DE2535418A1

DE2535418A1 - Antriebsvorrichtung fuer fahrzeuge, insbesondere eisenbahnfahrzeuge

Info

Publication number: DE2535418A1
Application number: DE19752535418
Authority: DE
Inventors: Richard William Stokes
Original assignee: British Railways Board
Current assignee: British Railways Board
Priority date: 1974-08-12
Filing date: 1975-08-08
Publication date: 1976-03-04
Also published as: SE7508956L; FR2281850A1; ZA754983B; JPS5142206A

Description

British Railways Board, 222, Marylebone Road, London,

N.W.l, England

"Antriebsvorrichtung für Fahrzeuge, insbesondere Eisenbahnfahrzeuge "

Die Erfindung bezieht sich auf Fahrzeugesantriebseinrichtungen, die einen Elektromotor benutzen, insbesondere aber nicht ausschließlich auf Eisenbahnfahrzeuge .

Der Antrieb zwischen Motor und Achse eines elektrisch betriebenen Eisenbahnfahrzeugfahrgestells weist normalerweise eine von zwei Formen auf:

a) Der Motor ist innerhalb des Aufbaus des Fahrzeuges angebracht und der Antrieb der Achse erfolgt durch Kardanwellen und durch eine direkte Endübersetzung.

b) Der Motor ist auf dem Fahrgestell befestigt oder hängt an der Achse und der Antrieb erfolgt mit Hilfe eines Stirnrädergetriebepaares und möglicherweise mit einer Riemenspannrolle.

Beide Systeme beinhalten irgendeine Form von Rädergetriebe im Antrieb; die zusätzliche Komplexität von a) ist gerechtfertigt durch die Vorteile eines vollständig hängenden Motors.

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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Elimination der äußeren Übersetzung.

Dies wird gemäß der Erfindung dadurch erreicht, daß der Motor innerhalb einer drehbaren röhrenförmigen Radachse des Fahrzeugs angebracht und treibend mit der Achse verbunden ist, um die Achse rotieren zu lassen.

Gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung, weist der Motor einen zentralen Stator und einen umlaufenden Rotor an der inneren Oberfläche der röhrenförmigen Radachse auf.

Nach einem zweiten Ausführungsbeispiel derErfindung ist ein kleiner Hochgeschwindigkeitsmotor von herkömmlicher Bauweise innerhalb einer röhrenförmigen Achse angebracht und treibt diese Achse über ein Planetgetriebe an, das ebenfalls innerhalb der Achse angeordnet ist.

Wegen der harten Umgebungsbedingungen unter denen der Motor bei Anwendung im Eisenbahnbetrieb arbeiten muß und der hohen Geschwindigkeit die benötigt wird, wird ein Wechselstromkäfigrotor oder möglichst ein Induktionsmotor mit un]aäniertem Rotor bevorzugt. Um ein hohes Anfangsdrehmoment und ausreichende Leistung bei Geschwindigkeit zu erhalten, dient als Versorgung des Motors vorzugsweise dreiphasiger Wechselstrom, in Form von variabler Frequenz, der von einem statischen Inventor oder einer rotierenden elektrischen Maschine abgeleitet wird, die mit veränderbarer Geschwindigkeit läuft.

Die beiden obengenannten Ausführungsbeispiele werden nun beispielsweise und im Bezug auf die beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Dabei zeigt:

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Fig. 1 einen Teilschnitt eines ersten Ausführungsbeispiels, und

Fig. 2 einen Teilschnitt eines zweiten Ausführungsbeispiels.

In Fig. 1 und 2 ist ein Radsatz eines Eisenbahnfahrzeuges gezeigt, das umfaßt eine röhrenförmige Achse 1 mit Rädern 2 die mit der Achse 1 verbunden sind, um mit ihr zu rotieren. Die Enden der röhrenförmigen Achse 1 sind drehbar in den Achslagerbuchsen j5 angebracht.

