(57)【要約】      （修正有）【課題】永久磁石を備えた車両駆動用電気モータを利用した制動抵抗器の占有空間の小さい電気的安全制動装置を提供する。【解決手段】電気端子１３、１４、１５及び永久磁石を有する回転可能な電気機械式マシーン１０と、抵抗性制動トルク生成装置２２と、電気機械式マシーン１０の電気端子を抵抗性制動トルク生成装置２２にコンパクト且つ確実に接続できる電気機械式転流器２０とを備える。抵抗性制動トルク生成装置２２は、２つの単一接続端子１２４、１２６を有し、電気機械式マシーン１０の端子全てに対して共通の双極性電気出力負荷を形成する１つの熱放散用抵抗器を含む双極性アセンブリ１２２と、電気機械式マシーン１０の全ての電気端子からの電流を、双極性アセンブリ１２２の２つの単一接続端子に供給される単一電流に変換する、能動性の電力スイッチを備えていない変換手段１２０とを備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電気端子（１３、１４、１５）及び永久磁石を有する回転可能な電気機械式マシーン（１０）と、
抵抗性制動トルク生成装置（２２）と、
前記マシーンの前記電気端子（１３、１４、１５）を前記抵抗性制動トルク生成装置（２２）に確実に接続できる電気機械式転流器（ｃｏｍｍｕｔａｔｏｒ）（２０）と、を備えた電気牽引車両用、特に鉄道車両用を意図した電気的安全制動装置であって、
前記抵抗性制動トルク生成装置（２２）は、一方では、２つの単一接続端子（１２４、１２６）を有し、前記マシーンの電気端子（１３、１４、１５）全てに対して共通の双極性電気出力負荷を形成する、少なくとも１つの熱放散用抵抗器を含む双極性アセンブリ（１２２）と、もう一方では、前記マシーンの全ての電気端子（１３、１４、１５）からの電流を、前記双極性アセンブリ（１２２）の２つの単一接続端子（１２４、１２６）に供給される単一電流に変換する、能動性の（ａｃｔｉｖｅ）電力スイッチを備えていない変換手段（１２０）と、を備えていることを特徴とする電気的安全制動装置。
【請求項２】
前記変換手段（１２０）は、電気機械式転流器（２０）と、前記少なくとも１つの熱放散用抵抗器（１２２、１４６、１５６、１５８）を含む双極性アセンブリ（１２２）の間に置かれたダイオードブリッジ整流器（１２０）によって構成されていることを特徴とする、請求項１に記載の電気的安全制動装置。
【請求項３】
少なくとも１つのチョッパ用の制動抵抗器（１５６、１４６、１４４）を有するチョッパ（１７）を備えた装置であって、少なくとも１つの前記チョッパ用の制動抵抗器（１５６、１４６）は前記双極性アセンブリの熱放散用抵抗器であることを特徴とする、請求項１又は２に記載の電気的安全制動装置。
【請求項４】
単一のチョッパ用の制動抵抗器（１４６、１５６）は、双極性アセンブリの抵抗器であり、前記チョッパ（１７）はさらに２つの補助整流リレー（１４８と１５０、又は、１５２と１５４）を備え、前記２つの補助整流リレーは、前記双極性アセンブリの抵抗器を形成する前記チョッパ用の制動抵抗器（１４６、１５６）の一方側及び他方側に各々接続され、それぞれ前記チョッパ（１７）用の制動抵抗器を前記変換手段（１２０）から切断、又は前記変換手段に接続できることを特徴とする、請求項３に記載の電気的安全制動装置。
【請求項５】
前記少なくとも１つの熱放散用抵抗器を含む双極性アセンブリは、単一の熱放散用抵抗器（１２２、１４６）を備えていることを特徴とする、請求項１から４のいずれか一項に記載の電気的安全制動装置。
【請求項６】
前記少なくとも１つの熱放散用抵抗器を含む双極性アセンブリは、２つのみの抵抗器（１５６、１５８）を備えていることを特徴とする、請求項１から４のいずれか一項に記載の電気的安全制動装置。
【請求項７】
前記牽引インバータ（１８）を備えた装置であって、前記変換手段（１２０）は前記牽引インバータ（１８）が備えるダイオードによって構成された三相ブリッジ整流器であることを特徴とする、請求項１に記載の電気的安全制動装置。
【請求項８】
前記双極性アセンブリ（１２２）は、直列に接続された抵抗器（１６２）及びコンタクタ（１６３）によって構成され、前記双極性アセンブリは前記牽引インバータ（１８）と並列に接続されていることを特徴とする、請求項７に記載の電気的安全制動装置。
【請求項９】
