鐵道車輛牽引系統(tǒng)的保護系統(tǒng)、相關的傳動線和鐵道車輛的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種鐵道車輛牽引系統(tǒng)(2)的保護系統(tǒng)(24)，所述系統(tǒng)(2)包括電動機(8)和電力供應電路(10)。該系統(tǒng)包括：機械耦接設備(26)和控制裝置(28)，所述機械耦接設備在傳動線(6)的第一部件(30)與第二部件(32)之間，第一部件(30)連接到電動機(8)的輸出軸(14)，第二部件(32)連接到鐵道車輛的輪軸(4)的輸入軸(16)，耦接設備(26)能夠處于接合狀態(tài)或分離狀態(tài)；如果檢測到電力供應電路(10)和/或電動機(8)的故障，所述控制裝置能夠將分離信號施加到耦接設備(26)，以從接合狀態(tài)切換到分離狀態(tài)。
【專利說明】
鐵道車輛牽弓I系統(tǒng)的保護系統(tǒng)、相關的傳動線和鐵道車輛
技術領域
[0001]本發(fā)明涉及一種鐵道車輛牽引系統(tǒng)的保護系統(tǒng)，所述牽引系統(tǒng)包括電動機和電動機的電力供應電路。
[0002]本發(fā)明更特別地涉及一種保護系統(tǒng)，所述保護系統(tǒng)用于鐵道車輛的永磁同步電動機。
【背景技術】
[0003]為驅動這種電動機，動力鏈依次包括變換器、隔離接觸器、電纜，所述電纜連接在隔離接觸器和電動機的輸入端子之間。
[0004]如果檢測到短路型的電力故障，隔離接觸器斷開，以將變換器從電動機隔離開來。結果是，保護了變換器的部件免于由電動機在那時作為電流源運轉所產(chǎn)生的電力的影響，因為所述電動機是由移動的鐵道車輛的輪所驅動的。
[0005]然而，隔離接觸器斷開不能夠將下游的電力故障從隔離接觸器隔離開來，S卩，例如在連接電纜之間的電動機的內(nèi)部故障或電動機的外部故障。
[0006]然而這種在隔離的變換器下游的故障通常與電弧的形成相關，所述電弧可導致火災的發(fā)生或對電動機造成破壞。在對電動機造成破壞的情況下，有電動機的定子內(nèi)部的轉子堵轉的風險，從而導致需要停止火車并且疏散乘客的恐慌事件。
[0007]為保證對這種永磁同步電動機進行運轉保護，需要應對任何可能的故障以避免任何的恐慌事件。
[0008]文件EP2，634，884因此提供了為動力鏈配備額外的受控開關，使得能夠完全短路電動機的各相，以避免電弧的形成和擴散。然而，這種設備不能解決機械內(nèi)部的所有類型的故障。
[0009]因此本發(fā)明目的是通過利用替代現(xiàn)有技術狀態(tài)的方案的保護方案來解決前述的問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0010]為此，本發(fā)明涉及一種用于鐵道車輛牽引系統(tǒng)的保護系統(tǒng)，其特征在于所述保護系統(tǒng)包括:
[0011]-機械耦接設備，所述機械耦接設備在傳動線的第一與第二部件之間，所述第一部件連接到電動機的輸出軸，所述第二部件連接到鐵道車輛的輪軸的輸入軸，所述耦接設備能夠處于接合狀態(tài)或處于分離狀態(tài)，在所述接合狀態(tài)下，扭矩能夠在所述第一與第二部件之間傳遞，在所述分離狀態(tài)下，扭矩不能夠在所述第一與第二部件之間傳遞;以及
[0012]-控制裝置，所述控制裝置能夠在檢測到對電動機的電力電路和/或電動機自身產(chǎn)生影響的故障的情況下將分離信號施加到所述機械耦接設備，以便使所述機械耦接設備從所述接合狀態(tài)切換到所述分離狀態(tài)。
[0013]本發(fā)明通過實施穩(wěn)健的機械解決方案使得能夠以機械方法將電動機從輪軸隔離，使得如果檢測到故障，不論故障的性質(zhì)，保證對動力鏈和電動機進行保護。因此可避免任何的恐慌事件。
