(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
車両の主空気供給および補助空気供給のために種々のエネルギ源を駆動する装置であって、
主エアタンク（２）および補助エアタンク（９）に圧縮空気を供給する、少なくとも１つのコンプレッサ（１）を備えており、前記少なくとも１つのコンプレッサ（１）は、当該少なくとも１つのコンプレッサ（１）に割当てられた電気モータ（４）によって駆動され、
外部の１次エネルギ源（Ｉ）が主空気供給を行い、前記外部の１次エネルギ源（Ｉ）に比べて弱い内部の２次エネルギ源（ＩＩ）が少なくとも部分的に補助空気供給を行い、
２つの異なる前記エネルギ源（Ｉ，ＩＩ）を車両の動作状態に応じてオンオフする切換手段（６）が設けられている、
装置において、
前記補助エアタンク（９）内の圧力が、補助空気による車両セットアップに充分な最小圧力値に達した場合、かつ／または前記１次エネルギ源（Ｉ）が車両の補助空気で駆動されるセットアップの後に接続された場合に、前記切換手段（６）の要素としての２次接触器（１５）が、前記電気モータ（４）を前記２次エネルギ源（ＩＩ）から切り離すことによって補助空気供給を遮断し、
前記２次エネルギ源（ＩＩ）と前記２次接触器（１５）との間に、前記２次エネルギ源（ＩＩ）から出力された電圧を高めるための昇圧コンバータ（１６）が設けられており、
前記２次接触器（１５）と三相交流モータとして構成される前記電気モータ（４）との間に、周波数変換器（１４）が配置されており、
前記周波数変換器（１４）の電圧を前記２次エネルギ源（ＩＩ）の動作電圧に適応化するために、前記２次エネルギ源（ＩＩ）による駆動を行う制御ユニット（１９）が設けられており、
前記補助エアタンク（９）に対応する圧力センサ（１２）および／または前記電気モータ（４）に対応する回転数センサが、前記周波数変換器（１４）の出力周波数の制御に対する実際値検出のために設けられている、
ことを特徴とする装置。
【請求項２】
前記昇圧コンバータ（１６）の電圧を前記２次エネルギ源（ＩＩ）の動作電圧に適応化するために、前記２次エネルギ源（ＩＩ）による駆動を行う制御ユニット（１９）が設けられている、請求項１記載の装置。
【請求項３】
前記１次エネルギ源（Ｉ）は、１次接触器（１３）および前記周波数変換器（１４）を介して、三相交流モータとして構成される前記電気モータ（４）に接続されている、
請求項１記載の装置。
【請求項４】
前記１次エネルギ源（Ｉ）として、パンタグラフ（５）を介した架線タップまたはトロリー線タップが設けられている、
請求項１記載の装置。
【請求項５】
前記２次エネルギ源（ＩＩ）として、車両バッテリが設けられている、
請求項１記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、車両、特に鉄道車両の主空気供給および補助空気供給のために種々の電気エネルギ源を駆動する方法および装置に関する。この方法および装置は、それぞれに配属された電気モータによって駆動されて、少なくとも１つの主エアタンクおよび少なくとも１つの補助エアタンクに圧縮空気を印加する、少なくとも１つのコンプレッサを備え、ここで、外部の１次エネルギ源が主空気供給を行い、この外部の１次エネルギ源に比べて弱い少なくとも１つの内部の２次エネルギ源が少なくとも部分的に補助空気供給を行い、さらに、２つの異なるエネルギ源を車両の動作状態に応じてオンオフする切換手段が設けられている。
【０００２】
本発明の適用分野は、主として、鉄道車両構造、特に電気で駆動される鉄道車両に及んでいる。この場合、ニューマチック機構群、例えば車両ブレーキ装置への供給のために、電気モータによって駆動されるコンプレッサが周囲空気から形成した圧縮空気が駆動エネルギとして使用される。主エアタンクを介して供給される、ニューマチック機構群への主空気供給と並んで、ここでの関心車両では、補助空気供給の範囲において、車両セットアップに必要なニューマチックエネルギを形成するためのいわゆる補助空気も必要である。車両セットアップとは、車両を静止状態から動作準備完了状態へ移行させる過程であると理解されたい。動作準備完了状態では、車両は１次エネルギ源すなわち例えば電気架線またはトロリー線に接続される。セットアップは、電気架線のケースでは、特に、ニューマチックアクチュエータ、好ましくはニューマチックシリンダによって、パンタグラフを離線位置から着線位置へ運動させることによって行われる。パンタグラフは、着線状態において、電気架線を介した車両のための電気エネルギ供給を行う。セットアップの範囲において、その後、電気メインスイッチが操作される。
【０００３】
