JP2005512497A

JP2005512497A - 牽引駆動装置

Info

Publication number: JP2005512497A
Application number: JP2003551889A
Authority: JP
Inventors: イエッケル、アンドレアス
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 2001-12-11
Filing date: 2002-11-28
Publication date: 2005-04-28
Also published as: WO2003050940A1; CA2470349A1; US6938555B2; US20040222761A1; DE10160612A1; CN1602581A; NO20042947L; EP1454409A1

Abstract

牽引用電力変換器（４）と永久界磁型同期電動機（６）を備え、牽引用電力変換器（４）はマシン側に少なくとも１台のパルス型電力変換器（２２）を含む牽引駆動装置に関する。本発明によれば、永久界磁型同期電動機（６）は、その端子側で切換スイッチ（３０）の対応する入力端に接続され、各切換スイッチ（３０）の両出力端は夫々パルス型電力変換器（２２）の出力端と星形結線されたブレーキ抵抗（２８）の接続端に接続される。この結果、故障を生じにくく周波数変換器に無関係の、鉄道車両の駆動輪軸用電気ブレーキを構成でき、機械ブレーキを完全に省略可能である。

Description

本発明は、請求項１の前文に記載の牽引駆動装置に関する。

鉄道車両の公知の駆動輪軸はパルス型電力変換器電源を有する非同期電動機からなる駆動用主電動機を備えている。この牽引駆動装置は、走行運転と共に発電ブレーキとして制動運転を行う。この種の駆動装置はパルス型電力変換器の故障時にも上述の制動方式を遵守可能なように、輪軸は想定し得る故障に耐えるブレーキを備えねばならない。このような故障に耐えるブレーキは機械ブレーキ、例えばディスクブレーキ、シューブレーキ又は電磁式レールブレーキである。

独国の雑誌「電気鉄道（Elektrische Bahnen）」第９３巻、１９９５年、第１／２号、第１５〜２４頁に掲載された記事「ドイツ鉄道向けの新しい都市間特急列車」の４．３項に、ＩＣＥ２／２駆動車のブレーキ装置についての開示がある。この駆動車は電源系統へ回生する三相非同期電動機の発電ブレーキと共に、駆動台車と従動台車内に圧縮空気型ディスクブレーキを備えている。ブレーキディスクは、従動台車内では車軸ブレーキディスクとして作用し、駆動台車内では焼結ライニングを有する車輪ブレーキディスクとして作用すべく構成されている。電気ブレーキ制御装置は電気空気圧式制御装置を組み込んでおり、電子装置の故障時、速度制限なしに走行してしまう可能性がある。そこで優先的に発電ブレーキがまず作用し、その後、機械ブレーキが作用する。

しかしながら、この機械ブレーキは次のような欠点を持っている。即ち、
・非常に複雑で故障を生じやすいシステムである。
・高価である。
・ブレーキ自体が頻繁に保守を要する。更に
・スリップ保護の際の誤動作が直ちに輪軸の平坦部発生につながり、そのため車輪の再形成に高コストを要する。

固定子巻線がスイッチを経てブレーキ抵抗に接続可能な駆動用永久界磁型同期電動機のブレーキ装置が欧州特許第０７０４９６１号明細書で公知である。永久界磁型同期電動機の固定子巻線に給電すべく周波数変換器を備える。同期インダクタンスが小さいため、投入可能なブレーキ抵抗は、夫々電圧上昇と共に抵抗値が増大する非線形の抵抗値特性を示さねばならない。この非線形抵抗は、可能な限りの低速を達成することを保証する。永久界磁型同期電動機の固定子巻線がブレーキ抵抗に給電し、電動機が最高速度で走行するとき、ブレーキ容量およびブレーキ抵抗に流れる電流が大きくなる。

従って本発明の課題は、いかなる機械ブレーキをも備えることなしに運転可能な、鉄道車両の駆動輪軸を実現することである。

この課題は本発明により、請求項１の前文に記載の牽引駆動装置において、後段に記載の特徴を備えることによって解決される。

本発明による牽引駆動装置は非同期電動機の代わりに永久界磁型同期電動機を備えることによって、機械ブレーキの代わりにブレーキ抵抗を用い、該抵抗を一方では電気的に星形結線し、他方では永久界磁型同期電動機がパルス型電力変換器の出力端から分離されるように永久界磁型同期電動機の固定子巻線に接続することができる。

