ES2871540T3

ES2871540T3 - Máquina eléctrica segura

Info

Publication number: ES2871540T3
Application number: ES17734695T
Authority: ES
Inventors: Christoph Adam; Olaf Budig; Hartmut Frank; Andre Jansen; Olaf Körner
Original assignee: Siemens Mobility GmbH
Current assignee: Siemens Mobility GmbH
Priority date: 2016-08-09
Filing date: 2017-06-26
Publication date: 2021-10-29
Anticipated expiration: 2037-06-26
Also published as: EP3469692B1; EP3469692A1; CN109565217B; EP3282565A1; CN109565217A; US20190181790A1; US11245350B2; RU2713515C1; WO2018028867A1

Abstract

Tren de accionamiento de un vehículo, que comprende al menos un acoplamiento de sobrecarga (12) y una máquina eléctrica (2), donde la máquina eléctrica presenta un elemento de frenado (16) y un dispositivo de liberación (14), y donde un rotor (4) de la máquina eléctrica (2) presenta el elemento de frenado (16) y el dispositivo de liberación (14), caracterizado porque el acoplamiento de sobrecarga (12) puede activarse mediante una liberación del elemento de frenado (16), donde el elemento de frenado (16), después de una liberación, está proporcionado para salir radialmente desde el rotor (4) hacia el entrehierro de la máquina eléctrica (2).

Description

DESCRIPCIÓN

Máquina eléctrica segura

Una máquina eléctrica, como una máquina síncrona o una máquina asíncrona, se utiliza por ejemplo como motor de accionamiento en un tren de accionamiento. El tren de accionamiento se utiliza por ejemplo para el accionamiento de un vehículo, donde el tren de accionamiento presenta al menos la máquina eléctrica. Además, el tren de accionamiento puede presentar un mecanismo de transmisión y/o un acoplamiento. El vehículo es por ejemplo un vehículo de carretera o un vehículo ferroviario, como un tranvía, una locomotora, un automotor, un ferrocarril urbano o similares. Con la máquina eléctrica, por lo tanto, puede accionarse un vehículo ferroviario o un vehículo de carretera.

En un vehículo ferroviario o un vehículo de carretera se encuentran por ejemplo uno, dos o más trenes de accionamiento. De este modo, en particular en un vehículo ferroviario, puede estar instalada una pluralidad de convertidores y accionamientos, como por ejemplo combinaciones de motor-mecanismo de transmisión. En el caso de una falla de un accionamiento o de varios accionamientos pueden continuar funcionando los accionamientos restantes que no están fuera de funcionamiento, por ejemplo debido a una falla. También un inversor, en particular un convertidor, puede formar parte del accionamiento, el cual también puede fallar. En el caso de una falla de convertidores, mecanismos de transmisión o motores individuales, el vehículo puede continuar funcionando en un funcionamiento de redundancia y/o en un funcionamiento de emergencia.

Para evitar daños en el tren de accionamiento en el caso de una falla, puede estar proporcionado un acoplamiento de sobrecarga, como en la solicitud DE 10 2013 104 558 A1, el cual, en el caso de bloqueos en el tren de accionamiento (por ejemplo debido a un daño del cojinete de rodamiento) desacopla el mismo del eje montado. Por la solicitud DE 1 118 339 se conoce un motor eléctrico con un disco de freno dispuesto de forma axialmente desplazable sobre el árbol del motor, el cual está conectado al árbol del motor mediante un acoplamiento con superficies de tope oblicuas, y en el caso de un encendido del motor se extiende hacia el núcleo del rotor. El disco de freno se encuentra bajo la acción de un acumulador de fuerza, que preferentemente está dispuesto entre el disco de freno y el rotor, y que al estar apagado el motor presiona el disco de freno alejándolo del rotor y contra zapatas del freno pretensadas por resorte. Mediante la continuación del funcionamiento del árbol del motor, condicionada por la fuerza centrífuga de la masa accionada, tiene lugar una torsión del mismo con respecto al disco de freno, que en combinación con la superficie de tope oblicua del acoplamiento aumenta la presión de frenado. El acumulador de fuerza por ejemplo es un resorte helicoidal dispuesto alrededor del árbol del motor, entre el disco de freno y el rotor, o por ejemplo palancas de fuerza centrífuga que están dispuestas en el disco de freno.

