ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ МАШИНА, РЕЛЬСОВОЕ ТРАНСПОРТНОЕ СРЕДСТВО И РЕЛЬСОВЫЙ ПОДВИЖНОЙ СОСТАВ Российский патент 2015 года по МПК H02K11/02 B60L9/00 

Настоящее изобретение касается электрической машины,

- при этом электрическая машина имеет основную часть, в которой расположен статор электрической машины,

- при этом электрическая машина имеет вал ротора, который оперт с возможностью вращения посредством подшипников в основной части,

- при этом электрическая машина имеет элемент токоприемника, который механически без возможности вращения соединен с основной частью и который снимает возникающее в валу ротора напряжение.

Настоящее изобретение касается также рельсового транспортного средства,

- при этом рельсовое транспортное средство имеет по меньшей мере одну колесную ось и по меньшей мере одну электрическую машину,

- при этом указанная по меньшей мере одна колесная ось непосредственно или через передачу соединена с валом ротора указанной по меньшей мере одной электрической машины.

Настоящее изобретение касается также рельсового подвижного состава, который имеет последовательность сцепленных друг с другом рельсовых транспортных средств.

Вышеназванные предметы общеизвестны. Касательно электрических машин чисто для примера ссылаемся на DE 102007019828 B3 и US 7193836 B2.

В электродвигателях в валу ротора могут возникать пульсирующие напряжения, которые вызывают подшипниковые токи. Подшипниковые токи в принципе нежелательны, но не в каждом случае действительно являются помехой. Самым неблагоприятным видом подшипниковых токов являются так называемые подшипниковые токи EDM (EDM = electric discharge machining, электроэрозионная обработка), потому что этот вид подшипниковых токов очень быстро приводит к повреждениям подшипников. При этом виде подшипниковых токов возникает электрическая дуга между роликами и дорожкой качения подшипников. В результате этого смазка выгорает, и возникают кратеры во вкладышах подшипников.

Дополнительно к подшипниковым токам EDM могут также возникать емкостные подшипниковые токи, классические пульсирующие напряжения, высокочастотные циркулярные токи и емкостные токи заземления ротора.

Для устранения и подавления подшипниковых токов в уровне техники известно снабжение электрической машины элементом токоприемника, который механически без возможности вращения соединен с основной частью и который снимает возникающее в валу ротора напряжение. Вышеназванный уровень техники показывает варианты осуществления такого рода.

Однако, в частности, у рельсовых транспортных средств этот образ действий является проблематичным. Причина этого заключается в том, что из-за элемента токоприемника существует электрически проводящее соединение от рельса через колесную ось и при необходимости передачу с корпусом двигателя. Это соединение может обладать очень низким электрическим сопротивлением. В результате может случиться, что рабочий ток, который запитывается от другого рельсового транспортного средства (в частности, рельсового транспортного средства другого поезда) как обратный ток в рельс, в значительной степени течет через рельсовое транспортное средство. Из-за этого устройства связи на рельсовом транспортном средстве могут испытывать помехи или соответственно система заземления транспортного средства, в частности экран линий передачи данных, может перегружаться. Особенно у длинных транспортных средств с алюминиевыми кузовами вагонов имеется эта опасность, так как у транспортного средства в результате имеется в распоряжении такое большое поперечное сечение, что удельное сопротивление на метр длины вагона меньше, чем удельное сопротивление на метр рельса. По этой причине устройства токоприемников вышеназванного рода у рельсовых транспортных средств в большинстве случаев не применяются.

Задача настоящего изобретения заключается в том, чтобы создать электрическую машину, рельсовое транспортное средство и рельсовый подвижной состав, у которых по меньшей мере в значительной степени предотвращаются как подшипниковые токи, так и обратные тяговые токи.

Задача решается с помощью электрической машины с признаками п.1 формулы изобретения и электрической машины с признаками п.3 формулы изобретения. Предпочтительные варианты осуществления предлагаемой изобретением электрической машины являются предметом зависимых пп.2 и 4-6 формулы изобретения.

В соответствии с изобретением предусмотрено выполнить электрическую машину вышеназванного рода таким образом, чтобы элемент токоприемника был электрически соединен с основной частью через емкость, значение которой составляет по меньшей мере 1 нФ. Предпочтительно значение емкости составляет даже по меньшей мере 5 нФ, в частности по меньшей мере 10 нФ.

Альтернативно, можно выполнить электрическую машину вышеназванного рода таким образом, чтобы элемент токоприемника был электрически соединен с основной частью через омическое сопротивление, значение которого лежит между 10 мОм и 10 Ом. Значение сопротивления может в этом случае, например, лежать между 20 мОм и 1 Ом, в частности между 50 мОм и 100 мОм.

