Sistema de propulsión y frenado de un vehículo sobre raíles o de un tren de vehículos sobre raíles,

que contiene una propulsión de tracción (1) para la propulsión y para el frenado generador, en donde al menos a un eje del vehículo sobre raíles o del tren de vehículos sobre raíles está asociado al menos un motor sincrónico excitado permanentemente (6) y un convertidor de corriente de tracción (4), y en donde el convertidor de corriente de tracción (4) presenta al menos un convertidor de corriente pulsatoria (22) en el lado de la máquina y el motor sincrónico excitado permanentemente (6) está unido en sus bornes a un conmutador (30), de tal modo que el motor sincrónico excitado permanentemente (6) se conecta, para accionar el convertidor de corriente pulsatoria (22) o para el frenado generador, a un circuito de carga (32) que contiene al menos un elemento de carga (28), en donde en el caso del frenado generador se activa o desactiva adicionalmente al menos un freno por rozamiento (36), en función del valor del número de revoluciones (n) del motor sincrónico excitado permanentemente (6) y/o del valor de al menos una magnitud (U, I) que se basa en este número de revoluciones (n), caracterizado porque están previstos medios (42, 44, 46), mediante los cuales un conexionado, en función del valor del número de revoluciones (n) del motor sincrónico excitado permanentemente (6) o del valor de al menos una magnitud (U, I) basada en este número de revoluciones (n), de al menos un freno por rozamiento (36) para la acción de frenado del motor sincrónico excitado permanentemente (6), no puede realizarse hasta que al menos haya transcurrido un periodo de tiempo (Δt) necesario para establecer un par de frenado (M) lo mayor posible, con relación al respectivo número de revoluciones (n), mediante el motor sincrónico excitado permanentemente (6)

Estado de la técnica

La invención se basa en un sistema de propulsión y frenado de un vehículo sobre raíles o de un tren de vehículos sobre raíles, que contiene una propulsión de tracción para la propulsión y para el frenado generador, conforme al preámbulo de la reivindicación 1.

La finalidad a la hora de equipar vehículos sobre raíles es usar máquinas propulsoras cada vez más efectivas y ligeras. Como máquina propulsora estándar se utiliza hoy en día la máquina asincrónica alimentada por convertidor. Esta máquina ofrece sin embargo poco potencial para perfeccionamiento con relación a la reducción de masa y densidad del par de giro y exige en su aplicación, en el caso de vehículos sobre raíles, casi siempre un reductor. Por ese motivo pueden reconocerse actualmente cada vez más intentos por desarrollar y usar máquinas sincrónicas con excitación permanente como propulsiones de vehículo. Esta clase de máquina hace posible, mediante su elevada densidad del par de giro, la materialización de propulsiones directas y consigue sobre todo, mediante la eliminación del reductor, una reducción muy elevada de la masa del ramal de propulsión.

La máquina sincrónica excitada permanentemente presenta, a causa de su excitación permanente, algunas particularidades en comparación con la técnica asincrónica. De este modo es posible, por ejemplo, en el caso de una máquina rotatoria además del funcionamiento de generador regulado por convertidor, con piezas constructivas puramente pasivas conseguir una acción de frenado. La acción de frenado generada mediante una máquina sincrónica excitada permanentemente, mediante un conexionado de resistencias de frenado, se conoce del documento DE 101 60 612 A1.

Al conectar posteriormente la máquina sincrónica rotatoria excitada permanentemente a resistencias de frenado se obtiene, en función del número de revoluciones del motor sincrónico y con ello también de la velocidad del vehículo, una curva característica de momentos o fuerzas, que por lo demás se designa también como curva característica de frenado natural. Esta curva característica de frenado posee un máximo en el desarrollo del número de revoluciones/de la velocidad.

En esta aplicación de la acción de frenado generadora de un motor sincrónico excitado permanentemente es problemático el hecho de que la curva característica de frenado natural no presenta un desarrollo de par de frenado constante a través del número de revoluciones. La problemática a la hora de aplicar la acción de frenado pasiva de un motor sincrónico excitado permanentemente se deduce de que se reduce la acción de frenado de la curva característica de frenado natural, en el caso de números de revoluciones o velocidades muy bajos y muy altos. En especial en el margen de velocidades muy bajas la fuerza de frenado se acerca a cero, de tal modo que el vehículo no puede frenarse hasta su detención, de tal modo que existe el riesgo de rodar cuesta abajo. Lo mismo es aplicable si se avería el motor sincrónico excitado permanentemente, por ejemplo, a causa de una interrupción de línea.

