CN1576088A - 铁道车辆驱动*** - Google Patents

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Abstract

提供一种铁道车辆驱动***，管理、控制各机构的电力，得到车辆运行上所需的驱动力和再生运行产生的制动力。由搭载发电机构(10)、电力变换机构(20)、驱动电动机及电力储存机构(50)的第1铁道车辆(1)，搭载电力变换装置(20)、驱动电动机及电力储存机构(50)的第2铁道车辆(2)来构成，并将各机构用电力传递机构(40)来连接，备有控制发电机构(10)的发电电力和电力储存机构(50)的蓄电量的电力管理机构(100)，电力储存机构(50)储存发电机构(10)发电的电力和再生电力，以发电机构(10)和电力储存机构(50)为电源并由电力变换机构(20)来驱动驱动电动机，从而驱动列车。

Description

铁道车辆驱动***
技术领域
本发明涉及以靠发电机构发电的电力为电力源经由电力变换器驱动电动机借此使列车加速减速的铁道车辆驱动***，涉及该铁道车辆驱动***中的发电机构的发电容量的最优化，小型·轻量化，以及铁道车辆驱动***的电力效率的提高和可靠性的提高。
背景技术
以发电机构发电的电力为电力源，加速减速列车的***(车辆驱动***)的一个构成例示于图4。在图4的车辆驱动***中，由搭载发电驱动列车用的电力的发电机构10的第1车辆1，与搭载以前述发电机构10发电的电力为电力源的电力变换器20，和靠前述电力变换器20控制靠未画出的驱动电动机来驱动的驱动轮30的第2车辆2组成。
也就是说图4的车辆驱动***是把发电机构10集中配置于第1车辆1，并且在乘客乘车的第2车辆得到驱动力的构成。通过把发电机构10集中配置于乘客不乘车的第1车辆，在乘客乘车的第2车辆上不配置发电机构10，从而乘客不会因发电机构10发生的振动或噪声而感到不快，可以对乘客提供舒适的车内环境。
标准的列车特性之一例示于图2。图2示出列车的输出特性，横轴表示列车速度，纵轴表示电力变换器的输入也就是驱动电动机的输出电力与驱动电动机的转矩。虽然随着列车速度的上升输出电力增加，但是一达到某个速度电力就恒定，如果速度进一步上升则电力减少。此外，从发车时起随着列车速度的上升而转矩一定，但是一达到某个速度后随着列车速度的上升而转矩减少。这取决于驱动列车的电动机的特性，虽然电力成为恒定的速度和电力开始减少的速度不同，但是电动机特性基本上图2那样的特性是一样的。
可是，在图4中所示的列车驱动***中，为了得到图2那种列车特性，发电机构10的发电电力容量有必要设定于最大电力量(图中A点)以上。
但是，列车不是始终以最大电力加速，平均地看的话相当于超过需要地装备着大容量的发电机构，因此在发电机构的使用效率上不能说是最佳的驱动***。
此外，在图4中所示的列车驱动***中，因为没有回收减速时的动能的机构，所以有必要装备可以得到大的制动力的机械式制动器，车辆成本上升。进而，因为致动机构仅是上述机械式制动器，故机械式制动器的使用频度提高，发生无法降低制动蹄片更换等维修成本这样的问题。
另一方面，虽然也考虑了设置电阻器并在减速时所得到的再生能量作为热而消耗的发电制动方式，但是在此一方式中，产生需要设置新的电阻器这样的另外的问题。
此外，随便采用哪种方式，都不能有效利用减速时可以回收的动能。也就是说，因为不能像电车那样作为再生能量再利用制动时回收的动能，故留下不能提高能量效率等问题。
发明内容
本发明是鉴于上述现有技术中的问题而作出的，其目的在于，在以靠发电机构发电的电力为电力源经由电力变换器驱动驱动电动机借此使列车加速减速的铁道车辆驱动***中，优化发电机构的发电容量，使发电机构小型·轻量化，并且再生制动时发生的电力，提高铁道车辆驱动***总体的电力效率，进而，可靠地回收再生能量减轻制动机构的负担并提高铁道车辆驱动***的安全性与可靠性。
在以靠配置于构成列车的车辆的至少一个车辆上的发电机构发电的电力为电力源，经由分散配置于构成列车的车辆的电力变换器驱动驱动电动机使列车加速减速的铁道车辆驱动***中，在构成列车的车辆上分散配置电力储存机构，并且根据需要把由发电机构发生的电力(输出电力)和/或经由驱动机构所得到的再生能量储存于电力储存机构，向驱动机构供给储存于电力储存机构的能量。此外，设置调整电力储存机构的电力、发电机构的输出电力(根据需要还对驱动机构的电力进行调整)的电力调整机构，把减速时的再生能量和发电机构的输出电力储存于电力储存机构，并且靠发电机构的输出电力和电力储存机构的电力使列车加速。
但是，在电力储存机构的蓄电容量相对列车运行所需电力不够大的场合，例如，在为了搭载于构成列车的车辆的装置的小型·轻量化而把电力储存机构的电力容量取为所需最小限度的场合等，发生不能得到加速所需的驱动力这样的问题。此外如果储存于电力储存机构的电力多，处于不能储存(吸收)再生能量的状态，则发生靠再生运动不能得到减速所需的制动力这样的问题。
因此，在上述构成的铁道车辆驱动***中，借助调整电力储存机构的电力与发电机构的发电电力的电力管理机构，管理、控制这些机构的电力，可以得到车辆运行上所需的驱动力和再生运动产生的制动力。
附图说明
图1是说明根据本发明的铁道车辆驱动***的第1实施例的构成的图。
图2是说明铁道车辆驱动***的电动机的输出特性之一例的图。
图3是表示根据本发明的铁道车辆驱动***中的列车的消耗电力之一例的图。
图4是说明现有的铁道车辆驱动***的构成的图。
具体实施方式
以下，用图1来说明根据本发明的铁道车辆驱动***的一个实施例。
在图1中，根据本发明的铁道车辆驱动***，包括搭载发电机构10和控制驱动电动轮30的未画出的驱动电动机的电力变换机构20的第1铁道车辆1，分别搭载控制驱动驱动轮30的未画出的驱动电动机的电力变换装置20和电力储存机构50的第2铁道车辆2、2、2，连接发电机构10与各电力变换装置20与各电力储存机构50并把发电机构10发生的电力供给到各电力变换装置20的电力传递机构40，以及管理搭载于第1铁道车辆1的发电机构10的发电电力和搭载于各车辆的电力储存机构50的储存电力的电力管理机构100。