Вышеназванные значения емкости и сопротивления относятся к нормальным условиям, то есть температуре, равной 20°C, и нормальному давлению воздуха (1013 Гектопаскаль).

В одном из предпочтительных вариантов осуществления омическое сопротивление может быть выполнено в виде терморезистора с положительным температурным коэффициентом. Благодаря этому, в частности, достигается, что при высоких токах, которые нагревают сопротивление, величина его возрастает, так что затем оно оказывает большее сопротивление течению тока.

Возможно, чтобы емкость и омическое сопротивление были включены параллельно друг другу. Однако альтернативно достаточно, чтобы имелись только сопротивление или только емкость.

Задача решается, кроме того, с помощью рельсового транспортного средства с признаками п.7 формулы изобретения.

В соответствии с изобретением предусмотрено, что у рельсового транспортного средства вышеназванного рода по меньшей мере одна электрическая машина выполнена в соответствии с изобретением.

Задача решается, кроме того, с помощью рельсового подвижного состава с признаками п.8 формулы изобретения.

В соответствии с изобретением предусмотрено, что по меньшей мере первое и последнее рельсовые транспортные средства последовательности сцепленных рельсовых транспортных средств выполнены в соответствии с изобретением.

Другие преимущества и подробности содержатся в последующем описании примеров осуществления в связи с чертежами. Показано в принципиальном изображении:

фиг.1: схематично электрическая машина;

фиг.2: схематично фрагмент фиг.1 со схемотехнической точки зрения;

фиг.3: схематично фрагмент фиг.1 с конструктивно-механической точки зрения;

фиг.4: схематично рельсовое транспортное средство;

фиг.5: схематично часть рельсового транспортного средства, показанного на фиг.4 и

фиг.6: схематично рельсовый подвижной состав.

В соответствии с фиг.1 электрическая машина 1 имеет основную часть 2. В основной части 2 расположен статор 3 электрической машины 1. Электрическая машина 1 имеет, кроме того, ротор 4. Ротор 4 при работе электрической машины 1 электрически взаимодействует со статором 3. Ротор 4 установлен на валу 5 ротора электрической машины 1, который посредством подшипников 6 с возможностью вращения установлен в основной части 2.

При работе электрической машины 1 в валу 5 ротора могут возникать пульсирующие напряжения. Без основательных мер эти пульсирующие напряжения вызывали бы токи, текущие через подшипники 6 электрической машины 1. Такого рода подшипниковые токи могут относительно быстро приводить к повреждению подшипников. Поэтому для предотвращения или по меньшей мере уменьшения такого рода токов электрическая машина 1 имеет (по меньшей мере) одну схему 7 защиты, которая ниже поясняется подробнее в связи с фиг.2. Схема 7 защиты и вместе с ней поясняемые ниже элементы схемы 7 защиты механически без возможности вращения соединены с основной частью 2.

В соответствии с фиг.2 схема 7 защиты имеет элемент 8 токоприемника. Элемент 8 токоприемника снимает напряжения, возникающие в валу 5 ротора. Начиная от элемента 8 токоприемника, ток течет таким образом в основную часть 2. Элемент 8 токоприемника относительно течения тока представляет собой тот элемент, который непосредственно снимает напряжение, имеющееся в валу 5 ротора (или установленном без возможности вращения на валу 5 ротора промежуточном элементе, например контактном кольце). То есть элемент 8 токоприемника относительно течения тока от вала 5 ротора к основной части 2 представляет собой «ближайший к фронту» элемент схемы 7 защиты.

В соответствии с фиг.2 элемент 8 токоприемника электрически соединен с основой частью 2 не непосредственно, а через полное сопротивление 9. Полное сопротивление 9 в соответствии с фиг.2 обладает емкостью 10 и омическим сопротивлением 11, при этом емкость 10 и омическое сопротивление 11 включены параллельно друг другу. Альтернативно, могла бы иметься только емкость 10, то есть омическое сопротивление 11 могло бы отсутствовать. Также, альтернативно, могло бы иметься только омическое сопротивление 11, то есть емкость 10 могла бы отсутствовать.

Когда имеется только емкость 10, значение C емкости 10 должно составлять по меньшей мере 1 нФ. Предпочтительно значение C емкости составляет даже по меньшей мере 5 нФ, в частности по меньшей мере 10 нФ.

Когда имеется только омическое сопротивление 11, значение R омического сопротивления 11 должно лежать между 10 мОм и 10 Ом. Предпочтительно значение R сопротивления лежит между 20 мОм и 1 Ом. В частности, оно может лежать между 50 мОм и 100 мОм.