Por la solicitud EP 2805 863 A1 se conoce un tren de accionamiento para un vagón de un vehículo ferroviario, así como un procedimiento para la detección de un caso de sobrecarga en un tren de accionamiento. Se propone un tren de accionamiento para un vagón de un vehículo ferroviario, que comprende un árbol del eje montado y una rueda dentada mayor para la transmisión de un par de rotación desde una unidad de accionamiento hacia el árbol del eje montado. Un acoplamiento de sobrecarga con par de conmutación predeterminado está conectado al árbol del eje montado de forma resistente a la torsión y acopla la rueda mayor con el árbol del eje montado de forma resistente a la torsión. El acoplamiento de sobrecarga, en el caso de superarse el par de conmutación, librera la rueda mayor con respecto al árbol del eje montado. Mediante la utilización de un acoplamiento de sobrecarga, preferentemente automático, que está dispuesto en la rueda mayor del conjunto de la rueda motriz, puede evitarse un bloqueo del tren de accionamiento en el caso de un bloqueo de por ejemplo la unidad de accionamiento. La unidad de accionamiento comprende un dispositivo de generación del par de rotación, por ejemplo un motor de tracción eléctrico, y un dispositivo de transmisión del par de rotación, por ejemplo un mecanismo de transmisión. El acoplamiento de sobrecarga separa el tren de accionamiento de la unidad de accionamiento y el conjunto de la rueda motriz en un área del lado de salida, es decir, entre el árbol del eje montado y el mecanismo de transmisión. Si se produce un bloqueo en el tren de accionamiento, por ejemplo en el mecanismo de transmisión, el tren de accionamiento se interrumpe mediante el acoplamiento de sobrecarga, que libera el árbol del eje montado, de modo que no puedan introducirse pares de reacción desde el conjunto de la rueda motriz hacia el mecanismo de transmisión. El conjunto de la rueda motriz, después de la liberación mediante el acoplamiento de sobrecarga, actúa como conjunto de la rueda guía, sin un acoplamiento del par de rotación con respecto al vagón del vehículo ferroviario.

Un objeto de la presente invención consiste en aumentar la seguridad de funcionamiento de una máquina eléctrica, así como de un vehículo, en particular de un vehículo ferroviario.

Una solución del objeto se logra con un tren de accionamiento según la reivindicación 1, un vehículo ferroviario según la reivindicación 5, así como con un procedimiento para frenar un rotor según la reivindicación 7. A modo de ejemplo, en las reivindicaciones 1 a 6 y 8 a 13 se indican configuraciones de la invención.

Una máquina eléctrica, como una máquina síncrona o una máquina asíncrona, presenta un elemento de frenado y un dispositivo de liberación. El dispositivo de liberación se utiliza para liberar el elemento de frenado. Mediante el elemento de frenado, por ejemplo, se genera una fuerza de fricción. Un rotor de la máquina eléctrica presenta el elemento de frenado y el dispositivo de liberación. La máquina síncrona es por ejemplo una máquina síncrona excitada por un imán permanente, cuyo rotor presenta imanes permanentes. La máquina eléctrica en particular presenta un acoplamiento de sobrecarga, así como está conectada al mismo. El acoplamiento de sobrecarga puede activarse mediante una liberación del elemento de frenado. Una activación tiene lugar debido a que mediante el elemento de frenado liberado se produce un par que conduce a la activación del acoplamiento de sobrecarga. Mediante la liberación del elemento de frenado tiene lugar una salida desde el rotor. Mediante la salida desde el rotor, el elemento de frenado llega de forma total o parcial al espacio entre el rotor y el estator. Después de la liberación, por lo tanto, el elemento de frenado está proporcionado para una salida desde el rotor, y sale desde el mismo. De este modo, el elemento de frenado, mediante fricción y/o fijación con respecto al estator y/o al rotor, puede contribuir a constituir un par de frenado. Mediante el par de frenado resulta entonces una activación del acoplamiento de sobrecarga, por tanto, cuando mediante el par de frenado se ha alcanzado el par de sobrecarga.

