用于保护牵引驱动器的驱动器保护设备的制作方法

本发明涉及一种用于保护车辆中的，尤其轨道车辆中的牵引驱动器的驱动器保护设备，所述驱动器保护设备具有：至少一个开关单元，所述开关单元具有接通位置和保护牵引驱动器的切断位置；和控制单元，所述控制单元设置用于：在至少第一运行状态中在牵引驱动器的运行变量位于临界范围中时触发到切断位置中的转变。

背景技术：

已经提出：在车辆驱动器中——尤其在轨道车辆中——使用电动机接触器，当出现对于车辆驱动器潜在有害的临界的运行状态时，所述电动机接触器为了保护牵引电动机和/或与牵引电动机相关联的功率供给单元而中断该功率供给单元和牵引电动机之间的电连接。

技术实现要素：

本发明所基于的目的是：提供一种这种类型的驱动器保护设备，所述驱动器保护设备关于车辆的运行状态的尽可能宽的范围可以高的安全程度使用并且尽管如此在结构上仍可简单且成本低地构成。

对此提出：控制单元设置用于：在至少一个第二运行状态下在运行变量位于临界范围中时引起接通位置的维持。由此能够提供如下驱动器保护设备，所述驱动器保护设备具有结构上简单的且成本低的开关单元并且尽管如此仍匹配于车辆的多个运行状态。在此，在第二运行状态下避免对于开关单元不利的并且尤其潜在有害的切断过程。

适当地，牵引驱动器具有至少一个牵引电动机和功率供给单元，所述功率供给单元设置用于给牵引电动机供给电功率。功率供给单元尤其能够对一组牵引电动机进行供给。所述功率供给单元通常具有至少一个变流器单元，所述变流器单元根据待针对至少一个牵引电动机产生的功率来产生具有特定特性的电信号。

至少一个牵引电动机尤其构成为三相交流电机，其中变流器单元有益地设置用于产生三相电流。在本发明的一个优选的实施方案中，在牵引驱动器中应用所提出的驱动器保护设备，其中至少一个牵引电动机构成为永久励磁的同步电机。借助于驱动器保护设备，能够实现对至少一个牵引电动机和/或功率供给单元的保护。此外，驱动器保护设备能够是功率供给单元的组成部分。如果该功率供给单元表现出变流器箱的形式，那么该驱动器保护设备能够设置在变流器箱中。

变流器单元在典型的实施方案中尤其从直流电压中间回路中获取电能，并且在此具有逆变器的功能。直流电压中间回路能够被馈送来自外部的电网电压供给装置的、车辆侧的能量存储器单元的和/或车辆侧的发电机单元的电能。功率供给单元除了变流器单元和电压中间回路外能够具有对电压中间回路馈电的另一变流器单元。该另一变流器单元通常具有整流器的功能。

其中借助于所提出的驱动器保护设备保护至少一个牵引驱动器的车辆能够作为有轨车辆或作为具有电的牵引电动机的另一车辆。所述车辆例如能够构成为具有电的牵引电动机的公共汽车。然而，本发明尤其适合于在轨道车辆中使用，在所述轨道车辆中在功率供给单元和分别相关联的牵引电动机之间传输尤其高的功率。

应将开关单元的“切断位置”理解为如下位置，所述位置引起使牵引驱动器处于切断状态中。如果牵引驱动器如在上文中所描述的那样具有至少一个牵引电动机和功率供给单元，那么借助到切断位置中的转变至少使牵引电动机处于其切断状态中。切断位置用于保护至少一个牵引电动机并且有利地保护功率供给单元，因为切断位置能够防止至少一个牵引电动机和功率供给单元的相互影响。

运行变量表征牵引驱动器的运行状态。如果该牵引驱动器如在上文中所描述的那样具有至少一个牵引电动机和功率供给单元，那么所述运行变量能够是用于运行至少一个牵引电动机和/或功率供给单元的运行变量。作为运行变量，可以考虑温度、电压、电流幅度、功率、频率等，其中对于运行变量限定至少一个临界范围，在所述临界范围中所述运行变量对于牵引驱动器是有害的。为了通过控制单元考虑运行变量，该控制单元有益地与至少一个检测单元有效连接，所述检测单元用于检测特征变量，所述特征变量对应于运行变量或代表运行变量的特征变量。此外，控制单元适当地具有计算单元，所述计算单元设置用于评估所检测的特征变量。有利地，该计算单元与数据单元有效连接，在所述数据单元中存储表征临界范围的数据，例如至少一个阈值和/或特征曲线。

