ТЕЛЕЖКА РЕЛЬСОВОГО ТРАНСПОРТНОГО СРЕДСТВА Российский патент 2021 года по МПК B61C9/48 B61F3/14 H02K9/197 

Изобретение относится к тележке рельсового транспортного средства с, по меньшей мере, колесной парой с двумя расположенными друг против друга жестко соединенными друг с другом колесами, причем подшипниковый узел колесной пары выполнен внутри обоих колес и тяговый двигатель расположен между колесами колесной пары.

Тележки рельсовых транспортных средств имеют тяговые двигатели, которые выполнены в качестве имеющих естественное или принудительное охлаждение асинхронных двигателей или возбуждаемых от постоянных магнитов синхронных двигателей, которые через механизм передачи приводят в движение колесные пары тележки. Механизмы передачи охлаждаются с помощью воздушного потока, обтекающего рельсовое транспортное средство, который проходит в области, расположенной ниже уровня пола. Тяговые двигатели с естественным охлаждением в области тележки засасывают охлаждающий воздух и возвращают его в окружающую среду. Тяговые двигатели с принудительным охлаждением свой нагретый охлаждающий воздух также в области тележки возвращают его в окружающую среду. В случае более высокой скорости в области воздушный поток, обтекающий транспортное средство, отводит раскаленный охлаждающий воздух этих тяговых двигателей в области тележки.

Однако, аэродинамика в рельсовых транспортных средствах в случае более высокой скорости, в частности, также аэродинамика области тележки имеет существенное значение для расхода энергии рельсовых транспортных средств.

Поэтому, как известно из документов WO 2014/206643 А1 и WO 2010/086201A1, для тележек, чтобы улучшить аэродинамику, предлагаются предусматривать обтекатели.

Однако это из соображений, относящихся к аэродинамике, и является предпочтительным, но потерянное тепло тяговых двигателей может отводиться плохо или даже совсем не отводиться.

Кроме того, в рельсовых транспортных средствах оси колесных пар расположены снаружи колес.

Исходя из этого в основу изобретения положена задача предоставления тележки с, по меньшей мере, тяговым двигателем для рельсовых транспортных средств, в частности, для высокоскоростных поездов, которая даже при обтекателе тележки в состоянии разрешить отвод тепла, по меньшей мере, одного тягового двигателя.

Решение поставленной задачи удается с помощью тележки рельсового транспортного средства с:

- по меньшей мере, колесной парой с двумя расположенными друг против друга жестко соединенными друг с другом колесами,

- подшипниковым узлом колесной пары внутри обоих колес,

- тяговым двигателем, который непосредственно приводит в движение колесную пару, причем тяговый двигатель представляет собой возбуждаемый от постоянных магнитов синхронный двигатель с устройством для жидкостного охлаждения,

- с аэродинамическим обтекателем тележки.

Согласно изобретению теперь в тележке с установленной внутри на опорах осью колесной пары предусматривается полностью закрытый обтекатель, который, в частности, если смотреть спереди, может быть выполнен сравнительно узким, так как находящийся снаружи подшипниковый узел оси колесной пары переведен внутрь, то есть между колесами колесной пары, и, таким образом позволяет больше пространства и установку элементов для аэродинамического обтекателя тележки.

Кроме того, благодаря этому уменьшается общее сопротивление воздушной среды рельсового транспортного средства, и способствует значительному уменьшению расхода энергии транспортного средства. В качестве тягового двигателя годятся, в частности, приводные двигатели, которые работают сравнительно эффективно и требуют только сравнительно небольшого охлаждения.

Отсюда согласно изобретению для решения поставленной выше задачи в установленной внутри на опорах имеющей полностью закрытый обтекатель тележке годится охлаждаемый жидкостью возбуждаемый от постоянных магнитов синхронный двигатель без механизма передачи.

Возбуждаемые от постоянных магнитов синхронные двигатели годятся сравнительно хорошо для жидкостного охлаждения, так как отводимые потери в роторе существенно меньше, чем, например, в асинхронных двигателях.

Кроме того, отвод избыточного тепла ротора с помощью устройства для жидкостного охлаждения, в частности, благодаря вращающимся уплотнениям, можно было бы реализовать технически только сравнительно с большими затратами.

Чтобы также исключить механизм передачи в качестве источника тепла, согласно изобретению в качестве непосредственного привода применяется возбуждаемый от постоянных магнитов синхронный двигатель, так что отпадает устройство для охлаждения механизма передачи. Подобного рода непосредственные приводы могут быть рациональным образом реализованы с возбуждаемыми от постоянных магнитов синхронными двигателями, но возможны и асинхронные двигатели.