Por ejemplo, si un motor excitado por imanes permanentes o una pluralidad de motores excitados por imanes permanentes, se utilizan en un vehículo, como en un vehículo ferroviario, o en otro tren de accionamiento, y un motor de esa clase falla con un cortocircuito del bobinado, entonces ese motor se separa del convertidor. Después de la detección del cortocircuito del bobinado, el motor defectuoso o los motores defectuosos ya no son abastecidos de tensión externa. Sin embargo, sin otras medidas adicionales, el rotor del motor defectuoso o el motor al que ya no se le aplica tensión de alimentación, continúa rotando. En el caso de un vehículo ferroviario esto sucede mediante el contacto de la rueda con el raíl, mediante el cual el rotor correspondiente rota o puede rotar también sin una aplicación de corriente, debido al vehículo que se desplaza. Esto puede significar que también cuando el motor está separado del convertidor, que alimenta al mismo durante el funcionamiento normal, o cuando ya no es abastecido por el mismo, el bobinado del estator (se encuentra presente por ejemplo un cortocircuito del bobinado), es inducido mediante el rotor de imán permanente. Esto se consigue mediante el acoplamiento inductivo de la rueda magnética. La tensión inducida impulsa una corriente de fuga mediante el punto defectuoso en el estator. Esto puede conducir a arcos eléctricos y/o a pérdidas locales elevadas del calor de la corriente, que pueden sobrecalentar el aislamiento del bobinado del estator. Esto también puede ocasionar que se queme el aislamiento del bobinado del estator y/o que se pierda o reduzca su efecto eléctricamente aislante. Además, mediante el desarrollo térmico pueden fundirse los bobinados del conductor en el estator, donde los bobinados del conductor por ejemplo son de cobre o de una aleación de cobre. Además, hacia el exterior, también en el motor, que es una máquina eléctrica, esto puede conducir a un calentamiento, a una formación de humo más leve o más intensa, etc.

En una configuración de la máquina eléctrica, la misma presenta un acoplamiento de seguridad. Un objeto del acoplamiento de seguridad consiste en separar el motor de las partes rotativas en el caso de una falla, por tanto, por ejemplo en separarlo de un eje montado de un vehículo ferroviario, de manera que el rotor del motor ya no rote. De este modo puede lograrse que ya ninguna tensión sea inducida hacia el bobinado del estator. Debido a esto puede impedirse otro daño y/o calentamiento del motor que debe detenerse, por tanto, en particular, un cortocircuito del bobinado en el estator. De este modo, por tanto, ya no pueden presentarse los efectos antes descritos.

En una configuración de la máquina eléctrica el acoplamiento de seguridad se activa mediante el elemento de frenado, donde el elemento de frenado por ejemplo es un imán permanente o un elemento magnético dulce. Si el acoplamiento de seguridad se trata de un acoplamiento que a partir de un par de rotación determinado suelta el acoplamiento, entonces mediante el elemento de frenado debe lograrse que se alcance o supere el par de rotación necesario para que se active el acoplamiento de seguridad y el rotor de la máquina eléctrica se separe de las partes que continúan rotando, tal como sucede con el eje montado de un vehículo ferroviario. Mediante el dispositivo de liberación, en el caso de una falla, el elemento de frenado debe liberarse para que pueda tener lugar un frenado del rotor de la máquina eléctrica, constituyendo así un par de rotación, mediante el cual se activa el acoplamiento de seguridad, para que el rotor se separe del tren de accionamiento.

En una configuración de la máquina eléctrica, el elemento de frenado tiene una sección transversal angular, como una sección transversal triangular o una sección transversal cuadrada o pentagonal. Mediante los ángulos puede mejorarse el efecto de frenado.

En una configuración de la máquina eléctrica, el elemento de frenado tiene una sección transversal circular, semicircular u ovalada. De este modo puede lograrse que el efecto de frenado o bien el desarrollo de los pares durante el frenado sean más suaves.