此外，控制单元适当地与检测单元有效连接，所述检测单元设置用于检测至少一个代表当前存在的运行状态的特征变量。基于所述特征变量能够确定第一或第二运行状态的存在。

如果开关单元设置用于在切断位置中中断牵引驱动器的至少一个牵引电动机和变流器单元之间的至少一个电连接，那么能够实现开关单元的一个结构上简单的实施方案。变流器单元优选是牵引驱动器的上述功率供给单元的组成部分。在此，术语“在……之间”涉及功率流，所述功率流在建立从变流器单元到至少一个牵引电动机或从牵引电动机到变流器单元的电连接时是能够传输的。

此外，如果开关单元具有设计用于中断高频电流的接触器，那么能够实现驱动器保护设备的一个尤其成本低且紧凑的构成方案。应将“高频的”电流理解为频率至少5hz，尤其至少10hz的电流。对于高频电流具有最大的或最佳的切断能力的这种接触器广泛被使用并且通常具有紧凑的结构。接触器例如能够构成为真空接触器，所述真空接触器——相对于配设有灭弧室的接触器——更紧凑地构成并且具有明显更小的重量。

根据本发明的一个有利的改进形式，控制单元设置用于：根据特征变量来促使维持接通位置，所述特征变量与车辆动态相关。借此，第一或第二运行情况的存在与车辆动态相关。

在一个简单的实施方案中，车辆动力学能够通过运行状态“行驶”和“静止”来表征。然而，当特征变量构成为速度特征变量时，能够实现尤其保护开关单元的运行。应将“速度特征变量”理解为如下特征变量，所述特征变量代表车辆速度。所述特征变量能够对应于速度或如下特征变量，能够从所述特征变量中确定速度。速度特征变量能够是转速、频率、电压等。在此，第一运行状态和第二运行状态能够通过车辆速度的至少一个阈值和/或代表该速度的速度特征变量的至少一个阈值来限定，其中第一运行状态对应于在高的速度范围中的行驶，即具有大于阈值的车辆速度或速度特征变量，而第二运行状态对应于在低的速度范围中的行驶。特别地，阈值代表大约10km/h的速度。

这适合于具有接触器的开关单元的上述实施方案，所述接触器设计用于中断高频电流。通过所提出的控制装置能够可靠地避免：所述开关单元对频率低的直流或交流进行开关。因为牵引电动机电流通常仅在车辆速度低时或在静止时具有这些对于这种接触器，尤其对于真空接触器临界的特性，所以能够有利地持续避免这些接触器在该临界的速度范围中的切断过程。

替选地或附加地提出：控制单元设计用于：根据如下特征变量引起接通位置的维持，所述特征变量构成为经由开关单元引导的电流的频率特征变量。对此，控制单元有益地与用于检测频率特征变量的检测单元有效连接。应将“频率特征变量”理解为代表所观察的电流的频率的特征变量。所述频率特征变量能够对应于频率或能够从中确定该频率的特征变量。

为了检测由控制单元为了维持接通位置而待考虑的特征变量，控制单元适当地与用于检测特征变量的至少一个检测单元有效连接。在本发明的一个有利的改进方案中，控制单元能够有利地与车辆控制装置有效连接，所述控制单元从所述车辆控制装置处接收特征变量，由此能够避免装入与控制单元局部相关联的检测单元。控制单元与车辆控制装置的连接能够经由数据总线和/或类似的控制线路来进行。此外，在车辆中央地所提供的特征变量通常具有高的可靠程度。在上文中所提出的将速度特征变量考虑为特征变量在这一点上还具有如下优点：车辆速度已经针对车辆中的其他的功能——在轨道车辆中尤其针对驱动器控制装置或列车安全装置——来确定。