永久界磁型同期電動機を用いることで、伝動装置を節約できるばかりか、電動機が回転するや否や同期電動機の接続端子に誘導電圧が発生し、該電圧が鉄道車両の駆動輪軸にブレーキをかけるべく利用される。この電圧は切換スイッチでブレーキ抵抗に接続される。

従って鉄道車両の駆動輪軸に対する機械ブレーキを完全に省略できる。その結果、機械ブレーキの保守費用も不要になる。機械ブレーキが不要になることで、駆動輪軸が安価になるばかりか、質量を減少させ得る。

牽引駆動装置の有利な構成を従属請求項２から７に示す。

本発明の牽引駆動装置の２つの実施例を示す図面を参照し、本発明を更に説明する。

図１は交流電気車用牽引駆動装置を示す。交流電気車はＡＣ電気車とも呼ばれる。ここで、符号２は牽引用変圧器、４は牽引用電力変換器、６は永久界磁型同期電動機、８はブレーキ装置を示す。牽引用変圧器２は、単一の一次巻線１０と複数の二次巻線１２とを持つ。なお、ここでは一例として２つの二次巻線１２のみを示している。牽引用電力変換器４は、２台の４象限電力変換器１４、直列共振回路１６、コンデンサ装置１８、過電圧保護装置２０およびマシン側パルス型電力変換器２２を備える。両４象限電力変換器１４は交流側が夫々牽引用変圧器２の二次巻線１２に、直流側が互いに並列に接続されている。給電回路の両直流側接続点２４と２６に電気的に並列に、直列共振回路１６、コンデンサ装置１８、過電圧保護装置２０およびマシン側パルス型電力変換器２２の直流電圧側接続端子が接続されている。マシン側のパルス型電力変換器２２の交流出力側は永久界磁型同期電動機６の接続端子に接離可能である。この種牽引駆動装置それ自体は公知である。

ブレーキ装置８は、永久界磁型同期電動機６の各相毎に設けられたブレーキ抵抗２８と切換スイッチ３０からなる。ブレーキ抵抗２８は夫々一定の抵抗値を持ち、星形結線されてその中性点で電気的に共通に接続されている。切換スイッチ３０は、永久界磁型同期電動機６の入力端が一方ではブレーキ抵抗２８に接続され、他方ではマシン側パルス型電力変換器２２の出力端に接続され得るように、マシン側パルス型電力変換器２２の出力端および永久界磁型同期電動機６の入力端に接続されている。

切換スイッチ２８はフェールセイフスイッチとも称され、電気的、機械的又は空気圧的に駆動される。切換スイッチ２８が運転位置「走行」、即ち永久界磁型同期電動機６の入力端がマシン側パルス型電力変換器２２の出力端に接続された状態から、運転位置「ブレーキ」、即ち永久界磁型同期電動機６の入力端が星形結線されたブレーキ抵抗２８に接続される状態に切り換えられると、永久界磁型同期電動機６がブレーキトルクを発生し、それは電気車の速度低下と共に減少する。ブレーキトルク発生のために、マシン側パルス型電力変換器２２その他に制御を施す必要は無い。

以上によって、周波数変換器に依存しない、鉄道車両の駆動輪軸のための、故障を生じない電気ブレーキを実現できる。

更にこの故障を生じない電気ブレーキはスリップ保護装置を内蔵している。即ち、それはブレーキ時には何時でも駆動輪軸の車輪に平坦部を生ずることがない。何故なら、仮に濡れたレール上で車輪にスリップを生ずると、発生するブレーキトルクが自動的に減少するからである。ブレーキトルク発生の前提条件は、永久界磁型同期電動機６の回転子が回転することである。回転子の回転なしには、永久界磁型同期電動機６の端子に電圧が生じない。そしてその誘導電圧なしには、ブレーキ抵抗２８を経てブレーキトルクを発生することもない。鉄道車両の輪軸の車輪にスリップを生じた時、その車輪は殆ど停止する。かくして、スリップを生じた車輪に、永久界磁型同期電動機６およびブレーキ抵抗２８によってブレーキトルクが作用せず、ために平坦部を生ずることもない。