En una configuración de la máquina eléctrica, el dispositivo de liberación presenta un bandaje. En los respectivos extremos del rotor de la máquina eléctrica, un elemento de frenado o una pluralidad de elementos de frenado se sostienen mediante el bandaje o los bandajes, por ejemplo en los huecos del polo del rotor de imán permanente con imanes incorporados. Como material del bandaje son adecuados por ejemplo un bandaje de fibras de vidrio y/o un bandaje de fibras de carbono. En una configuración, el elemento de frenado, así como los elementos de frenado, presentan el mismo comportamiento en cuanto al material que una chapa eléctrica, o un comportamiento similar. Un elemento de frenado puede estar realizado de chapa, donde para ello se utiliza por ejemplo una chapa eléctrica. Un elemento de frenado también puede presentar un material compuesto o puede componerse del mismo. Con ello, el comportamiento electromagnético es al menos aproximadamente idéntico axialmente sobre la longitud del rotor. Un material posible para el bandaje es una estera de fibra de vidrio o de fibra de carbono impregnada con un agente solidificante. La temperatura de fusión del agente solidificante se encuentra por ejemplo entre 200°C y aproximadamente 300°C, en particular aproximadamente entre 250°C y aproximadamente 280°C. También la temperatura de vitrificación del agente solidificante puede encontrarse dentro de ese rango. Para ello en particular son adecuados los materiales termoplásticos. Para influenciar la liberación del elemento de frenado en función de la potencia y/o de la velocidad de rotación y/o de la temperatura del estator, en el caso de una falla, pueden utilizarse agentes solidificantes con temperatura de fusión diferente para máquinas diferentes. También el grosor de las fibras y/o la densidad de las fibras de la estera utilizada pueden seleccionarse en función de la máquina, para que pueda alcanzarse de forma específica una activación segura. La estructura puede presentar una estructura tejida, una estructura de fibras y/o una estructura de la matriz. La estera también puede estar realizada como una banda.

El bandaje, con respecto al material utilizado para ello, en cuanto a las temperaturas de transición, en la matriz y las fibras del bandaje, puede estar adaptado a un comportamiento de temperatura determinado. Por ejemplo puede aprovecharse la marcada reducción mecánica de propiedades de la matriz al superarse la temperatura de vitrificación (área cargada con empuje). También pueden aprovecharse las variaciones de propiedades de las fibras en el bandaje por encima de un rango de temperatura relevante. El rango de temperatura relevante por ejemplo está previsto por la temperatura que se espera en el caso de un cortocircuito. Por encima de esa temperatura de activación, la resistencia de las fibras en el bandaje puede reducirse de manera que un elemento de frenado ya no pueda sostenerse durante el funcionamiento de rotación de la máquina, y que por ejemplo entre en el entrehierro. Las fibras, por ejemplo, pueden presentar un material plástico, como PET, o también vidrio, que a temperaturas más elevadas varía sus propiedades y por ejemplo reduce su resistencia a la tracción.

El bandaje también puede estar adaptado con respecto a la estructura constructiva. De este modo, en el bandaje pueden estar proporcionados campos de empuje para respaldar variaciones mecánicas de propiedades dominadas por la matriz. En una combinación con un material seleccionado para el bandaje puede adaptarse una dilatación térmica del bandaje, de manera que a partir de aproximadamente 200°C ya no se encuentra presente ninguna adherencia. Esto también puede influenciarse mediante el principio de construcción.

En otra configuración del bandaje, para el mismo puede estar proporcionada una estructura de tipo sándwich. De este modo puede tener lugar un desacoplamiento del sistema mecánico, de por ejemplo dos capas de material compuesto, mediante un núcleo del sándwich que se ablanda (estructuras termoplásticas).

Cuanto más elevada es la diferencia de temperatura entre el funcionamiento permanente y el funcionamiento de sobrecarga de la máquina eléctrica con estator y rotor, con tanta más precisión puede regularse el dispositivo de liberación, por tanto, en particular, el bandaje. En una configuración de la máquina eléctrica, la diferencia de temperatura entre el funcionamiento permanente y el funcionamiento de sobrecarga es de al menos 20 Kelvin. En una configuración de la máquina eléctrica, el bandaje está debilitado en el área del elemento de frenado. La resistencia media del bandaje en el área de los imanes permanentes que deben sostenerse es más elevada que la resistencia media del bandaje en el área de al menos un elemento de frenado. De este modo, la sensibilidad de la liberación del elemento de frenado puede regularse sin influenciar el comportamiento de retención para los imanes permanentes.

Si el rotor rota, entonces fuerzas centrífugas actúan sobre el elemento de frenado. Si se produce un cortocircuito del bobinado en el estator éste se calienta y, con ello, también el rotor. Mediante el calentamiento se debilita el bandaje del rotor que sostiene el elemento de frenado. El bandaje ejerce una fuerza centrífuga. Si el bandaje está debilitado de manera que el mismo ya no puede aplicar la fuerza centrípeta, entonces el elemento de frenado se separa del rotor al menos de forma parcial y entra por ejemplo en el entrehierro o bien roza contra un elemento radialmente externo, como el estator. El bandaje se utiliza aquí por tanto también como un dispositivo de liberación para el elemento de frenado. Mediante la fricción del elemento de frenado con un elemento radialmente externo resulta un par de frenado.