前記双極性アセンブリの抵抗器（１６２）は、抵抗制動（ｒｈｅｏｓｔａｔｉｃ＿ｂｒａｋｉｎｇ）チョッパ（１７）の制動抵抗器の一部又は全てによって構成されていることを特徴とする、請求項３又は８に記載の電気的安全制動装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電気駆動される車両用、例えば鉄道車両用を意図した電気的安全制動装置に係り、特に永久磁石モータを備え、熱放散用抵抗器を含む双極性アセンブリを有する電気的安全制動装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
安全制動システムは、所望の制動力が極めて信頼性のある方法で作り出されることを保証する。
【０００３】
鉄道輸送の分野では、常用制動及び緊急制動の主に２つのタイプの制動動作がある。
【０００４】
常用制動動作は、運転動作中に最も一般的に使用されるものである。これは、０に近い最小力値と最大力値の間で調節することができる。鉄道によって、純電気的ブレーキ、純機械的ブレーキ、又は電気的及び機械的ブレーキの組合せの、複数のモードに分けることができ、鉄道の「通常の」停止及び減速動作、及び下降の際の速度維持の制動動作全てを行なう。しかし常用制動動作は、多くの電気的、電子的、機械的、空気圧、又は油圧構成部品が関係し、それらの部品が誤作動を起こし、その結果、所望と異なる制動力を生じ、又は、牽引・抵抗（ｒｈｅｏｓｔａｔｉｃ）制動転流器（ｃｏｍｍｕｔａｔｏｒ）を有する新型の牽引チェーンの場合、牽引力さえ生じる可能性がある、という意味において安全ではない。
【０００５】
緊急制動動作は、名前が示すように緊急の場合のみ使用される。この緊急状態は、外部緊急状況によって、又は常用制動の誤作動によって生じる可能性がある。このブレーキの目的は、できるだけ迅速且つ安全に列車を止めることである。このブレーキは調節することができないが、信頼性がある、即ち、故障の可能性が極めて低くなければならない。このブレーキは従って、使用する構成部品の数を最小にしなければならない。このブレーキは普通、純機械的であるが、信頼性を上げるには、機械ブレーキの寸法を相応に大きくする必要があり、特に熱放散すべき制動エネルギーのレベルが著しく大きい高速列車の場合、機械ブレーキの寸法は費用又は重量の点から禁止的に（到底実用に耐えないほど）大きくなってしまう。この理由で、電気的安全ブレーキを作り出すことが極めて有利である。
【０００６】
本発明は、永久磁石を備えた電気モータは磁束を新たに生成する必要がないので、負荷がかかっていると、回転を開始すると同時に抵抗性トルクを提供できるという事実に基づく電気的安全制動装置を提案する。
【０００７】
電気的安全制動システムの一種が、特許文献１に記載されている。この制動システムを使用する装置は、リレーのアセンブリを含む電気機械式の転流器を使用して、三相電気機械式モータに結合できる、星形結線された３つの制動抵抗器のネットワークを備えている。
【特許文献１】ドイツ国公開特許出願  ＤＥ＿１０１６０＿６１２＿Ａ１
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
その際の技術的課題は、この装置、特に３つの制動抵抗器が甚大な占有空間を必要とすることである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
この課題に対してなされた本発明は、電気端子及び永久磁石を有する回転可能な電気機械式マシーンと、抵抗性制動トルク生成装置と、前記マシーンの前記電気端子を前記抵抗性制動トルク生成装置に確実に接続できる電気機械式転流器と、を備えた電気牽引車両用、特に鉄道車両用を意図した電気的安全制動装置であって、
前記抵抗性制動トルク生成装置は、一方では、２つの単一接続端子を有し、前記マシーンの電気端子全てに対して共通の双極性電気出力負荷を形成する、少なくとも１つの熱放散用抵抗器を含む双極性アセンブリと、もう一方では、前記マシーンの全ての電気端子からの電流を、前記双極性アセンブリの２つの単一端子に供給される単一電流に変換する、能動性の（ａｃｔｉｖｅ）電力スイッチを備えていない変換手段とを備えていることを特徴とする。
【００１０】
特定の実施形態によると、電気的安全制動装置は以下の特徴の１つ又は複数を備えている。