下面，以从列车停止到加速、蛇行、减速、停止的动作为例，说明根据本发明的铁道车辆驱动***的动作。再者，搭载于第1铁道车辆1的发电机构10、搭载于第1铁道车辆1和第2铁道车辆2的电力储存机构50和电力变换装置20的电力的控制，由电力管理机构100进行。
首先，在停车时把发电机构10的发电电力储存于各电力储存机构50，把加速时所需的电力的一部分储存于电力储存机构50。
列车靠发电机构10和各电力储存机构50的电力驱动驱动电动机，使由第1铁道车辆1和第2铁道车辆2、2、2组成的列车加速。此时，为了把发电机构10的发电电力均衡化，例如，如图3(A)中所示调整各电力储存机构50的输出电力和发电机构10的输出电力的比率。在图3(A)的例子中，因为各电力储存机构50负担驱动电力的一部分，所以可以把发电机构10的发电电力的最大值取为1/2左右。
此外，在蛇行中把由发电机构10发生的电力储存于各电力储存机构50，把停车时的发电机构的工作期间最小化，借此可以防止站停车时发电机构10发生的噪声，可以减低站台、站周围的噪声。
进而，在减速时，控制电力变换装置20使驱动电动机作为发电机而工作从而产生的电力储存于电力储存机构50，得到再生制动力。通过把再生制动时储存于电力储存机构50的再生电力作为加速时的拖动电力使用，可以相当地提高能量效率。此外，由于通过再生制动使列车减速，借此机械制动器的负担减少，所以可以减少制动蹄片更换等制动***的维修作业，可以降低运行成本。
接下来，用图3(B)就用于使电力储存机构50的电力容量成为最小的电力管理方法进行说明。虽然在电力储存机构50的蓄电容量C相对列车的运行所需的电力足够富裕的场合，如上所述用比较简单的电力控制就可以了，但是在为了搭载于列车的装置的小型·轻量化而把电力储存机构50的蓄电容量C相对列车的运行所需的电力而取为所需最小值的场合，应考虑电力储存机构50的储存电力量减少从而在加速时不能供给足够的拖动电力的场合，或由再生制动产生的再生电力量Z相对蓄电容量C成为过剩，这样不能储存所有的再生能量故不能得到足够的制动力的场合。
作为避免这种事态的方式，用图3(B)就始终监视电力储存机构50的蓄电量，根据列车的运行状态调整电力储存机构50的蓄电量的方法进行说明。
例如，以在A站出发，在B站停车的场合为例进行说明。令加速时由电力储存机构50负担的电力量为电力储存机构负担电力量X，令由发电机构10负担的电力量为发电机构负担电力量Y。在此一场合，电力管理机构100直到在A站出发之前运行发电机构10并在电力储存机构50中储存加速时电力储存机构50负担的电力储存机构负担电力量X。
另一方面，在减速开始时电力储存机构50中残存的电力量(残存容量)R控制得成为下述式(1)以便可以用电力储存机构50吸收从运行时的减速开始直到停止的因再生制动所得到的再生能量(再生电力量)Z。
残存容量R＜电力储存机构的蓄电容量C-再生能量Z    式(1)
借此，由于从减速开始直到停止可以运用再生制动，所以可以有效利用再生能量，并且可以安全地运用再生制动。
由于作为现实问题，电力储存机构负担电力量X、发电机构负担电力量Y、再生能量Z因站间的线路条件、运行条件而变化，所以对电力储存机构50考虑最严酷条件(电力储存机构负担电力量X、再生能量X成为最大的条件)进行电力控制，可以不影响车辆的运行而提高电力储存机构50的利用率，所以可以提高能量效率。
此外，由于可以有效而安全地运用再生制动，所以可以使机械制动器的动作频度最小，可以使制动***的维修最小化。再者，如果就前述线路条件、运行条件预先在电力管理机构100的未画出的存储装置等中储存数据，参照它们进行***控制，则优化电力储存机构50的利用率，进一步提高能量效率也是可能的。
虽然以上的例子，以一台电力管理机构100管理编组内的发电机构10、电力储存机构50和电力变换装置20的场合为例进行了说明，但是即使取为发电机构10、电力储存机构50和电力变换装置20分别有电力管理机构100的构成，这些电力管理机构100一边相互交换关于各机构的电力状态的信息，一边分别进行各机构的电力控制也可以得到与上述同样的效果。
可是，作为在以上的例子中所述的电力储存机构，可以考虑能够充电放电的各种电池、电容器、飞轮等的运用。
虽然在图1的例子中第1车辆为一辆的构成，但是即使在编组中第1车辆存在多辆也可以得到同样的效果。此外，虽然在图1的构成中由第1车辆和第2车辆组成，但是即使除此以外在编组中连接仅有电力储存机构(没有发电机构、电动机和电力变换机)的第3车辆也可以得到同样的效果。
进而，可以把前述电力储存机构仅设在第1车辆或第2车辆的任何一方，或者设在两方。进而，前述电力储存机构可以构成为仅储存发电机构发电的电力或再生电力的一方，或者储存双方的电力。此外可以以发电机构的发电电力与电力储存机构的放电电力为电源，或者以电力储存机构的放电电力为电源靠电力变换装置来驱动驱动电动机，驱动列车。
此外，可以把电力管理机构配置于各车辆，分别独立地控制发电机构和电力变换装置以及电力储存机构的电力。
如以上所述，通过本发明，在铁道车辆驱动***中，可以实现再生能量的有效利用，电阻器的省略，机械制动器的省维修化。此外，由于通过从电力储存机构供给加速时所需的电力，可以抑制发电机构的最大输出容量的增大，所以可以进行发电机构的小型·轻量化。
进而，如果用本发明，则由于通过把电力储存机构分散配置于各车辆，与集中配置电力储存机构的场合相比，可以降低最大轴重(把最重的车辆除以轴数的重量，成为加在线路上的重量)，所以可以减小列车对线路的损害，可以谋求线路的省维修化。当然，在像欧洲那样列车的运行和线路的管理者为不同公司的上下分离的铁道***中，由于线路使用费(入门费)取决于轴重，所以如果用可以降低最大轴重的本发明，则可以得到可以降低入门费的好处。
进而，通过把电力储存机构分散配置于各车辆，大量使用可以确保大容量的蓄电容量的单一品种的电力储存机构成为可能，在维护方面是有利的，并且存在着改善***的冗长性可以确保车辆的可靠性等好处。