Непосредственный привод при этом через механизм сцепления соединен с осью колесной пары. Непосредственный привод расположен либо вокруг оси колесной пары, то есть захватывает ось колесной пары с помощью полого вала ротора непосредственного привода. При этом непосредственный привод приводит в движение колесную пару с помощью механизма сцепления полого карданного вала.

В качестве альтернативы непосредственный привод может быть расположен также, например, главным образом параллельно оси около оси колесной пары.

В результате отсутствия механизма передачи таким образом внутри опирающейся внутри на опоры тележки образуется пространство для монтажа и предотвращается дополнительная тепловая нагрузка от механизма передачи.

Устройство для жидкостного охлаждения тягового двигателя расположено в и/или на статоре этого тягового двигателя. При этом рубашка для охлаждающей жидкости имеет охлаждающие змеевики проходящие в направлении окружности наподобие меандра или параллельно оси. Кроме того, также дополнительно или в качестве альтернативы охлаждающие трубы могут быть распложены в пакете сердечника статора.

С помощью устройства для жидкостного охлаждения в или на кожухе статора, в частности, рубашки для водяного охлаждения, которая находится на задней стороне статора и между каналами для подвода воздуха контура внутреннего охлаждения тягового двигателя, теперь также из области тележки не обтекаемой внешней воздушной средой из-за сравнительно плотного обтекателя тележки могут достаточно охлаждаться тележка или тяговые двигатели.

Отбираемое с помощью воды или другой охлаждающей жидкостью от ротора и/или статора количество тепла отводится через систему охлаждения внутри рельсового транспортного средства и/или систему охлаждения выпрямителя тока в атмосферу.

Таким образом, в наличии имеется компактный закрытый тяговый двигатель, причем, в частности, благодаря большому количеству полюсов непосредственного привода обеспечивается дальнейшее уменьшение диаметра статора и более короткие по оси лобовые части обмотки.

Изобретение, а также предпочтительные варианты исполнения изобретения, более подробно поясняются с помощью чертежей, на которых представлено следующее:

фиг. 1: представляющий идею тяговый двигатель,

фиг. 2: другой тяговый двигатель,

фиг. 3: расположение тягового двигателя на оси колесной пары,

фиг. 4, 5: представляющие идею изображения обтекателей тележки и расположение тяговых двигателей.

Фиг. 1 иллюстрирует в представляющим идею изображении продольный разрез возбуждаемого от постоянных магнитов синхронного двигателя в качестве тягового двигателя 1 более подробно не представленного рельсового транспортного средства, в частности, высокоскоростного поезда с шихтованным в осевом направлении пакетом сердечника, который образует основание статора 2. На задней стороне статора 2, то есть обращенной от воздушного зазора тягового двигателя 1 стороне статора 2 расположено устройство охлаждения 7 с водяной рубашкой, чтобы иметь возможность отводить потерянное тепло, которое выделяется из статора при работе тягового двигателя 1. В этом случае охлаждающие трубы устройства 7 охлаждения с водяной рубашкой проходят главным образом в направлении вдоль окружности.

В канавках статора 2 расположена система обмотки, которая с помощью электромагнитного взаимодействия с ротором 3, который оснащен постоянными магнитами 10, обеспечивает вращение ротора 3 вокруг оси 4. Система обмотки на торцевых сторонах статора 2 образует лобовые части 5 обмотки. Постоянные магниты 10 ротора 3 в виде скрытых постоянных магнитов 10 расположены в проходящих главным образом по оси выемках ротора 3 или в виде поверхностных магнитов расположены на роторе 3 и там зафиксированы с помощью бандажей. Ротор 3 образует полый вал 9, через который проходит ось 16 колесной пары. Кроме этого в роторе 3 также предусмотрены каналы17 охлаждения внутреннего контура 8 охлаждения.

Внутренний контур 8 охлаждения при этом поддерживается с помощью вентилятора 30, в частности, центробежного вентилятора. Ротор 3 является источником сравнительно небольших потерь, так что возможен также тяговый двигатель, который не имеет внутреннего контура 8 охлаждения, а отводит потери из тягового двигателя 1 только с помощью устройства 7 охлаждения с водяной рубашкой на спинке статора 2.

Внутренний контур 8 охлаждения благодаря направлению воздушного потока служит также для отвода тепла из обеих расположенных на торцевых сторонах лобовых частей 5 обмотки статора 2 и для выравнивания температуры внутри тягового двигателя 1.