[0014]根據(jù)本發(fā)明的保護系統(tǒng)可進一步包括以下特征中的一個或多個，所述特征可被單獨地或根據(jù)任意技術上可能的組合進行考慮:
[0015]-所述耦接設備包括:至少一個元件，所述至少一個元件將所述第一與第二部件彼此固定;和引爆模塊，當控制裝置施加分離信號時，所述引爆模塊能夠破壞固定元件；
[0016]-所述第一和第二部件為彼此面對的第一和第二法蘭，并且其中所述機械耦接設備是將所述第一和第二法蘭彼此固定的爆炸螺栓；
[0017]-所述控制裝置包括遠程控制模塊，所述遠程控制模塊通過無線鏈路連接到近程控制模塊，所述近程控制模塊固定到所述耦接設備，并在接收到由所述遠程控制模塊發(fā)送的啟動信號時產(chǎn)生施加到所述耦接設備的分離信號；
[0018]-所述控制裝置包括檢測裝置，如果檢測到故障，所述檢測裝置能夠將警報信號傳送到所述遠程控制模塊，使得遠程控制模塊提交啟動信號；
[0019]-所述檢測裝置能夠根據(jù)測得的輸入值和牽引系統(tǒng)的動態(tài)模型計算出估計的輸出值，并且能夠將這些估計的輸出值與在牽引系統(tǒng)上測得的輸出值進行比較，檢測模塊能夠在所述估計的輸出值與所測得的輸出值之間有顯著偏差的情況下發(fā)送警報信號；
[0020]-所述耦接設備能夠不可逆地從接合狀態(tài)切換到分離狀態(tài)；
[0021]-所述機械耦接設備在接收到分離信號時能夠從接合狀態(tài)切換到分離狀態(tài)，并且所述機械耦接設備在接收到接合信號時能夠從分離狀態(tài)切換到接合狀態(tài)。
[0022]本發(fā)明還涉及一種在電動機與鐵道車輛輪軸之間的傳動線，其特征在于所述傳動線包括如之前所限定的保護系統(tǒng)。
[0023]該傳動線具有一裝置，所述裝置用于將所述電動機與鐵道車輛的輪軸分離開，當所述保護系統(tǒng)啟動時將電動機與任何的機械驅動隔離開。
[0024]根據(jù)本發(fā)明的傳動線可進一步包括機械耦接設備，所述機械耦接設備安裝在所述傳動線的第一與第二部件之間，所述第一與第二部件是第一與第二法蘭，所述第一與第二法蘭設置在所述電動機與輪軸之間的傳動線的兩個半軸面對的端部上，或設置在所述傳動線的減速器的第一級與第二級之間。
[0025]本發(fā)明還涉及一種鐵道車輛，其特征在于所述鐵道車輛包括如上文所限定的傳動線。
【附圖說明】
[0026]通過閱讀以下僅作為示例提供并參照附圖進行的描述將更好地理解本發(fā)明，其中:
[0027]圖1是示出了鐵道車輛牽引系統(tǒng)的示意圖，所述鐵道車輛牽引系統(tǒng)包括根據(jù)第一實施例的保護系統(tǒng)；
[0028]圖2是示出了鐵道車輛牽引系統(tǒng)的示意圖，所述鐵道車輛牽引系統(tǒng)包括根據(jù)第二實施例的保護系統(tǒng)；以及
[0029]圖3是示出了鐵道車輛牽引系統(tǒng)的示意圖，所述鐵道車輛牽引系統(tǒng)包括根據(jù)第二實施例的保護系統(tǒng)。
【具體實施方式】
[0030]在下文中，術語“電動勢”應理解為電動機尤其是在降級運行期間產(chǎn)生電力的能力。
[0031]圖1示出了牽引系統(tǒng)2的第一實施例。
[0032 ]所述系統(tǒng)包括輪軸4、傳動線6、永磁電動機8和該電動機的電力電路1。
[0033]電動機8是永磁同步電動機。
[0034]輪軸4是由固定到至少一對輪上的栓構成的組件，所述至少一對輪在一對鐵軌上被引導。
[0035]傳動線6包括具有一個級或多個級的減速器12，所述減速器位于電動機8的輸出軸14與輪軸4的輸入軸16之間。
[0036]電力電路10包括逆變器18、隔離接觸器20、開關設備21和控制設備22，所述開關設備用于使電動機的各相完全短路，所述控制設備控制接觸器20和開關設備21。
[0037]逆變器18包括三個輸出端子。每個端子經(jīng)由隔離接觸器20、開關設備21由連接電纜連接到電動機8的一相。
[0038]控制設備22能夠檢測電力電路10的尤其是短路型的故障，并且能夠操控接觸器20斷開。
