ko) 중공형 모터의 인너 샤프트 베어링 부위 냉각유닛
CN201362163Y (zh) 一种用于电动车辆驱动的双电机动力合成装置
CN210971080U (zh) 用于轨道车辆的转向架及具有其的轨道车辆
RU2274556C2 (ru) Рекуперативный тормоз с вращающимся магнитным полем
US10931165B2 (en) Vehicle comprising a wheel driven generator for charging a battery
CN115465087A (zh) 混合动力驱动单元总成和车辆
CN113335045A (zh) 一种四电机两级四速比电动车动力总成
WO2017026242A1 (ja) 車両の駆動装置