En el documento EP 1 321 330 A2 se hace patente un sistema genérico de propulsión y frenado de un vehículo, en el que en el caso de frenos generadores con piezas constructivas puramente pasivas (curva característica de frenado natural), en función del valor del número de revoluciones del motor sincrónico excitado permanentemente y/o del valor al menos de una magnitud que se basa en este número de revoluciones, se activa o desactiva al menos un freno por rozamiento.

La invención se ha impuesto la tarea de perfeccionar el sistema de propulsión y frenado de un vehículo antes descrito, de tal modo que el par de frenado aplicado por el motor sincrónico sea lo más alto posible, para reducir el desgaste del freno por rozamiento.

Esta tarea es resuelta conforme a la invención mediante las particularidades de la reivindicación 1. Manifiesto de la invención

En el caso del frenado generador con piezas constructivas puramente pasivas (curva característica de frenado natural), en función del valor del número de revoluciones del motor sincrónico excitado permanentemente y/o del valor al menos de una magnitud que se basa en este número de revoluciones, se activa o desactiva al menos un freno por rozamiento. En otras palabras se conecta o desconecta, en función del número de revoluciones, la acción de frenado de al menos un freno por rozamiento. De este modo puede compensarse en el caso de un número de revoluciones cero, con números de revoluciones muy bajos o muy altos, la debilidad del par de frenado causada por la clase constructiva de un motor sincrónico excitado permanentemente. Por ejemplo se conecta el freno adicional, en especial un freno por rozamiento electro-neumático si el motor sincrónico excitado permanentemente se hace funcionar, en el marco de un freno generador, dentro de un margen de número de revoluciones que está situado por debajo del número de revoluciones con el que alcanza su máximo de par de frenado. A la inversa es imaginable que el freno por rozamiento se desconecte de nuevo en función del número de revoluciones, si el motor sincrónico excitado permanentemente se hace funcionar para el frenado generador, en un margen de número de revoluciones en el que el freno por rozamiento (ya) no es necesario para alcanzar una acción de frenado suficiente.

Aquí es ventajoso en especial que un conexionado o desconexionado de este tipo en función del número de revoluciones de un freno por rozamiento, con relación al freno generador, pueda realizarse mediante medios sencillos y para esto no se utilice en especial ninguna regulación que, en función de una prefijación de valor nominal para el par de frenado, regule el conexionado o desconexionado del freno por rozamiento. Más bien el conexionado o desconexionado del freno por rozamiento se realiza exclusivamente en función del número de revoluciones del motor sincrónico excitado permanentemente o de una magnitud basada en este número de revoluciones, en el marco de un control sencillo y puede materializarse mediante medios de comparación y conexión sencillos.

En el caso de una selección adecuada de la magnitud basada en el número de revoluciones es además posible compensar una avería del motor sincrónico excitado permanentemente mediante el

freno por rozamiento. Por ejemplo en el caso de una interrupción del conexionado de carga o de una conexión de devanado del motor sincrónico excitado permanentemente, la corriente eléctrica I que circula a través del circuito de carga y/o la tensión U, inducida en los bornes del motor sincrónico excitado permanentemente, bajan por debajo de un valor crítico Ikrit o Ukrit, de tal modo que en este caso se conecta el freno por rozamiento.

Para tener en cuenta el comportamiento temporal del freno generador están previstos medios, mediante los cuales un conexionado, en función del valor del número de revoluciones del motor sincrónico excitado permanentemente o del valor de al menos una magnitud basada en este número de revoluciones, de al menos un freno por rozamiento para la acción de frenado del motor sincrónico excitado permanentemente, no puede realizarse hasta que al menos haya transcurrido un periodo de tiempo necesario para establecer un par de frenado lo mayor posible, con relación al respectivo número de revoluciones, mediante el motor sincrónico excitado permanentemente.

Mediante las medidas mencionadas en las reivindicaciones subordinadas son posible perfeccionamientos y mejoras ventajosos/as de la invención indicada en las reivindicaciones independientes.

De forma preferida, la magnitud que se basa en el número de revoluciones del motor sincrónico excitado permanentemente está formada por la corriente eléctrica I, que circula a través del circuito de carga, y/o por la tensión U inducida en los bornes del motor sincrónico excitado permanentemente. Esto se debe a que estas magnitudes dependen directamente del número de revoluciones n del motor sincrónico excitado permanentemente y varían con el mismo. Pueden detectarse y valorarse en especial mediante un dispositivo de medición sencillo.

Alternativa o adicionalmente puede utilizarse como magnitud que se basa en el número de revoluciones n del motor sincrónico excitado permanentemente también el par de giro M entregado por el motor sincrónico excitado permanentemente, cuya dependencia del número de revoluciones n se ha representado en la figura 2 como curva característica...