Названные показания значения C емкости и значения R сопротивления относятся к нормальным условиям (20°C, нормальное давление воздуха).

Когда имеются как емкость 10, так и омическое сопротивление 11, достаточно, если выполнено одно из вышеназванных условий, то есть либо значение C емкости 10 составляет по меньшей мере 1 нФ, либо значение R сопротивления лежит между 10 мОм и 10 Ом. Соответственно другое условие может быть нарушено. Однако значение R сопротивления не может быть слишком мало. То есть оно не может лежать ниже 10 мОм. Предпочтительно, однако, чтобы были выполнены оба условия, то есть, чтобы как значение C емкости 10 составляло по меньшей мере 1 нФ, так и значение R сопротивления лежало между 10 мОм и 10 Ом.

Возможно, чтобы значение R омического сопротивления 11 (по существу) было независимо от температуры. Предпочтительно, однако, омическое сопротивление 11 выполнено в виде PTC-сопротивления, то есть в виде терморезистора с положительным температурным коэффициентом.

Для реализации вышеназванных значений C, R емкости и сопротивления, например, в соответствии с фиг.3 в качестве элемента 8 токоприемника может применяться так называемое SGR (= shaft grounding ring, кольцо заземления вала), которое известно, например, из US 7193836 B2. Это кольцо заземления вала в уровне техники крепится, например, посредством электрически хорошо проводящей эпоксидной смолы к основной части 2. В противоположность этому в настоящем изобретении, например, в соответствии с фиг.3, крепление может осуществляться посредством надлежащего клея 12, который, альтернативно, обладает только ограниченной электрической проводимостью или оказывает электрически изолирующее действие. Электрически изолирующие клеи общеизвестны.

Регулирование электрической проводимости и константы диэлектрической проницаемости клея 12 может при необходимости осуществляться путем точного дозирования концентрации проводящих частиц в клее 12. Электрическая изоляция может, например, достигаться также за счет того, что между кольцом заземления вала и основой частью 2 располагается электрически изолирующий элемент, например соответствующая пленка. Также кольцо заземления вала в области контакта с основной частью 2 может быть снабжено электрически изолирующим покрытием, например, быть анодированным. Возможны также другие варианты осуществления.

В случае применения обладающего ограниченной электрической проводимостью клея 12 емкость 10 и омическое сопротивление выполняются в виде распределенных элементов. Альтернативно, могут применяться дискретные конструктивные элементы, в частности, по технологии SMD (SMD = surface mounted device, устройство для монтажа на поверхность).

Благодаря предлагаемому изобретением варианту осуществления электрической машины 1 достигается, что переходные пульсирующие напряжения, которые возникают при работе электрической машины 1, быстро устраняются. Полное сопротивление 9 между элементом 8 токоприемника и основной частью 2 не является помехой этому.

Предлагаемая изобретением электрическая машина 1, то есть, включая описанную выше схему 7 защиты, может, например, в соответствии с фиг.4 и 5 применяться в качестве приводного двигателя M (или при необходимости в качестве нескольких приводных двигателей M) рельсового транспортного средства 13. Рельсовое транспортное средство 13 имеет в этом случае в соответствии с фиг.4 и 5 дополнительно к электрической машине 1 колесную ось 14. Колесная ось 14 может представлять собой ось отдельного колеса. Однако часто речь идет об оси 14 колесной пары.

В случае применения в рельсовом транспортном средстве 13 колесная ось 14 соединена с валом 5 ротора предлагаемой изобретением электрической машины 1. Возможно, чтобы соединение осуществлялось непосредственно. Альтернативно, может существовать опосредствованное соединение через промежуточную передачу 15. Так как передача 15, следовательно, имеется только опционально, на чертеже фиг.5 она показана только штриховой линией.

Рельсовое транспортное средство 13 в соответствии с фиг.6 может быть составной частью рельсового подвижного состава 16. Рельсовый подвижной состав 16 в соответствии с фиг.6 имеет последовательность сцепленных друг с другом рельсовых транспортных средств 13, 17. В соответствии с изобретением по меньшей мере первое и последнее рельсовые транспортные средства этой последовательности сцепленных друг с другом рельсовых транспортных средств 13, 17 выполнены в соответствии с изобретением.