En una configuración de la máquina eléctrica, la misma presenta un acoplamiento de sobrecarga, donde el acoplamiento de sobrecarga se activa mediante una liberación del elemento de frenado. Esto resulta debido al par de frenado que se produce. Si el par de frenado generado mediante el elemento de frenado que sale radialmente hacia el exterior supera un umbral predeterminado, entonces se activa el acoplamiento de sobrecarga y el rotor de la máquina eléctrica se separa de otras partes rotativas, como por ejemplo de un eje montado. El acoplamiento de sobrecarga, de este modo, se utiliza como un acoplamiento de seguridad.

El dispositivo de liberación se utiliza como mecanismo de activación para el acoplamiento de seguridad, que está realizado como acoplamiento de sobrecarga. Ese acoplamiento de sobrecarga se conecta mediante un par de activación que supera los pares de funcionamiento y de cortocircuito y, con ello, se separa (por ejemplo el motor del eje montado). Ese par de bloqueo/de frenado elevado se produce mediante al menos un elemento de frenado que sale desde el rotor hacia el entrehierro de la máquina en el caso de un cortocircuito del bobinado. De este modo, los acoplamientos de seguridad para el desacoplamiento de motores del tren de accionamiento en el caso de una falla (también en vehículos) se activan por sí mismos internamente desde el motor. No es necesaria una activación externa, por ejemplo mediante una señal digital. En una configuración de la máquina eléctrica la activación puede inducirse térmicamente y en particular concierne a un cortocircuito del bobinado.

Un vehículo ferroviario puede estar equipado con una máquina eléctrica y un eje montado que puede ser accionado mediante la máquina eléctrica, donde la máquina eléctrica puede ser separada del eje montado en un caso de falla de la máquina eléctrica. El eje montado, de este modo, puede ser accionado por medio de un mecanismo de transmisión, mediante la máquina eléctrica. Además, para poder facilitar el funcionamiento del vehículo ferroviario está proporcionado un acoplamiento de seguridad para separar la máquina eléctrica. La activación puede tener lugar mediante un elemento de frenado de la clase descrita, o mediante otros mecanismos. Para el caso de una falla, por tanto, está proporcionado un elemento de frenado que sale desde un rotor de la máquina eléctrica, hacia el entrehierro de la máquina eléctrica.

Un vehículo de carretera puede estar equipado con una máquina eléctrica y con al menos una rueda que puede accionarse de forma eléctrica, donde la máquina eléctrica puede ser separada del eje montado en un caso de falla de la máquina eléctrica. La rueda, de este modo, puede ser accionada por medio de un mecanismo de transmisión, o directamente mediante la máquina eléctrica. Además, para poder facilitar el funcionamiento del vehículo de carretera está proporcionado un acoplamiento de seguridad para separar la máquina eléctrica. La activación puede tener lugar mediante un elemento de frenado de la clase descrita, o mediante otros mecanismos.

En el caso de rotores con imanes superficiales que son sostenidos mediante un bandaje sobre toda la superficie del rotor, ese bandaje, en el caso de un diseño correspondiente del bandaje, también puede actuar como un elemento de liberación y los imanes superficiales pueden actuar como elementos de frenado, cuando el bandaje se deslamina debido al efecto del calor en el caso de un cortocircuito del bobinado.