[0039]接觸器20斷開使得能夠將逆變器18與電動機8隔離，如果發(fā)生故障，所述電動機繼續(xù)被輪軸4旋轉并且產(chǎn)生可使逆變器18毀壞的電動勢。
[0040]然而，將接觸器20斷開是不夠的，因為尤其是在電動機8內(nèi)部短路的情況下，由與輪軸4耦接的電動機8產(chǎn)生的電動勢有破壞電動機8自身的風險。
[0041]因此牽引系統(tǒng)2包括保護系統(tǒng)24。
[0042]保護系統(tǒng)24使得能夠將電動機8與輪軸4機械隔離，尤其是直到鐵道車輛停止為止。以這種方式，轉子不再由輪軸4旋轉，電動機8停止產(chǎn)生電動勢。
[0043]保護系統(tǒng)24包括耦接設備26和耦接設備26的控制裝置28。
[0044]耦接設備26放置在傳動線6的第一部件30與第二部件32之間。
[0045]在接收到由控制裝置28產(chǎn)生的適合的分離信號時，耦接設備26能夠不可逆地從接合狀態(tài)切換到分離狀態(tài)。
[0046]在接合狀態(tài)下，扭矩能夠在傳動線6的第一與第二部件30、32之間傳遞。
[0047]在分離狀態(tài)下，扭矩不能夠在傳動線的第一與第二部件30、32之間傳遞。
[0048]在圖1的第一實施例中，第一部件30是電動機8的輸出軸14，第二部件32是減速器12的輸入軸。
[0049]更確切地，電動機的輸出軸14的自由端以第一法蘭34終止，所述第一法蘭位于第二法蘭36對面，所述第二法蘭設在減速器12的輸入軸的端部上。
[0050]耦接設備26由多個用于將第一與第二法蘭34、36彼此固定的爆炸螺栓或爆炸銷構成。
[0051 ]爆炸螺栓38包括桿40和引爆模塊42，所述桿能夠將第一與第二法蘭34、36彼此固定，所述引爆模塊能夠在從控制裝置28接收到適合的分離信號時將桿40破壞。
[0052]控制裝置28能夠在檢測到對電動機的供電電路10和/或電動機8自身產(chǎn)生影響的故障的情況下對耦接設備26發(fā)送分離信號，以便將耦接設備26從接合狀態(tài)切換到分離狀
??τ O
[0053]控制裝置28包括故障檢測裝置44、遠程控制模塊46和近程控制模塊48，所述近程控制模塊固定到耦接設備26。
[0054]有利地，控制裝置28包括對鐵道車輛的列車員的界面，所述界面能夠在艙內(nèi)顯示指示分離信號的發(fā)送的信號。
[0055]如果檢測到故障，檢測裝置44能夠將警報信號傳送到遠程控制模塊46。
[0056]檢測裝置44包括測量模塊50和計算模塊52。
[0057]測量模塊50能夠將所測得的與牽引系統(tǒng)2的運行相關尤其是與電動機8的運行相關的輸入值和輸出值傳送給計算模塊52。
[0058]測量模塊50包括在牽引系統(tǒng)2上測量輸入值的傳感器和測量輸出值的傳感器。
[0059]例如，輸入傳感器測量電力供應電路10處的電流和/或電動機8的兩相之間的電流。
[0060]輸出傳感器還測量電力供應電路1處的電流和/或電動機8的兩相之間的電流。也可測量諸如電壓、扭矩等等的其它輸出特性。
[0061 ]替代地，輸入和輸出傳感器對電壓、磁場、溫度、加速度、振動等等之中的另一物理特性進行測量。
[0062]計算模塊52能夠接收由測量模塊50所測得的輸入和輸出值，并能夠建立可引起警報信號發(fā)送的診斷結論。
[0063]計算模塊52能夠通過使用牽引系統(tǒng)2的動態(tài)模型根據(jù)測得輸入值計算估計輸出值。牽引系統(tǒng)的基于多個使輸入特性與輸出特性關聯(lián)的微分方程的該動態(tài)模型使得能夠使用輸入特性的測得輸入值計算出輸出特性的估計輸出值。估計輸出值接下來與測得輸出值進行比較。超出了這些值之間特定偏差則表明產(chǎn)生了故障。
[0064]計算模塊52能夠將估計輸出值與牽引系統(tǒng)2的測得輸出值進行比較。