セットアップのために、一般に公知の従来技術によれば、通常、別個の補助エアコンプレッサが車両に搭載されて駆動される。この補助エアコンプレッサには車両バッテリによって電気エネルギが供給されるが、この別個の補助エアコンプレッサは、主空気供給のための主コンプレッサとは異なり、相対的に小さい圧送エネルギを有する。このために、こうした補助エアコンプレッサは、必要な配管部および駆動部を含めて車両に搭載配置されることが必要となる。
【０００４】
独国特許出願公開第１０２０１３１０９４７５号明細書（ＤＥ１０２０１３１０９４７５Ａ１）からは、こうした別個の補助エアコンプレッサの機能を車両の主コンプレッサに担当させることで補助エアコンプレッサを省略する、別の技術手段が明らかである。コンプレッサを介した補助空気供給のために、このコンプレッサを駆動する電気モータが、周波数変換器を介して、車両バッテリが供給する電気エネルギによって駆動される。こうして形成された駆動エネルギは、コンプレッサを低い回転数で駆動させるのに充分であり、補助空気供給のための圧縮空気は、圧縮空気供給管路の副管路から主エアタンクへ分岐される。こうした補助空気の分流は、コンプレッサに後置接続された空気乾燥ユニットの下流で行われ、これにより乾燥した補助空気が利用可能となる。ただし、車両の主空気供給および補助空気供給のための、種々の電気エネルギ源の協調駆動制御のさらなる詳細は開示されていない。
【０００５】
本発明の課題は、車両の主空気供給および補助空気供給を損なうことなく、車両の動作状態に適応化されたエネルギ源間の切り換えが達成される、車両の主空気供給および補助空気供給のために種々の電気エネルギ源を駆動する方法および装置を提供することである。
【０００６】
この課題は、請求項１の上位概念記載の方法に関して、特徴部分の特徴を組み合わせることによって解決される。これに対応する装置は請求項５に示されている。それぞれの引用従属請求項は、本発明の有利な実施形態を反映している。
【０００７】
本発明は、補助エアタンク内の圧力が、好ましくは８ｂａｒの、補助空気による車両セットアップに充分な最小圧力値に達した場合、かつ／または、１次エネルギ源（好ましくは架線接続部）が、補助空気で駆動される車両セットアップの後に接続され、車両に配属された電気メインスイッチが操作される場合に、２次エネルギ源（好ましくは車両バッテリ）から電気モータを切り離すことにより、補助空気供給が分離され、これにより、１次エネルギ源による車両の動作準備完了が保証されるという技術教説を含む。
【０００８】
本発明の解決手段の利点は、特に、簡単な制御技術手段によって、車両をセットアップし、動作状態を動作準備完了状態へ移行させるための充分な補助空気が形成されていることが保証されている場合に、補助空気供給から主空気供給への切り換えが行われることが保証されることにある。１次エネルギ源がセットアップ後に接続される場合、車両の動作状態は、いずれの場合にも動作準備完了状態へ移行しうる。できるだけ２次エネルギ源の切り離しを優先することによって、車両バッテリからの電気エネルギの消費が低減される。本発明の解決手段によれば、コンプレッサの電気モータは、利用可能性に応じて、非セットアップ状態にあるエネルギ源から、かつセットアップ状態にある他のエネルギ源から給電を受けることができる。
【０００９】
言い換えれば、好ましくは、非セットアップ状態にある車両では、２次エネルギ源を介して、まず、補助空気供給の範囲で補助エアタンクを充填するために、電圧が供給される。補助エアタンクのニューマチックエネルギにより、車両は続いて１次エネルギ源に接続され、セットアップ状態に置かれる。これは、例えば、パンタグラフの当接、電気メインスイッチの閉成かつ／またはトロリー線との電気的接続によって行うことができる。
【００１０】
本発明をさらに改善する措置によれば、コンプレッサの電気モータよりも優先される別の電気負荷にもはや充分なエネルギを供給できない程度に大きく２次エネルギ源の電圧が降下した場合に、２次エネルギ源を遮断することが提案される。ここでの、優先される電気負荷とは、例えば、機械室または運転室の照明、後部照明灯または滑り止め装置である。電圧降下の検出により、２次エネルギ源が補助空気供給のための充分な電気エネルギを送出できるかどうかを容易に確認できる。この場合、同時に、車両への安全技術的要求も考慮される。さらに、１次エネルギ源のスイッチオンを、補助空気供給のための２次エネルギ源の先行のスイッチオフに対して好ましくは時間的にずらして行うことが提案される。２次エネルギ源が適切な切換手段、例えば接触器を介して１次電流回路から安全に分離された場合にはじめて、引き続き１次エネルギ源がスイッチオンされる。こうした切り換えの範囲における短い無駄時間により、エネルギ源の短絡が回避される。
【００１１】