En un procedimiento para el frenado de un rotor de una máquina eléctrica para el accionamiento de un vehículo ferroviario, en el caso de una falla en el tren de accionamiento del vehículo ferroviario, desde la máquina eléctrica, se genera un par de sobrecarga. Mediante ese par de sobrecarga, por ejemplo, se activa un dispositivo de seguridad, como un acoplamiento de seguridad. El acoplamiento de seguridad es en particular un acoplamiento de sobrecarga. Mediante la generación del par de sobrecarga en particular se detiene el rotor de la máquina eléctrica. Para generar el par de sobrecarga, en particular un elemento de frenado del rotor sale radialmente desde el rotor. Si mediante el par de sobrecarga se activa un acoplamiento de sobrecarga, entonces la activación tiene lugar mediante la propia máquina eléctrica. El acoplamiento de sobrecarga está diseñado de manera que el mismo no se activa en el caso de pares en el funcionamiento regular ni en el caso de pares de cortocircuito. Sin embargo, si el par supera valores de esa clase y se alcanza un par de activación, entonces se activa el acoplamiento de sobrecarga y la máquina eléctrica se separa de forma mecánica. De este modo, por ejemplo un rotor de un motor de imán permanente puede separarse del eje montado de un vehículo ferroviario. El par de activación está seleccionado de manera que el acoplamiento se activa en el caso de pares de bloqueo y/o pares de frenado que en particular se producen mediante elementos que salen desde el rotor, hacia el entrehierro de la máquina, en el caso de un cortocircuito del bobinado.

En una configuración del procedimiento, para generar el par de sobrecarga, un elemento de frenado del rotor sale radialmente desde el rotor y se fija por ejemplo en el entrehierro. El elemento de frenado, por ejemplo, sale entonces cuando en el caso de un cortocircuito del bobinado, el punto defectuoso en el bobinado del estator de la máquina eléctrica calienta en tal medida el bandaje que se sitúa cerca, que éste se deslamina y se separa y/o disuelve. Los elementos en los huecos del polo salen hacia el entrehierro mediante la carga de fuerza centrífuga (ya no son sostenidos mediante el bandaje), y conducen a un bloqueo del rotor, ya que los elementos se fijan entre el rotor y el estator.

En una configuración del procedimiento, la falla en el tren de accionamiento, por tanto, es un cortocircuito del bobinado en el estator. De este modo, en otra configuración para generar el par de sobrecarga, en el caso de una falla, el bandaje se deslamina, donde el bandaje sostiene el elemento de frenado durante un funcionamiento sin fallas. El par de frenado elevado que se produce activa entonces el acoplamiento de sobrecarga. El rotor a continuación ya no rota y el motor dañado con el cortocircuito del bobinado pasa a un estado seguro (estado de detención). De este modo, para la detección de un cortocircuito del bobinado en el estator y para la activación del acoplamiento de sobrecarga puede utilizarse una cadena de accionamiento térmica y/o mecánica.

A continuación, la invención se explica en detalle mediante formas de ejecución, haciendo referencia al dibujo. Muestran:

Figura 1 un accionamiento de tracción semi-suspendido para un tren de alta velocidad;

Figura 2 un vehículo ferroviario;

Figura 3 un eje montado con acoplamiento de sobrecarga y máquina eléctrica;

Figura 4 una sección longitudinal de la máquina eléctrica;

Figura 5 la sección transversal del rotor de la máquina eléctrica;

Figura 6 un elemento de frenado; y

Figura 7 una combinación de un acoplamiento ZBG (mecanismo de transmisión de vía - acoplamiento dentado) con un acoplamiento AKR (combinación de un acoplamiento todo de acero y un acoplamiento dentado con muelles Belleville que se activan).

La representación según la figura 1 muestra un eje montado 1 con un accionamiento de tracción 2 para un tren de alta velocidad. El accionamiento de tracción 2 es una máquina eléctrica. La máquina eléctrica 2 presenta un estator 3 y un rotor 4. El rotor 4 está conectado de forma rígida al árbol del motor 5. El árbol del rotor 5, mediante un acoplamiento 6, está conectado mecánicamente a un mecanismo de transmisión 7. El mecanismo de transmisión 7 presenta una primera rueda dentada 8 y una segunda rueda dentada 9. La segunda rueda dentada 9 está conectada de forma rígida con el árbol del eje montado 20. Si ahora la máquina eléctrica 2, en el bobinado del estator, presenta un cortocircuito, la máquina eléctrica debe detenerse con facilidad y separarse del árbol del eje montado. En la figura 2 se representan otros ejes montados 1 de un vehículo ferroviario 10.

La representación según la figura 3 muestra un eje montado 1 que presenta también un mecanismo de transmisión 7. La máquina eléctrica 2 está acoplada con el mecanismo de transmisión 7, mediante un acoplamiento de dentado curvo 11 y un acoplamiento de sobrecarga 12. El acoplamiento de dentado curvo 11 se utiliza para la compensación de movimientos, en particular en el funcionamiento de marcha. El acoplamiento de sobrecarga se utiliza para la separación del mecanismo de transmisión 7 y de la máquina eléctrica 2 en el caso de una sobrecarga. La sobrecarga, en el caso de una falla, puede ser causada por la propia máquina eléctrica 2.