此外，如果驱动器保护设备具有能量存储单元，那么还能够实现尤其安全的运行，所述能量存储单元设置用于对控制单元进行供给。在空间上有益地与控制单元相关联的能量存储单元除了用于用于对控制单元进行供给的常规的、现有的电压供给装置之外，尤其作为紧急供给装置，所述紧急供给装置在常规的电压供给装置失效时能够对控制单元进行供给。所储存的能量应当为了在存在第二运行状态时维持开关单元的接通位置至少在如下时间段内充分地计量大小，所述时间段从第二运行状态起对于使车辆进入第一运行状态是必要的。特别地，该时间段大约为20s。

本发明还涉及一种尤其用于轨道车辆的牵引驱动器的功率供给单元，所述功率供给单元设置用于对牵引驱动器的至少一个牵引电动机进行供给并且具有根据上述实施方案之一所述的至少一个驱动器保护设备。由此，尤其能够表现为变流器箱的形式的功率供给单元关于驱动器保护设备的上述优点能够紧凑地构成。尤其有利的是，能够用所提出的驱动器保护设备加装传统的变流器箱，因为该驱动器保护设备可尤其简单地集成到变流器箱中。功率供给单元有益地具有至少一个变流器单元，所述变流器单元具有逆变器的功能。在此，驱动器保护设备在运行时优选设置在变流器单元和至少一个可由其供给的牵引电动机之间。变流器箱除了该变流器单元之外还能够包括具有整流器的功能的另一变流器单元和连接所述变流器单元的直流电压中间回路。在另一实施方案中，这些变流器单元能够设置在空间上彼此分开的变流器箱中。

此外，本发明涉及一种车辆，尤其轨道车辆，所述车辆具有牵引驱动器和上述实施方案之一中的设置用于保护牵引驱动器的驱动器保护设备。

这尤其适合于牵引驱动器的实施方案，在所述实施方案中，该牵引驱动器具有至少一个永久励磁的同步电动机。

此外，本发明涉及一种用于运行车辆中的，尤其轨道车辆中的牵引驱动器的方法，其中在第一运行状态中在牵引驱动器的运行变量处于临界范围中时，驱动器保护设备的至少一个开关单元从接通位置转变到保护牵引驱动器的切断位置中。

提出：在至少第二运行状态中在牵引驱动器的运行变量处于临界范围中时维持接通位置。关于所提出的方法和其改进方案的有利的作用，参考驱动器保护设备的上述实施方案。

在一个尤其有利的改进方案中提出：检测与车辆动力学相关的特征变量，并且根据所述特征变量维持接通位置，并且——在牵引驱动器的运行变量处于临界范围中时且在第二运行状态中在特征变量处于临界范围中时——改变车辆的速度改变，至少直至出现第一运行状态，其中开关单元随后转变到保护牵引驱动器的切断位置中。第一运行状态的出现能够通过监控特征变量来确定。这尤其能够通过如下方式识别：特征变量采用在开关单元的开关特性方面可靠的值。

在此，车辆——在识别到特征变量处于临界范围中的值时并且当特征变量，尤其速度特征变量或经由开关单元引导的电流的频率特征变量处于临界范围时——被制动至静止，或者加速直至车辆速度超过预设的阈值——例如10km/h——。仅在静止时或在车辆速度足够的情况下才将开关单元转变到切断位置中。

附图说明

根据附图阐述本发明的实施例。附图示出：

图1示出具有牵引驱动器的轨道车辆的侧视图，

图2示出具有驱动器保护设备的牵引驱动器，

图3示出驱动器保护设备的细节图，和

图4示出在具有数据总线连接的另一实施方案中驱动器保护设备。

具体实施方式

图1示出构成为轨道车辆10的车辆的示意侧视图。所述轨道车辆构成为车厢12的编组，所述车厢分别设置用于运输人员。车厢12中的至少一个构成为具有至少一个驱动轴14的动车。在所考虑的实施方案中，末端车厢分别支承在具有一对驱动轴14的动力转向架16上。所示出的实施方案是示例性的并且可以考虑其他的轴分布。所示出的载客车厢12的编组形成所谓的动车组，其中轨道车辆10根据另一实施方案同样可以构成为机车。