本発明を改善する別の措置によれば、三相交流モータとして構成される電気モータの駆動のために、背圧および／またはバッテリ入力電圧に依存する特性曲線にしたがって電気モータが駆動されるよう、周波数変換器の出力周波数を調整することが提案される。電気モータは、例えば背圧が小さい場合、背圧が大きい場合よりも高い回転数で駆動可能である。これにより、接続されたコンプレッサの圧送出力が最大である場合、過負荷を生じさせずに電気モータを均等に負荷できることが保証される。電気モータのこうした回転数制御は、好ましくは、Ｕ／ｆ特性曲線フィールドにしたがって行われる。周波数変換器の出力周波数は、Ｕ／ｆ特性曲線フィールド内でまたはこの特性曲線フィールド外でも制御可能である。コンプレッサの電気モータの回転数センサおよび／または補助エアタンクの圧力センサにより、周波数変換器をその出力周波数に関して相応に制御することができる。
【００１２】
切換手段として１次エネルギ源をスイッチオンする１次接触器および２次エネルギ源をスイッチオンする２次接触器を含む、上述した方法を行う機器技術的な装置に関して、２次エネルギ源と２次接触器との間に、２次エネルギ源から出力された電圧を昇圧するための昇圧コンバータを設けることが提案される。つまり、昇圧コンバータにより、車両セットアップ時の補助空気供給の範囲において電気モータを駆動するために、車両バッテリの比較的小さい給電電圧を例えば電気モータの動作電圧のレベルまで高めることができる。
【００１３】
また、２次接触器と三相交流モータとして構成される電気モータとの間に、周波数変換器を配置することが提案される。この周波数変換器は、（上述したように）調整可能な出力周波数によって、電気モータの回転数を制御する。
【００１４】
本発明の装置をさらに改善する措置によれば、周波数変換器および／または昇圧コンバータの電圧を２次エネルギ源の動作電圧へ適応化するために、２次エネルギ源による動作のための電圧監視ユニットを設けることが提案される。これにより、補助空気供給における２次エネルギ源が場合により過負荷となることが阻止される。
【００１５】
本発明を改善するさらなる措置を、図に即した本発明の好ましい実施例の説明とともに以下に詳細に示す。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】１次エネルギ源と補助空気供給用の２次エネルギ源とを用いた、鉄道車両の主空気供給および補助空気供給のための装置を示す概略図である。
【図２】車両の動作状態に応じて２つの異なるエネルギ源をオンオフする電気切換手段を示す概略図である。
【００１７】
図１によれば、架線接続部によって電気的に駆動される（詳細には図示されていない）鉄道車両の主空気供給および補助空気供給の範囲において、主エアタンク２およびこれに接続された主エアタンク管路３に充填される圧縮空気を形成するコンプレッサ１が設けられている。コンプレッサ１は、電気モータ４によって駆動される。電気モータ４を駆動するための電気エネルギは、鉄道車両の通常動作中、架線接続部からパンタグラフ５を介して受け取られる。パンタグラフ５を介して取り出される電気エネルギは、１次エネルギ源Ｉとして以下に個別に詳細に説明する切換手段６を介して、とりわけコンプレッサ１の電気モータ４に供給される（破線）。１次エネルギ源ＩＩに対して並列に、車両バッテリ７が２次エネルギ源ＩＩとして設けられている。
【００１８】
車両セットアップのために、パンタグラフ５に配属されているニューマチックアクチュエータは、コンプレッサ１によって２次エネルギ源ＩＩを用いて形成される補助空気により着線される。なぜなら、車両の当該動作状態では、架線からの電気エネルギはまだ供給されず、つまり１次エネルギ源Ｉがまだ接続されていないからである。２次エネルギ源ＩＩから調達可能な電気エネルギは、車両セットアップの当該フェーズにおいて、ニューマチックアクチュエータを介したパンタグラフ５の着線に充分な低い圧送出力でコンプレッサ１を駆動するのに充分なものである。
【００１９】
このために、コンプレッサ１のバッテリ駆動によって形成される補助空気は、ここではエレクトロニューマチック３／２方向制御弁として構成されたスイッチ弁８を介して、切換手段６にしたがい、補助エアタンク９へ供給される。補助エアタンク９は、パンタグラフ５のニューマチックアクチュエータを駆動するための補助空気を蓄積している。鉄道車両セットアップフェーズ外では、スイッチ弁８は、コンプレッサ１が形成した圧縮空気を主空気供給のために車両の主エアタンク２に供給する。主エアタンク２の充填は、好ましくは、車両の通常動作中に、１次エネルギ源Ｉを介して行われる。
【００２０】