[0065]計算模塊52設計為在估計輸出值與測得輸出值之間有顯著偏差的情況下發(fā)送警?艮?言^ O
[0066]此外，計算模塊52有利地包括存儲器，所述存儲器存儲測量到的輸入值與輸出值以及估計輸出值。
[0067]遠程控制模塊46連接到計算模塊52。
[0068]遠程控制模塊46能夠接收來自計算模塊52的警報信號，并且能夠將警報信號轉換為用于近程控制模塊48的啟動信號。
[0069]近程控制模塊48固定到耦接設備26并且因此被旋轉。
[0070]近程控制模塊48與遠程控制模塊46之間的通訊使用無線鏈路實現(xiàn)，優(yōu)選地通過執(zhí)行W1-Fi協(xié)議實現(xiàn)。
[0071 ]近程控制模塊48能夠接收來自遠程控制模塊46的啟動信號。
[0072]近程控制模塊48能夠將接收到的啟動信號作為分離信號施加給耦接設備26，以將所述耦接設備從接合狀態(tài)切換到分離狀態(tài)。
[0073]現(xiàn)將描述使用圖1的保護系統(tǒng)24來實施的、用于保護鐵道車輛的電動機8的方法。
[0074]最初，鐵道車輛在鐵路軌道上行進。
[0075]測量模塊50測量電力供應電路10處和/或電動機8的兩相之間的輸入值和輸出值。
[0076]計算模塊52根據(jù)測得輸入值通過動態(tài)模塊計算估計輸出值。計算模塊52計算測得輸出值與估計輸出值之間的偏差。計算模塊52做出其診斷結論。
[0077]當測量到顯著的偏差時，所述偏差表示可導致恐慌事件的故障，檢測裝置44將警報信號傳送至遠程控制模塊46。
[0078]遠程控制模塊46接收警報信號并且將對應的啟動信號傳送至近程控制模塊48。
[0079]近程控制模塊48接收啟動信號并且將所述啟動信號作為分離信號施加到耦接設備26。
[0080]分離信號觸發(fā)引爆模塊42起爆，導致桿40破壞。
[0081 ]親接設備26不可逆地從接合狀態(tài)切換到分尚狀態(tài)，第一與第二法蘭30、32彼此分開。
[0082]輸入軸16與輸出軸14分離。與電動機的轉子關聯(lián)的輸出軸14減速并且變?yōu)橥Ｖ梗斎胼S16繼續(xù)由運動的鐵道車輛輪所驅動。鐵道車輛因此可在故障系統(tǒng)的電動機不作為電流發(fā)生器運行的情況下繼續(xù)移動。
[0083]圖2示出了保護系統(tǒng)24的第二實施例，其中，除了耦接設備26位于減速器12的輸出軸與輪軸的輸入軸16之間以外，所有其它的部分都是相同的。
[0084]圖3示出了保護系統(tǒng)24的第三實施例，其中耦接設備26位于多級減速器12的兩個級之間。
[0085]這種保護系統(tǒng)24構成了安全應急機械解決方案，使得能夠將電動機8與輪軸4分1?，以將電動機8與輪軸4的任何機械驅動機械隔尚開來。
[0086]這種保護系統(tǒng)24構成了代替現(xiàn)有技術的純電氣解決方案或優(yōu)選地附加到現(xiàn)有技術狀態(tài)的純電氣解決方案的機械替代方案，使得能夠進行保護而防止恐慌事件。
[0087]替代地，機械耦接設備26能夠從接合狀態(tài)切換到分離狀態(tài)，或者在接收到控制裝置28產(chǎn)生的適合的接合信號時，從分離狀態(tài)切換到接合狀態(tài)。
[0088]在另一個獨立于之前方案的替代方案中，檢測裝置44和控制設備22共享用于檢測牽引系統(tǒng)的故障的裝置。
【主權項】