Gemäß Fig. 1 ist innerhalb der röhrenförmigen Achse 1 ein Induktionsmotor eingebaut. Dieser umfaßt einen zentralen Stator 4 der einen üanirierten statorkern hat, der in zwei Pakete von radialen Laminierungen 5 und 6 geteilt ist, die in Achsrichtung entlang der röhrenförmigen Achse 1 einen Abstand haben und von einer Form-Röhre 7 getragen werden. Die Statoriantderungen sind festgeklemmt und miteinander verbunden um Schubbelastungen auszuhalten. Ständerwicklungen 8 sind in Schlitzen im äußeren Umkreis des Statorkerns angebracht, die sich in Achsrichtung erstrecken. Der Stator K wird innerhalb der röhrenförmigen Achse von hohlen Stangen 9 und 10 getragen die in ihren inneren Enden in geeigneter Weise an dem Stator befestigt und an ihrem äußeren Ende in den Achslagerbuchsen 3 gelagert sind. Eine oder beide Stangen 9 und 10 wirken als Drehmomentreaktionsstangan um die Rotation des Stators zu behindern. Die Stange 9 dient dazu, die (nicht dargestellten) elektrischen Leitungen aufzunehmen die zu den Statorwindungen 8 führen und die andere Stange 10 dient als Luftkanal um unter Druck stehende kalte Luft in den Motor zu leiten. Die Formröhre 7 ist mit einer

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Öffnung 11 versehen, die mit dem Raum zwischen den Stator-Lamellen-Paketen 5 und 6 ausgerichtet und größer ist als dieser Zwischenraum. Von dort gelangt die unter Druck stehende Luft die durch die Stange 10 ankommt durch die Öffnung 11 und teilt sich in einen Luftstrom in den Stator zwischen der Form-Röhre 7 und den statorüaninterungen und in einen Luftstrom in die Motorluftspalte 12 durch den Raum zwischen den Lamellen-Pak-eten 5 und 6.

Der Rotor 1J> des Motors umgibt den Stator 4 und weist einen Rotorkern 14 auf, der fest mit der inneren Oberfläche der röhrenförmigen Achse 1 verbunden oder mit ihr integriert ist. So kann der Rotorkern 14 eine Lamellen-Konstruktion .sein, wobei die Lamellen einen festen Sitz in der röhrenförmigen Achse 1 haben. Falls Befestigungsringe an den Enden des Rotorkerns 14 angebracht sind, kann durch eine Spannung in Achsenrichtung der röhrenförmigen Achse 1 eine Verdichtung der Rotorlamellen stattfinden. Der Rotorkern 14 trägt eine Kurzschlußwindung 15.

Mit Rotorlagern nur an den Achsenkästen könnte die hohe Beschleunigung die an den Achsen vorherrscht in Ausgleichsbewegungen des Rotors und Stators resultieren und möglicherweise körperlichen Kontakt verursachen, wenn nicht die Steifheit genügend groß gemacht ist. Um dies abzuwenden können weitere Lager zwischen der Statorstange 10 und der röhrenförmigen Achse 1 angebracht werden ₍die möglichst nahe an dem Stator vorgesehen sind, um die Auswirkungen von Ausgleichsschwingungen minimal zu halten.

Gemäß Fig. 2 ist ein Motor 20 in Form eines herkömmlichen Induktionsmotors durch ein Gehäuse 21 innerhalb der röhrenförmigen Achse 1 getragen. An einem Ende des Motorgehäuses

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wird dieses von einer Stange 22 unterstützt, die in einem der Achsenlagerbuohsen 3 befestigt ist. Das andere Ende des Motorgehäuses 21 wird durch das feste Ende eines Planetengetriebes 23 an einer Stange 24, die im anderen Achsenlager 3 befestigt ist, getragen. Die Stangen 22 und 24 dienen dann als Drehmomentsreaktionsstangen. Die Motorwelle 25 ist in einem Lager in einem Planetenkäfig 2β des Planetengetriebes 23 gehalten. Eine Seite des Planeten-Käfigs 26 ist am Motorgehäuse 21 befestigt und die andere Seite ist mit der Stange 24 verbunden und dient so als stützende Verbindung zwischen Motor-Gehäuse 21 und Stange 24. Die Motorwelle 25 trägt ein Sonnengetriebe 27 das mit den Planetengetrieben 28 ineinandergreift, die vom Planetenkäfig 26 getragen werden und die umgekehrt mit einem Ringegetriebe 29 kämmt, das mit der inneren Oberfläche der röhrenförmigen Achse 1 verbunden ist.