驱动轴14分布通过牵引电动机18(见图2)驱动，所述牵引电动机安装在相应的动力转向架16中。动力转向架16的牵引电动机18通过功率供给单元20供给电功率，所述功率供给单元空间上与相应的动力转向架16相关联。如在图2中所看到的那样，功率供给单元20具有变流器单元21，所述变流器单元从直流电压中间回路22中获取电能，并且将该电能转换为具有特定特性的电信号的形式，所述电信号在牵引运行时被馈送到相关联的牵引电动机18中。牵引电动机18尤其够为三相电机，其中变流器单元21设置用于产生频率可变的三相电流。变流器单元21例如构成为脉冲逆变器(或“pwr”)。牵引电动机18在所考虑的实施方案中分别构成为永久励磁的同步机(或“pem”)。

功率供给单元20除了变流器单元212和直流电压中间回路22之外还具有另一变流器单元23，所述另一变流器单元具有整流器的功能并且给直流电压中间回路22馈送电能。变流器单元23通常构成为四象限斩波器(或“4qs”)。变流器单元23在运行时将交流电压整流，所述交流电压对应于由变压器降压变换的电网电压。替选地，交流电压能够是轨道车辆10的发电机的输出电压。此外，能够直接将电网侧的直流电压馈送给直流电压中间回路22。

功率供给单元20能够采用变流器箱20’的形式，所述变流器箱包括变流器单元21和23并且在图2中示意地以虚线示出。在一个替选的实施方案中，变流器单元21和23能够设置在空间上彼此分开的箱中。

动力转向架16的牵引电动机18和相应的功率供给单元20分别形成牵引驱动器22。

图2示出图1中的轨道车辆10的牵引驱动器22中的一个牵引驱动器和用于保护牵引驱动器22的驱动器保护设备24。该驱动器保护设备具有开关单元26，所述开关单元分别连接在牵引电动机18和与牵引电动机18相关联的功率供给单元20的变流器单元21之间。开关单元26设置用于建立和中断电连接27，其中在建立电连接的情况下——并且在牵引驱动器22的牵引模式中——进行从功率供给单元20到相关联的牵引电动机18的功率传输，或者——在牵引驱动器22的发电机模式中，尤其制动模式中——沿相反的方向进行。驱动器保护设备24能够与功率供给单元20分开地构成。然而，在所示出的实施方案中，所述驱动器保护设备是功率供给单元20的组成部分并且位于变流器箱20’中。

在建立连接27的情况下的开关单元26位置称作“接通位置”，其中将断开电连接的电路设置称作为“切断位置”。借助于将与牵引电动机18相关联的开关单元26操作到其切断位置中，牵引电动机18和功率供给单元20尤其能够在如下运行状态下被保护以免损坏：牵引电动机的过载，尤其牵引电动机的热过载；电动机故障，尤其电动机短路；功率供给单元20中的故障，尤其阀失效；和/或直流电流中间回路22中的故障，尤其短路。

根据图3阐述驱动器保护设备24的工作方式，在图3中为了概览仅考虑牵引电动机18和相关联的功率供给单元20之间的电连接27。

开关单元26的操作是可控的。对此，驱动器保护设备24具有控制单元28。该控制单元尤其设置用于以电子机械的方式操作开关单元26，其方式是：例如通过由控制单元28施加或中断控制电压来操作开关单元26的开关元件。根据牵引驱动器22的至少一个运行变量进行开关单元26的控制。运行变量例如能够是牵引电动机18的温度、经由电连接27引导的电流的幅度、施加在电动机端子上的电压等。对此，控制单元28与检测单元30有效连接，所述检测单元设置用于检测表示牵引驱动器22的运行变量的至少一个特征变量。检测单元30例如具有传感器单元30.a，其用于检测表示作为牵引电动机18的运行温度的第一运行变量t的温度特征变量tk，并且所述检测单元具有传感器单元30.b，其用于检测表示作为经由电连接27引导的电流的幅度的第二运行变量s的电流特征变量sk。