La representación según la figura 4 muestra la máquina eléctrica 2 en una sección longitudinal con su estator 3, el rotor 4 y el entrehierro 15 entre medio. En esa sección longitudinal se muestran también las cabezas del bobinado 13 del estator 3. El rotor 4 presenta un bandaje 14. El mismo se encuentra en los lados frontales del rotor 4, que es un rotor con imanes permanentes 17, que están representados en la figura 5.

La representación según la figura 5, en una sección transversal, muestra el rotor 4 de la máquina eléctrica con imanes permanentes 17 distribuidos y elementos de frenado 16. Los elementos de frenado 16 están posicionados en dirección circunferencial, entre imanes permanentes 17.

La representación según la figura 6 muestra un elemento de frenado 16 en una representación en perspectiva. Los elementos de frenado 16, como se representa en la figura 5, están sostenidos mediante un bandaje 14. Por ejemplo, si ahora en los respectivos extremos del rotor 4 elementos de frenado 16 están sostenidos mediante bandajes 14 (por ejemplo bandajes de vidrio o de fibras de carbono) en huecos del polo del rotor de imán permanente 4, con imanes 17 incorporados, entonces esos bandajes 14 pueden utilizarse como dispositivo de liberación para los elementos de frenado 16. Los elementos de frenado 16, en cuanto al comportamiento del material, son al menos similares a una chapa eléctrica y por ejemplo son de chapa o de un material compuesto magnéticamente suave. Con ello, el comportamiento electromagnético es aproximadamente idéntico axialmente sobre la longitud del rotor. En el caso de un cortocircuito del bobinado en el estator 3, el punto defectuoso en el bobinado del estator calienta el bandaje 14 que se sitúa cerca, en un grado tal, que el mismo se deslamina y se separa o disuelve. Los elementos de frenado 16 en los huecos del polo, mediante la carga de fuerza centrífuga, entran en el entrehierro 15 y conducen a un bloqueo del rotor 4, ya que los elementos de frenado 16 se fijan entre el rotor 4 y el estator 3. El par de frenado elevado que se produce activa entonces el acoplamiento de sobrecarga 12 (véase la figura 3). El rotor 4 ya no rota y el motor 2 dañado con el cortocircuito del bobinado pasa al estado seguro, a saber, al estado de detención. De este modo, también puede ser ventajoso que en el caso de otros bloqueos del motor, por ejemplo debido a un daño del cojinete (el cojinete es por ejemplo el cojinete para el rotor 4 de la máquina eléctrica 2, que sin embargo no está representado), también actúe el acoplamiento de sobrecarga 12 y pueda establecerse un estado seguro. La solución también puede utilizarse para rotores con imanes superficiales, que no están representados, los cuales son sostenidos mediante un bandaje. En la variante con imanes incorporados, en una máquina síncrona excitada de forma permanente, también es posible que para un enfriamiento mejorado de la máquina en el entrehierro se dispongan algunos canales de aire radiales en el rotor y el estator, para introducir más aire de refrigeración en el entrehierro, lo cual sin embargo no está representado en la figura. Los bandajes en los extremos del rotor, sin embargo, limitan parcialmente el flujo de aire de refrigeración del entrehierro. Mediante la separación sencilla y segura de una máquina 2 excitada por imanes permanentes, como motor de tracción, del eje montado, en el caso de un cortocircuito del bobinado, mediante un acoplamiento de sobrecarga 11, mediante la generación de un par de bloqueo, sin que se necesiten sensores y actuadores adicionales para la activación del acoplamiento, se aumenta la seguridad de la totalidad del sistema y también se aumenta la capacidad de utilización del vehículo ferroviario. Esto se logra en particular mediante el acoplamiento de sobrecarga 12 en el tren de accionamiento, los elementos de frenado 16 que también pueden bloquear, y una deslaminación del bandaje 14, que sostiene los elementos de frenado 16, en el caso del efecto del calor debido a un cortocircuito del bobinado. Los elementos de frenado 16 en particular están proporcionados en la parte activa de la máquina eléctrica, cerca de las cabezas de bobinado 13.