Die Größe eines Induktionsmotors hängt hauptsächlich vom maximalen Drehmoment, das es liefern soll, ab und ist relativ unabhängig von der Rotationsgeschwindigkeit. Da die Ausgangsleistung eines Motores das Produkt von Drehmoment und Geschwindigkeit ist, folgt, daß ein Hochgeschwind igkeitsmo tor hergestellt werden kann, der ein großes Leistungs-Gewicht- und Leistungs-Größe-Verhältnis aufweist.

Ein Hochgeschwindigkeitsmotor von genügend hoher Ausgangsleistung kann so gebaut werden, daß er vollständig innerhalb der röhrenförmigen Achse Platz findet. Die Konstruktion kann vollkommen herkömmlich sein, aber mit besonderer Aufmerksamkeit gegenüber der Lager und der Vorsorgung mit genügender Kühlung.

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Die Reduktion die zwischen Motorwelle und Achse notwendig ist, kann zu groß sein um nur von einem Planetengestriebesatz gehandhabt zu werden, s-o daß ein Doppelgetriebe dann anzuwenden wäre. Eine Betätigung der Getriebe bei solch hohen Geschwindigkeiten macht besondere Aufmerksamkeit hinsichtlich der Schmierung nötig und ein Ölnebelschmiersystem kann benötigt werden.

Die beiden oben beschriebenen Ausführungsbeispiele weisen folgende Vorteile auf:

a) Sie stellen wenige spezielle Anforderungen an den Aufbau der Fahrgestelle und machen es möglich, daß dieselben Fahrgestellrahmen für angetriebene und nichtangetriebene Fahrgestelle verwendet werden können.

b) Sie ermöglichen den Ersatz von Gleichstrommotoren durch Wechselstrominduktionsmotoren und verringern so Instandhaltungskosten und vergrößern die Zuverlässigkeit durch den Wegfall von Kommutatoren.

Das erste Ausführungsbeispiel weist den zusätzlichen Vorteil auf, daß jegliches Getriebe zwischen Motor und Achse entfällt.

Die Erfindung ist nicht auf die dargestellten und beschriebenen AusfUhrungsbeispiele beschränkt. Sie umfaßt auch alle fachmännischen Abwandlungen sowie Teil- und Unterkombinationen der beschriebenen und/oder dargestellten Merkmale und Maßnahmen.

Ansprüche

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Claims

Ajn_s_p_ r ü_c_h_e

(V) Fahrzeugantriebsvorriohtung mit einem elektrisch getriebenen Motor, dadurch gekennzeichnet, daß der Motor innerhalb einer drehbaren röhrenförmigen Tragachse angebracht und antreibend mit der röhrenförmigen Achse verbunden ist, um diese Achse zu drehen.
2. Vorrichtung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Motor einen zentralen Stator und einen umlaufenden Rotor an der inneren Oberfläche der-röhrenförmigen Radachse aufweist.
J). Vorrichtung gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Stator mindestens von einer Stange getragen wird, die sich in Achsrichtung innerhalb der röhrenförmigen Radachse von einem Ende aus erstreckt.
4. Vorrichtung gemäß Anspruch ~5, dadurch gekennzeichnet, daß die Stange als Drehmomentsreaktionsstange dient.
5. Vorrichtung gemäß Anspruch 5 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Stange hohl ist und als Leitung dient, um den Motor mit Kühl-Luft zu versorgen.
6. Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche j5 bis 5* dadurch gekennzeichnet, daß sich eine zweite Stange innerhalb der röhrenförmigen Achse in Achsrichtung von dem anderen Ende erstreckt und elektrische Leitungen für die Statorwindungen führt.
7. Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Rotor einen Kern aufweist der fest mit der inneren Oberfläche der röhrenförmigen Achse verbunden ist.

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8. Vorrichtung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß innerhalb der Achse ein planetengetriebe zwischen Motor und Radachse vorgesehen ist.

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