В железнодорожных системах часто через рельсы 18 осуществляется обратное течение рабочего тока, полученного из контактного провода 19. Рабочий ток может достигать больших значений, которые иногда превышают 1000 А. Удельное сопротивление рельсов 18 лежит обычно в области приблизительно 30 мОм на метр рельса 18. При общей длине L рельсового подвижного состава 16, равной приблизительно 300 м, - реальном значении - возникающее по рельсам 18 общее сопротивление по всей длине составляет округленно 9 мОм. Причем, если бы первое и последнее рельсовые транспортные средства 13 рельсового подвижного состава 16 имели устройство 8 токоприемника, но это устройство 8 токоприемника без промежуточного включения полного сопротивления 9 было бы присоединено непосредственно к основной части 2, то характерное значение сопротивления рельсового подвижного состава 16, измеренное от первого к последнему рельсовому транспортному средству 13 рельсового подвижного состава 16 (точнее, от первой колесной оси 14 первого рельсового транспортного средства 13 к последней колесной оси 14 последнего рельсового транспортного средства), лежало бы характерным образом в области ниже 10 мРм, например около 5 мОм. Поэтому в этом случае, как обозначено на фиг.6 соответствующими стрелками, значительная часть обратного рабочего тока текла бы через рельсовый подвижной состав 16. Если, напротив, первое и последнее рельсовые транспортные средства 13 рельсового подвижного состава 16 выполнены в соответствии с изобретением, через рельсовый подвижной состав 16 течет только лишь небольшая часть обратного рабочего тока, например менее 10% обратного рабочего тока. Если имеется только емкостное соединение (то есть омическое сопротивление 11 отсутствует или соответственно становится достаточно большим), практически никакая доля обратного рабочего тока не течет через рельсовый подвижной состав 16. Однако внутренние пульсирующие напряжения двигателя быстро и надежно устраняются.

Приведенное выше описание служит исключительно для пояснения настоящего изобретения. При этом объем охраны настоящего изобретения должен быть определен исключительно прилагаемыми пунктами формулы изобретения.

Настоящее изобретение касается электрической машины, рельсового транспортного средства и рельсового подвижного состава. Технический результат - предотвращение как подшипниковых токов, так и обратных тяговых токов. Электрическая машина имеет основную часть, в которой расположен статор электрической машины. Электрическая машина имеет также вал ротора, который установлен с возможностью вращения посредством подшипников в основной части. Электрическая машина имеет элемент токоприемника, который механически без возможности вращения соединен с основной частью и который снимает возникающее в валу ротора напряжение. При этом элемент токоприемника электрически соединен с основной частью через омический резистор. Омический резистор выполнен в виде терморезистора с положительным температурным коэффициентом, причём значение (R) сопротивления омического резистора лежит между 10 мОм и 10 Ом. 3 н. и 4 з.п. ф-лы, 6 ил.

1. Электрическая машина,
- при этом электрическая машина имеет основную часть (2), в которой расположен статор (3) электрической машины,
- при этом электрическая машина имеет вал (5) ротора, который установлен с возможностью вращения посредством подшипников (6) в основной части (2),
- при этом электрическая машина имеет элемент (8) токоприемника, который механически без возможности вращения соединен с основной частью (2) и который снимает возникающее в валу (5) ротора напряжение, отличающаяся тем, что
при этом элемент (8) токоприемника электрически соединен с основной частью (2) через омический резистор (11), причем
омический резистор (11) выполнен в виде терморезистора с положительным температурным коэффициентом, при этом значение (R) сопротивления омического резистора (11) лежит между 10 мОм и 10 Ом.

2. Электрическая машина по п.1, отличающаяся тем, что значение (R) сопротивления лежит между 20 мОм и 1 Ом, в частности между 50 мОм и 100 мОм.

3. Электрическая машина по п.1 или 2, отличающаяся тем, что омический резистор (11) включен параллельно емкости (10).

4. Электрическая машина по п.3, отличающаяся тем, что значение (С) емкости (10) составляет по меньшей мере 1 нФ.

5. Электрическая машина по п.4, отличающаяся тем, что значение (С) емкости составляет по меньшей мере 5 нФ, в частности по меньшей мере 10 нФ.

6. Рельсовое транспортное средство,
- при этом рельсовое транспортное средство имеет по меньшей мере один колесный вал (14) и по меньшей мере одну электрическую машину (1),
- при этом по меньшей мере один колесный вал (14) непосредственно или через передачу (15) соединен с валом (5) ротора по меньшей мере одной электрической машины (1),
- при этом по меньшей мере одна электрическая машина (1) выполнена по одному из пп.1-5.

7. Рельсовый подвижной состав,
- при этом рельсовый подвижной состав имеет последовательность сцепленных друг с другом рельсовых транспортных средств (13, 17),
- при этом по меньшей мере первое и последнее рельсовые транспортные средства (13) последовательности сцепленных рельсовых транспортных средств (13, 17) выполнены по п.6.