本発明による牽引駆動装置では、鉄道車両の駆動輪軸から機械ブレーキを完全に省略できる。

図２は、直流電気車用の牽引駆動装置を示す。該電気車はＤＣ電気車とも称される。この装置は、牽引用電力変換器４が４象限電力変換器１４、牽引用変圧器２および直列共振回路１６を備えない点で図１の牽引駆動装置と異なる。この装置のコンデンサ装置１８は直流リアクトル３２を経てＤＣ電気車の集電器に接続される。牽引用電力変換器４は架線電圧に応じ、ＤＣ／ＤＣ変換器を備えてもよい。特に複数の直流電圧系統下で運転するＤＣ車両が該当する。この種ＤＣ／ＤＣ変換器として昇圧／降圧用変換器を使用できる。

牽引駆動装置の２つの実施例を参照することで、給電回路を如何様に構成するかは、牽引駆動装置の本発明による構成にとり些細な問題であることが解る。電動機としてパルス型電力変換器２２を経て電力が供給される永久界磁型同期電動機を設けることのみが重要である。従って、本発明によればディーゼル電気車の牽引駆動装置も構成可能である。

本発明による交流電気車用牽引駆動装置の詳細を示す接続図である。本発明による直流電気車用牽引駆動装置の詳細を示す接続図である。

符号の説明

２牽引用変圧器、４牽引用電力変換器、６永久界磁型同期電動機、８ブレーキ装置、１０一次巻線、１２二次巻線、１４４象限電力変換器、１６直列共振回路、１８コンデンサ装置、２０過電圧保護装置、２２パルス型電力変換器、２４、２６接続端、２８ブレーキ抵抗、３０切換スイッチ、３２直流リアクトル

Claims

牽引用電力変換器（４）および永久界磁型同期電動機（６）を備え、牽引用電力変換器（４）がマシン側に少なくとも１台のパルス型電力変換器（２２）を含む牽引駆動装置において、永久界磁型同期電動機（６）の端子が切換スイッチ（３０）の対応する入力端に接続され、各切換スイッチ（３０）の両出力端が、夫々パルス型電力変換器（２２）の出力端と、電気的に星形結線されたブレーキ抵抗（２８）の接続端とに接続されたことを特徴とする装置。
ブレーキ抵抗（２８）が抵抗値一定のオーム抵抗であることを特徴とする請求項１記載の装置。
各切換スイッチ（３０）が電気的に操作されることを特徴とする請求項１又は２記載の装置。
各切換スイッチ（３０）が機械的に操作されることを特徴とする請求項１又は２記載の装置。
各切換スイッチ（３０）が空気圧で操作されることを特徴とする請求項１又は２記載の装置。
永久界磁型同期電動機（６）が、短絡電流が定格電流にほぼ等しくなるように設定された同期インダクタンスを持つことを特徴とする請求項１から５の１つに記載の装置。
永久界磁型同期電動機（６）が内蔵型磁石を備えることを特徴とする請求項６記載の装置。
牽引用電力変換器（４）が少なくとも１台の４象限電力変換器（１４）、コンデンサ装置（１８）および牽引用変圧器（２）を備え、各４象限電力変換器（１４）は、入力側が牽引用変圧器（２）の二次巻線（１２）に、直流側がコンデンサ装置（１８）を有するパルス型電力変換器（２２）の直流接続端に接続されたことを特徴とする請求項１から７の１つに記載の装置。
牽引用電力変換器（４）がコンデンサ装置（１８）と直流リアクトル（３２）を備え、コンデンサ装置（１８）はパルス型電力変換器（２２）の直流出力端に電気的に並列に接続され、直流リアクトル（３２）は牽引用電力変換器（４）の入力端をコンデンサ装置（１８）の正極端子に接続することを特徴とする請求項１から７の１つに記載の装置。
コンデンサ装置（１８）に対し電気的に並列に直列共振回路（１６）が接続されたことを特徴とする請求項８記載の装置。
コンデンサ装置（１８）に対し電気的に並列に過電圧保護装置（２０）が接続されたことを特徴とする請求項８又は９記載の装置。