1.一種鐵道車輛牽引系統(tǒng)(2)的保護系統(tǒng)(24)，所述牽引系統(tǒng)(2)包括電動機(8)和所述電動機(8)的電力供應電路(10)，其特征在于，所述保護系統(tǒng)包括: 機械耦接設備(26)，所述機械耦接設備(26)在傳動線(6)的第一部件(30)與第二部件(32)之間，所述第一部件(30)連接到所述電動機(8)的輸出軸(14)，所述第二部件(32)連接到所述鐵道車輛的輪軸(4)的輸入軸(16)，所述耦接設備(26)能夠處于接合狀態(tài)或處于分離狀態(tài)，在所述接合狀態(tài)下，扭矩能夠在所述第一部件(30)與所述第二部件(32)之間傳遞，在所述分離狀態(tài)下，扭矩不能夠在所述第一部件(30)與所述第二部件(32)之間傳遞;以及 控制裝置(28)，所述控制裝置(28)用于在檢測到對所述電動機的電力電路(10)和/或所述電動機(8)自身產(chǎn)生影響的故障的情況下將分離信號施加到所述機械耦接設備(26)，以便使所述機械耦接設備(26)從所述接合狀態(tài)切換到所述分離狀態(tài)。2.根據(jù)權利要求1所述的保護系統(tǒng)(24)，其中，所述耦接設備(26)包括:至少一個固定元件(40)，所述至少一個固定元件(40)用于將所述第一部件(30)與所述第二部件(32)彼此固定;和引爆模塊(42)，當所述控制裝置(28)施加分離信號時，所述引爆模塊(42)能夠破壞所述固定元件(40)。3.根據(jù)權利要求2所述的保護系統(tǒng)(24)，其中，所述第一部件(30)和所述第二部件(32)為彼此面對的第一法蘭(34)和第二法蘭(36)，并且其中，所述機械耦接設備(26)是將所述第一法蘭(34)和所述第二法蘭(36)彼此固定的爆炸螺栓(38)。4.根據(jù)權利要求2或3所述的保護系統(tǒng)(24)，其中，所述控制裝置(28)包括遠程控制模塊(46)，所述遠程控制模塊(46)通過無線鏈路連接到近程控制模塊(48)，所述近程控制模塊(48)固定到所述耦接設備(26)，所述近程控制模塊(48)在接收到由所述遠程控制模塊(46)發(fā)送的啟動信號時產(chǎn)生施加到所述耦接設備(26)的所述分離信號。5.根據(jù)權利要求4所述的保護系統(tǒng)(24)，其中，所述控制裝置(28)包括檢測裝置(44)，當檢測到故障時，所述檢測裝置(44)能夠將警報信號傳送到所述遠程控制模塊(46)，使得所述遠程控制模塊(46)發(fā)送啟動信號。6.根據(jù)權利要求5所述的保護系統(tǒng)(24)，其中，所述檢測裝置(44)能夠根據(jù)測得的輸入值和所述牽引系統(tǒng)(2)的動態(tài)模型計算出估計的輸出值，并且能夠將所述估計的輸出值與在所述牽引系統(tǒng)(2)上測得的輸出值進行比較，所述檢測模塊(44)能夠在所述估計的輸出值與所測得的輸出值之間有顯著偏差的情況下發(fā)送警報信號。7.根據(jù)權利要求1至3中的任一項所述的保護系統(tǒng)(24)，其中，所述耦接設備(26)不可逆地從所述接合狀態(tài)切換到所述分離狀態(tài)。8.根據(jù)權利要求1至3中的任一項所述的保護系統(tǒng)(24)，其中，所述機械耦接設備(26)在接收到分離信號時從所述接合狀態(tài)切換到所述分離狀態(tài)，并且所述機械聯(lián)接裝置(26)在接收到接合信號時從所述分離狀態(tài)切換到所述接合狀態(tài)。9.一種用于鐵道車輛的傳動線(6)，所述傳動線(6)在永磁同步電動機(8)與輪軸(4)之間，其特征在于，所述傳動線(6)包括根據(jù)權利要求1至8中任一項所述的保護系統(tǒng)(24)。10.根據(jù)權利要求9所述的傳動線(6)，其中，所述機械耦接設備(26)安裝在所述傳動線(6)的第一部件(30)與第二部件(32)之間，所述第一部件(30)與所述第二部件(32)是第一法蘭(34)與第二法蘭(36)，所述第一法蘭(34)與所述第二法蘭(36)設置在所述電動機(8)與所述輪軸(4)之間的所述傳動線(6)的兩個半軸面對的端部上，或設置在所述傳動線的減速器(12)的第一級與第二級之間。11.一種鐵道車輛，其特征在于，所述鐵道車輛包括根據(jù)權利要求9或10所述的傳動線(6)ο
【文檔編號】B60L3/00GK105857082SQ201610084814
【公開日】2016年8月17日
【申請日】2016年2月14日
【發(fā)明人】羅伯特·佩里奧
【申請人】阿爾斯通運輸科技公司