La representación según la figura 7 muestra una combinación de un acoplamiento ZBG (mecanismo de transmisión de vía - acoplamiento dentado) con un acoplamiento AKR (combinación de un acoplamiento todo de acero y un acoplamiento dentado con muelles Belleville que se activan). El acoplamiento del árbol del motor 5 mediante el acoplamiento 11 se muestra en combinación con un muelle Belleville 18 y un acoplamiento de disco anular 19 (por ejemplo láminas ARPEX, AKR). La colocación (regulación del par de rotación) del muelle Belleville 18 puede tener lugar durante el montaje.

Claims

REIVINDICACIONES

1. Tren de accionamiento de un vehículo, que comprende al menos un acoplamiento de sobrecarga (12) y una máquina eléctrica (2), donde la máquina eléctrica presenta un elemento de frenado (16) y un dispositivo de liberación (14), y donde un rotor (4) de la máquina eléctrica (2) presenta el elemento de frenado (16) y el dispositivo de liberación (14), caracterizado porque el acoplamiento de sobrecarga (12) puede activarse mediante una liberación del elemento de frenado (16), donde el elemento de frenado (16), después de una liberación, está proporcionado para salir radialmente desde el rotor (4) hacia el entrehierro de la máquina eléctrica (2).

2. Tren de accionamiento según la reivindicación 1, donde el dispositivo de liberación (14) presenta un bandaje (14).

3. Tren de accionamiento según la reivindicación 1 ó 2, donde el elemento de frenado es un imán permanente o un elemento magnético dulce.

4. Tren de accionamiento según una de las reivindicaciones 1 a 3, donde una activación puede inducirse de forma térmica y en particular concierne a un cortocircuito del bobinado.

5. Vehículo ferroviario (10) con un tren de accionamiento según una de las reivindicaciones 1 a 4, y con un eje montado (1) que puede accionarse mediante la máquina eléctrica (2), donde la máquina eléctrica (2) puede separarse del eje montado (1), en un caso de falla de la máquina eléctrica (2), mediante el acoplamiento de sobrecarga (12) del tren de accionamiento, caracterizado porque para el caso de falla, activado desde un dispositivo de liberación (14) de la máquina eléctrica (2), está proporcionado un elemento de frenado (16), que desde un rotor (4) de la máquina eléctrica (2), entra en el entrehierro de la máquina eléctrica (2).

6. Vehículo ferroviario (10) según la reivindicación 5, donde el eje montado (1), por medio de un mecanismo de transmisión (7), puede accionarse mediante la máquina eléctrica (2).

7. Procedimiento para el frenado de un rotor (4) de una máquina eléctrica (2) de un tren de accionamiento de un vehículo, donde en el caso de una falla en el tren de accionamiento del vehículo (10), desde la máquina eléctrica (2) se genera un par de sobrecarga, caracterizado porque para generar el par de sobrecarga, activado por un dispositivo de liberación (14) de la máquina eléctrica (2), un elemento de frenado (16) del rotor (4), radialmente desde el rotor (4), entra en el entrehierro de la máquina eléctrica (2) y el par de sobrecarga activa un acoplamiento de sobrecarga (12) del tren de accionamiento.

8. Procedimiento según la reivindicación 7, donde el rotor (4) se detiene.

9. Procedimiento según la reivindicación 7 u 8, donde la falla en el tren de accionamiento es un cortocircuito del bobinado en el estator (3).

10. Procedimiento según la reivindicación 7 u 8, donde para generar el par de sobrecarga, en el caso de una falla, se deslamina un bandaje (16), donde el bandaje sostiene el elemento de frenado (16) en el caso de un funcionamiento sin fallas.

11. Procedimiento según una de las reivindicaciones 7 a 10, donde para detectar un cortocircuito del bobinado en el estator (3) y para activar el acoplamiento de sobrecarga se utiliza una cadena de accionamiento mecánica.

12. Procedimiento según una de las reivindicaciones 7 a 11, donde se utiliza una máquina eléctrica según una de las reivindicaciones 1 a 4.

13. Procedimiento según una de las reivindicaciones 7 a 12, donde el procedimiento se utiliza en un vehículo ferroviario (10), en particular según una de las reivindicaciones 5 a 6, o en un vehículo de carretera.