1. Sistema de propulsión y frenado de un vehículo sobre raíles o de un tren de vehículos sobre raíles, que contiene una propulsión de tracción (1) para la propulsión y para el frenado generador, en donde al menos a un eje del vehículo sobre raíles o del tren de vehículos sobre raíles está asociado al menos un motor sincrónico excitado permanentemente (6) y un convertidor de corriente de tracción (4), y en donde el convertidor de corriente de tracción (4) presenta al menos un convertidor de corriente pulsatoria (22) en el lado de la máquina y el motor sincrónico excitado permanentemente (6) está unido en sus bornes a un conmutador (30), de tal modo que el motor sincrónico excitado permanentemente (6) se conecta, para accionar el convertidor de corriente pulsatoria (22) o para el frenado generador, a un circuito de carga (32) que contiene al menos un elemento de carga (28), en donde en el caso del frenado generador se activa o desactiva adicionalmente al menos un freno por rozamiento (36), en función del valor del número de revoluciones (n) del motor sincrónico excitado permanentemente (6) y/o del valor de al menos una magnitud (U, I) que se basa en este número de revoluciones (n), caracterizado porque están previstos medios (42, 44, 46), mediante los cuales un conexionado, en función del valor del número de revoluciones (n) del motor sincrónico excitado permanentemente (6) o del valor de al menos una magnitud (U, I) basada en este número de revoluciones (n), de al menos un freno por rozamiento (36) para la acción de frenado del motor sincrónico excitado permanentemente (6), no puede realizarse hasta que al menos haya transcurrido un periodo de tiempo (Δt) necesario para establecer un par de frenado (M) lo mayor posible, con relación al respectivo número de revoluciones (n), mediante el motor sincrónico excitado permanentemente (6).

2. Sistema de propulsión y frenado según la reivindicación 1, caracterizado porque al menos un freno por rozamiento (36) comprende un freno por rozamiento electro-neumático, electro-hidráulico, electro-mecánico, neumático, mecánico o hidráulico.

3. Sistema de propulsión y frenado según la reivindicación 1 ó 2, caracterizado porque la magnitud que se basa en el número de revoluciones (n) del motor sincrónico excitado permanentemente (6) es la corriente eléctrica (I), que circula a través del circuito de carga (32), y/o por la tensión (U) inducida en los bornes del motor sincrónico excitado permanentemente (6) y/o el par de giro (M) entregado por el motor sincrónico excitado permanentemente (6).

4. Sistema de propulsión y frenado según al menos una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el freno por rozamiento adicional

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(36) puede conectarse o desconectarse si el valor del número de revoluciones (n) del motor sincrónico excitado permanentemente (6) o el valor de la magnitud (U, I), que se basa en este número de revoluciones (n), supera o desciende por debajo de un valor límite (Ugrenz) prefijado.

5. Sistema de propulsión y frenado según al menos una de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado porque puede conectarse la acción de frenado de al menos un freno por rozamiento (36) si el valor del número de revoluciones (n) del motor sincrónico excitado permanentemente o el valor de la magnitud (U, I), que se basa en este número de revoluciones (n), cae dentro de un intervalo (n1, n2) prefijado.

6. Sistema de propulsión y frenado según la reivindicación 5, caracterizado porque el intervalo (n1, n2) para el número de revoluciones (n) o para la magnitud (U, I), que se basa en el número de revoluciones (n), está situado por debajo de un valor del número de revoluciones (nMmax) o de un valor (UMmax) de la magnitud (U, I) que se basa en este número de revoluciones (nMmax), al cual está asociado un valor máximo (Mmax) del par de frenado (M) generado por el motor sincrónico excitado permanentemente (6).

7. Sistema de propulsión y frenado según al menos una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el freno generador forma mediante el motor sincrónico excitado permanentemente (6) y en caso necesario mediante el freno por rozamiento (36) conectado un freno de seguridad o de emergencia, que está subordinado a un freno de servicio como nivel de seguridad.

8. Sistema de propulsión y frenado según la reivindicación 7, caracterizado porque el freno generador (8) y el freno por rozamiento (36) cooperan con un bucle de seguridad (40) del vehículo sobre raíles o del tren de vehículos sobre raíles, de tal modo que después de superar o descender por debajo de un valor límite, mediante una magnitud (US) guiada a lo largo del bucle de seguridad (40), el motor sincrónico excitado permanentemente (6) se conecta al circuito de carga (32) y en caso necesario se activa el freno por rozamiento (36).

Siguen tres hojas de dibujos.