如果由控制单元28监控的运行变量t或s处于临界范围中，尤其大于或小于特定的阈值，那么原则上从控制单元26的接通位置起，由控制单元28触发到切断位置中的转变。

开关单元26构成为接触器，所述接触器设计用于切断高频电流。特别地，接触器构成为真空接触器。这种接触器对于在建立电连接27时由所述电连接引导的低频电流或直流电流具有小的切断能力。据此，当由于当前的运行状态经由电连接27引导这种低频电流或直流电流时，应避免转变到切断位置中。对此，控制单元28设置用于在这种运行状态中引起接通位置的维持，更确切地说，即使当牵引驱动器22的被监控的运行变量t或s处于临界范围中进而可能需要切换到切位置中时也如此。

根据第一实施方案，控制单元28设置用于：根据特征变量gk引起接通位置的维持，所述特征变量与车辆动力学相关。在所考虑的实施方案中，由控制单元28监控的特征变量gk是代表车辆速度的速度特征变量。对此，控制单元28与检测单元32有效连接，所述检测单元设置用于检测轨道车辆10的轮轴的形成速度特征变量的转速。控制单元28具有评估逻辑装置，所述评估逻辑装置评估所检测的转速，使得对于低于特定的、例如10km/h的阈值的车辆速度如在上文中所描述的那样进行接通位置的维持。在车辆速度高于阈值的第一运行状态中，一旦牵引驱动器22的被监控的运行变量t或s到达临界范围中，就由控制单元28触发到切断位置中的转变。在车辆速度低于阈值的第二运行状态中，维持接通位置，更确切地说，即使当被监控的运行变量t或s采用临界的或不允许的值时也如此。

根据第二实施方案，控制单元28——替选地或如在附图中所示出的那样附加地——设置用于：根据经由电连接27引导的电流的频率特征变量fk引起接通位置的维持。对此，控制单元28与检测单元34有效连接，所述检测单元检测频率特征变量fk。

根据在图4中示出的另一实施方案，控制单元28替选地或附加地经由数据总线26与车辆控制装置38有效连接，其中所述控制单元经由数据总线36从该车辆控制装置38处接收特征变量gk’——在这种情况下尤其是速度特征变量——。代替数字数据总线，能够经由模拟控制线路传输特征变量。车辆控制装置38能够对应于驱动器控制装置，尤其用于控制牵引驱动器22的驱动器控制装置，或者对应于中央的车辆控制装置。

如在图3和4中所示出的那样，控制装置28由电压供给装置40供给电压。特别地，电压供给装置40能够是轨道车辆10的中央的电压源。除了电压供给装置40之外，设有能量储存单元42，所述能量储存单元在空间上与牵引驱动器22相关联并且是用于牵引驱动器22的驱动器保护设备24的组成部分。所述能量储存单元用于在电压供给装置40失效时给控制单元28供给电压。能量储存单元42例如能够构成为电池或电容器。所述能量储存单元设计用于至少在如下时间段内进行电压供给，所述时间段足以维持接通位置直至被监控的特征变量——尤其频率特征变量fk和/或速度特征变量gk——采用在操作开关单元26方面所允许的值。

如在上文中所描述的那样，当被监控的特征变量gk或fk处于临界范围中时，控制单元28引起接通位置的维持。当行驶速度v满足如下条件0<v<sw，其中例如sw＝10km/h，时，

特征变量gk或fk采用该临界范围中的值。

即使当牵引驱动器的被监控的运行变量s或t处于临界区域中时，也维持开关单元26的接通位置。由此避免：当经由电连接27引导低频电流或直流电流时，操作开关单元26，其中作为真空接触器的开关单元26不针对所述低频电流或直流电流设计。轨道车辆10在识别到运行变量t或s的所不允许的值之后应静止(v＝0)或进入所允许的速度范围(v≥sw)中。对此，将轨道车辆10制动直至静止，其中仅在静止时才进行开关单元26的操作，或者将轨道车辆加速，直至车辆速度v达到阈值sw，其中对开关单元26的加速仅在此之后才进行。在这两种情况下，改变车辆速度，直至被监控的特征变量gk或fk采用所允许的值，其中开关单元26随后转变到保护牵引驱动器22的切断位置中。

速度变化要么借助于车辆控制装置全自动地进行，要么在相应地通知机动车驾驶员之后，至少部分地通过该机动车驾驶员手动地进行。