Claims (7)

1.一种铁道车辆驱动***，由搭载发电机构、电力变换机构及驱动电动机的第1铁道车辆，搭载将前述发电机构作为电源的电力变换机构和驱动电动机的第2铁道车辆来构成，其特征在于，
在前述第1铁道车辆和第2铁道车辆的某一方或者双方上设置电力储存机构。
2.根据权利要求1的铁道车辆驱动***，其特征在于，前述电力储存机构储存由前述发电机构发电的电力和前述列车制动时所得到的再生电力，或者，前述由发电机构发电的电力或前述再生电力的某一方的电力，并且将前述发电机构和前述电力储存机构或者前述电力储存机构作为电源并靠前述电力变换机构来驱动前述驱动电动机，从而驱动列车。
3.根据权利要求2所述的铁道车辆驱动***，其特征在于，连接搭载电力储存机构的第3铁道车辆，增加前述铁道车辆驱动***中的电力储存机构的容量。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的铁道车辆驱动***，其特征在于，备有控制发电机构的发电电力和电力储存机构的蓄电量，使发电机构的电力容量最小化的电力管理机构。
5.根据权利要求4所述的铁道车辆驱动***，其特征在于，把前述电力管理机构配置于各车辆，独立地控制前述发电机构和前述电力储存机构的电力。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的铁道车辆驱动***，其特征在于，前述电力储存机构是能够充电放电的电池。
7.根据权利要求1至5中任一项所述的铁道车辆驱动***，其特征在于，前述电力储存机构是电容器或飞轮。
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