Устройство 7 охлаждения с водяной рубашкой теперь обеспечивает охлаждение статора 2, и через внутренний контур 8 охлаждения обеспечивает охлаждение ротора 3 и расположенных с торцевых сторон лобовых частей5 обмотки. Оно служит равномерному распределению температуры внутри тягового двигателя 1 и подшипниках 27 двигателя.

Корпус электродвигателя 1 через подшипник 27 двигателя оперт на ротор 3. Кроме этого корпус через стопор 26 против проворачивания и опору 25 двигателя расположен в не представленной более подробно тележке.

Фиг. 2 показывает альтернативное осуществление электродвигателя 1, который точно также как и на фиг. 1 выполнен в качестве возбуждаемого от постоянных магнитов синхронного двигателя. Рубашка для охлаждающей жидкости, которая точно также может быть выполнена в качестве рубашки 7 для водяного охлаждения, здесь образована главным образом из двух коаксиально надвинутых друг на друга цилиндров, причем радиально внутренний цилиндр имеет идущие по кругу выемки, которые направляют воду. Статор 2 с помощью герметизирующего экрана 28 в воздушном зазоре отделен от ротора 3, так что статор 2 дополнительно с помощью изолирующего охлаждающего средства 34, например, может охлаждаться, например, маслом через впуск 32 и выпуск 33. При этом через пакет сердечника статора 2 проходят осевые каналы охлаждения.

В роторе 3 образован внутренний контур 8 охлаждения, циркуляция воздуха в котором поддерживается с помощью вентилятора 30, в частности, радиального вентилятора. Дополнительное охлаждение внутреннего контура 8 охлаждения осуществляется в контакте с окружающими частями, в частности с герметизирующим экраном 28 в воздушном зазоре.

Ротор 3 выполнен в виде полого вала 9 и без возможности вращения соединен с механизмом 12 сцепления, который опять же неподвижно соединен с осью 3 колесной пары, так что момент вращения тягового двигателя 1 может передаваться оси колесной пары. Для этого годится, в частности, механизм сцепления с полыми карданными валами.

Внутри ротора 3 могут быть предусмотрены в принципе элементы 14 жесткости, которые в себе стабилизируют ротор 3. Подшипники 15 колесной пары внутри колес 11 позволяют вращение оси 16 колесной пары.

Фиг. 3 показывает колесную пару 24 с электрическим тяговым двигателем 1, который может быть выполнен согласно фиг. 1 или фиг. 2. Через механизм сцепления 12, в частности механизм сцепления с полыми карданными валами движущий момент привода тягового двигателя 1 передается на ось 16 колесной пары. Точно также подшипниковый узел колесной пары расположен между колесами 11.

Таким образом, электрический тяговый двигатель 1 полностью герметизирован и эффективно защищен от влаги и загрязнения.

Фиг. 4 показывает представляющее идею изображение тележки 21, колесная пара 24 которой имеет соответствующие колеса 11, которые могут приводиться во вращение вокруг осей 4. Кроме этого показывается обтекатель 20 как на днище, на боковых областях, так и на передней и задней области тележки 21. Таким образом, образуется аэродинамическое оформление тележки 21. Но это может вести к описанным выше проблемам с отводимым теплом тягового двигателя 1. Согласно изобретению здесь система охлаждения разработана таким образом, что отводимое тепло, в частности, тягового двигателя 1 отводится из области тележки.

Фиг. 5 показывает в аксонометрии представляющее идею изображение колесной пары 24 тележки 21, рама 23 тележки которой через пружину 19 оперта на балку 18, что называется также подвеской колесной пары, и между колесами 11 расположен тяговый двигатель 1. Вторичные пружины 22 служат опорой не показанному более подробно кузову вагона или кузову рельсового транспортного средства на тележке 21.

Чашеобразные элементы обтекателя образуют обтекатель 20 как на сторонах так и в направлении движения точно также как и на обращенной от направления движения стороне тележки 21. При этом стремятся сделать величину зазора между отдельными элементами обтекателя по возможности меньше, чтобы поддержать пригодную к функционированию аэродинамику в повернутом соответственно в не повернутом положении тележки 21. Нижняя сторона тележки 21 также снабжена обтекателем, тем не менее он имеет не изображенные более подробно вырезы для колес 11, чтобы обеспечить контакт колес с рельсами.