車両セットアップ時点でまだ充分な圧縮空気が主エアタンク２内に存在している場合、空になった補助エアタンク９の充填をここから行うこともできる。このために、主エアタンク２から補助エアタンク９へ向かう順流方向で、スイッチ弁８に対して並列に接続された逆止弁１０が設けられている。
【００２１】
切換手段６の電子制御部は、エレクトロニューマチックスイッチ弁８に対して、主空気供給または補助空気供給を行うための電気的な切換信号を設定する（点線）。このために、切換手段６の信号入力側には、主エアタンク２の第１の圧力センサ１１および補助エアタンク９の第２の圧力センサ１２の圧力信号が供給される（点線）。ここから、切換手段６の電子制御部は、上述したロジックにしたがい、エレクトロニューマチックスイッチ弁８に対する切換信号を求める。
【００２２】
スイッチ弁８に関して、３／２方向制御弁の第１の切換位置では、コンプレッサ１が形成した供給圧力が、（特に車両セットアップフェーズで）補助空気供給の範囲において、補助エアタンク９に供給され、第２の切換位置では、コンプレッサ１が形成した供給圧力が、主空気供給の範囲において、主エアタンク２に供給される。
【００２３】
図２には、切換手段６の別の要素が示されている。１次エネルギ源Ｉは、１次接触器１３および適応化のために後置接続された周波数変換器１４を介して、３相交流モータとして形成された電気モータ４に接続されている。２次接触器１５は、センサ１２によって求められた（図示されていない）補助エアタンク９内の補助圧力が、補助空気による車両セットアップに充分な最小圧力値に到達した場合、電気モータ４を２次エネルギ源ＩＩから切り離すことにより、補助空気供給を遮断する。当該状況では、ニューマチックアクチュエータを介したパンタグラフ５の着線による車両セットアップを行えることが基礎である。これに対して代替的に、１次エネルギ源Ｉが接続された場合には、２次接触器１５が２次エネルギ源ＩＩを同様に遮断する。このために、パンタグラフ５の接続状態を監視する電圧センサ１７が設けられている。当該状況では１次エネルギ源Ｉが動作準備を完了させているので、２次エネルギ源ＩＩを切り離すことができ、１次エネルギ源Ｉへの切り換えが行われる。さらに、２次エネルギ源ＩＩは、コンプレッサ１の電気モータ４よりも優先される別の電気負荷にもはや充分なエネルギを供給できない程度に大きく２次エネルギ源ＩＩの電圧が降下した場合に、補助空気供給から切り離される。このために、電圧降下検出器１８が、車両バッテリ７に接続されている。電圧降下検出器１８は、車両バッテリ７の検出された電圧降下が限界値を下回る場合に、２次接触器１５による２次エネルギ源ＩＩの遮断を作動させる。２次エネルギ源ＩＩと２次接触器１５との間には、２次エネルギ源ＩＩが設定した電圧を高めるための昇圧コンバータ１６が設けられている。
【００２４】
上述したスイッチング条件および切換条件は電子制御ユニット１９によって監視され、この電子制御ユニット１９は、上述した条件のうち少なくとも１つが生じた場合に２次接触器１５と１次接触器１３とを相応に駆動する。
【００２５】
２次エネルギ源ＩＩから１次エネルギ源Ｉへの切り換えが行われると、１次接触器１３は、遅延素子２０により２次エネルギ源ＩＩの先行の遮断に対して時間的にずらされたうえで、２次接触器１５によって駆動される。電子制御ユニット１９により、電気モータ４の駆動のための周波数変換器１４の出力周波数が、格納されている特性曲線にしたがい、主空気または補助空気の背圧が高い場合に比べ、この背圧が低い場合に、より高い回転数で駆動されるように調整される。
【００２６】
本発明は、上述した好ましい実施例に限定されない。むしろ、以下の特許請求の範囲の権利保護範囲に包含される各変化形態も考察可能である。つまり、例えば、１次エネルギ源Ｉとして、パンタグラフ５を介した架線タップではなく、トロリー線タップまたはこれに類似のものを用いることもできる。この場合、補助空気で駆動されるニューマチックアクチュエータは、トロリー線との接触接続および／または車両の動作電圧を供給する電気メインスイッチの操作を担当する。さらに、車両セットアップ後の２次エネルギ源ＩＩから１次エネルギ源Ｉへの切り換え、または安全上の理由による２次エネルギ源ＩＩの１回かぎりの遮断を、上述した事象とは異なる事象に依存して行うこともできる。
【符号の説明】
【００２７】
１  コンプレッサ
２  主エアタンク
３  主空気管路
４  電気モータ
５  パンタグラフ
６  切換手段
７  車両バッテリ
８  スイッチ弁
９  補助エアタンク
１０  逆止弁
１１，１２  圧力センサ
１３  １次接触器
１４  周波数変換器
１５  ２次接触器
１６  昇圧コンバータ
１７  電圧センサ
１８  電圧降下検出器
１９  制御ユニット
２０  時間素子
【図１】
0006771546.tif 000002
【図２】
0006771546.tif 000003