Посредством предложенному в соответствии с изобретением исполнению тягового двигателя 1 в виде возбуждаемого от постоянных магнитов синхронного двигателя с описанными типами охлаждения, в частности, охлаждающего устройства с водяной рубашкой и/или охлаждения с помощью герметизирующего экрана в воздушном зазоре статора 2 и/или внутреннего контура 8 охлаждения, причем потерянное тепло отводится снаружи области тележки 21, теперь создана полностью пригодная к осуществлению функций и разработанная в соответствии с требованиями аэродинамики тележка 21, которая пригодна прежде всего также для применения в условиях высоких скоростей.

Описанная предложенная в соответствии с изобретением тележка 21 с одним или несколькими возбуждаемыми от постоянных магнитов синхронными двигателями, которые в качестве непосредственного привода расположены вокруг оси 15 колесной пары, имеют устройство жидкостного охлаждения статора 2, герметизированный внутренний контур 8 охлаждения и имеют подшипниковый узел колесной пары по оси внутри колес 11, и, таким образом, предоставляет возможность создания особо отвечающего требованиям аэродинамики обтекателя этой тележки 21.

В принципе в качестве тягового двигателя 1 могут применяться и другие типы двигателей, как, например, асинхронные двигатели с короткозамкнутыми роторами или возбуждаемые от постоянных магнитов двигатели с поперечным потоком в качестве охватывающих ось колесной пары непосредственных приводов. Эти приведенные в качестве примера типы двигателей могут быть расположены точно также параллельно оси и/или через передаточный механизм могут быть соединены с осью колесной пары. Точно также ось 15 колесной пары может быть расположена также по оси снаружи оси 16 колесной пары. В соответствии с этим концепции охлаждения должны предусматривать при известных условиях также устройство жидкостного охлаждения ротора 3. При этом всегда является решающим, что отводимое тепло привода является желательно небольшим и отводится из полностью закрытой обтекателем области тележки, которая должна быть разработана в соответствии с требованиями аэродинамики.

Изобретение относится к тележке рельсового транспортного средства. Тележка рельсового транспортного средства содержит по меньшей мере колесную пару, подшипниковый узел колесной пары внутри обоих колес, тяговый двигатель и аэродинамический обтекатель тележки. Тяговый двигатель выполнен с возможностью непосредственного приведения в движение колесной пары. Причем тяговый двигатель представляет собой возбуждаемый постоянными магнитами синхронный двигатель с устройством для жидкостного охлаждения. Причем устройство с рубашкой для жидкостного охлаждения расположено между задней стороной статора тягового двигателя и лежащими снаружи воздухоподводящими каналами внутреннего контура охлаждения. Также заявлено рельсовое транспортное средство, в частности высокоскоростной поезд с тележкой. Технический результат заключается в обеспечении эффективного отвода тепла от двигателя даже с аэродинамическим обтекателем тележки. 2 н. и 3 з.п. ф-лы, 5 ил.

1. Тележка (21) рельсового транспортного средства, содержащая:

- по меньшей мере, колесную пару (24) с двумя расположенными напротив друг друга жестко соединенными друг с другом колесами (11),

- подшипниковый узел (13) колесной пары (24) внутри обоих колес (11),

- тяговый двигатель (1), который выполнен с возможностью непосредственного приведения в движение колесной пары (24), причем тяговый двигатель (1) представляет собой возбуждаемый постоянными магнитами синхронный двигатель с устройством (7) для жидкостного охлаждения,

- аэродинамический обтекатель (26) тележки (21), причем устройство (7) с рубашкой для жидкостного охлаждения расположено между задней стороной статора (2) тягового двигателя (1) и, в частности, лежащими снаружи воздухоподводящими каналами внутреннего контура (8) охлаждения.

2. Тележка (21) по п. 1, отличающаяся тем, что устройство (7) для жидкостного охлаждения выполнено в виде рубашки для охлаждающей жидкости.

3. Тележка (21) по п. 1 или 2, отличающаяся тем, что тяговый двигатель (1) имеет замкнутый внутренний контур (8) охлаждения, который может повторно охлаждаться на охлаждающей жидкостью рубашке (7) и/или на герметизирующем экране (28) в воздушном зазоре статора (2) тягового двигателя (1).

4. Тележка (21) по п. 3, отличающаяся тем, что статор (2) тягового двигателя (1) отделен от ротора (3) тягового двигателя (1) с помощью герметизирующего экрана (28) в воздушном зазоре, при этом статор (2) выполнен с возможностью охлаждения посредством изолирующей жидкости.

5. Рельсовое транспортное средство, в частности высокоскоростной поезд с, по меньшей мере, тележкой (21) по любому из пп. 1-4, в котором в и/или на рельсовом транспортном средстве расположен, по меньшей мере, блок повторного охлаждения устройства (7) для жидкостного охлаждения.