（１）前記変換手段は、電気機械式転流器と、前記少なくとも１つの熱放散用抵抗器を含む双極性アセンブリの間に置かれたダイオードブリッジ整流器によって構成されている。
（２）前記電気的安全制動装置は、少なくとも１つのチョッパ用の制動抵抗器を有するチョッパを備えており、少なくとも１つの前記チョッパ用の制動抵抗器は前記双極性アセンブリの熱放散用抵抗器である。
（３）単一のチョッパ用の制動抵抗器は、双極性アセンブリの抵抗器であり、前記チョッパはさらに２つの補助整流リレーを備え、前記２つの補助整流リレーは、前記双極性アセンブリの抵抗器を形成する前記チョッパ用の制動抵抗器の一方側及び他方側に各々接続され、それぞれ前記チョッパ用の制動抵抗器を前記変換手段から切断、又は前記変換手段に接続できる。
（４）前記少なくとも１つの熱放散用抵抗器を含む双極性アセンブリは、単一の熱放散用抵抗器を備えている。
（５）前記少なくとも１つの熱放散用抵抗器を含む双極性アセンブリは、２つのみの抵抗器を備えている。
（６）前記電気的安全制動装置は牽引インバータを備えており、前記変換手段は前記牽引インバータが備えるダイオードによって構成された三相ブリッジ整流器である。
（７）前記双極性アセンブリは、直列に接続された抵抗器及びコンタクタによって構成され、前記双極性アセンブリは前記牽引インバータと並列に接続されている。
（８）前記双極性アセンブリの抵抗器は、抵抗制動チョッパの制動抵抗器の一部又は全てによって構成されている。
【発明の効果】
【００１１】
本発明による電気的安全制動装置では、緊急制動時に動作する「抵抗性制動トルク生成装置」が「双極性アセンブリ」と「変換手段」（ダイオードブリッジ整流器）とからなり、「双極性アセンブリ」が最小限の数の「熱放散用抵抗器」しか含まないので、占有スペース・重量が小さく、高信頼度が得られる。また、「変換手段」が、能動性の電力スイッチを備えておらず、即ち電力トランジスタなどの素子を含まず、受動素子、即ち、ダイオード、電気機械式転流器、電気機械式スイッチのみを含んでいるので、この点でも高信頼度が得られる。
さらに、「熱放散用抵抗器」及び「変換手段」（ダイオードブリッジ整流器）の一部又は全部を、常用制動モードで従来用いている装置・部品から借用して兼用することにより、より一層の占有スペース・重量の削減と、高信頼度が得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下の実施形態は単に例として与えたものに過ぎず、本発明の特許請求の範囲を如何なる意味においても限定するものではないが、添付した図面を参照しながら、この実施形態の説明を読んでもらうと、本発明はより良く理解していただけるであろう。
［第１の実施形態］
【００１３】
図１は、電気牽引チェーン１内に組み込まれたいわゆる電気的安全制動装置の第１の実施形態を示している。
【００１４】
電気牽引チェーン１は、アースに接続された接地４に対して高電圧が印加される懸垂線（又は、第３のレール）２により電力が供給される。
【００１５】
電気牽引チェーン１は、懸垂線２から電気エネルギーを捕捉するパンタグラフ（又は、スケート）６と、牽引チェーン１と懸垂線２の間の主スイッチ兼コンタクタとして働くラインサーキットブレーカ８と、を備えている。
【００１６】
牽引チェーン１はまた、電子的電力変換器１２を介して電力を供給できる、回転可能な電気機械式マシーン１０を備えている。
【００１７】
回転可能な電気機械式マシーン１０は本実施形態では、三相電力供給部を有し、各相の電気端子１３、１４、１５を備えた固定子、及び、その励起が永久磁石によって行なわれる回転子を備えている。
【００１８】
電気牽引モードでは、電気機械式マシーン１０はモータとして動作し、一方、電気制動モードでは発電機として動作する。
【００１９】
電子的電力変換器１２は、サーキットブレーカ８からモータ１０に向かって順に、ラインフィルタ１６と、抵抗（ｒｈｅｏｓｔａｔｉｃ）制動チョッパ１７と、本実施形態では、電気機械式転流器２０を介して電力を回転可能なマシーン１０に供給できる三相交流出力を有するインバータ１８とを備えている。
【００２０】
牽引チェーンの要素の全ては、アース戻りライン２１を介して共通接地４に接続されている。
【００２１】
電気牽引チェーン１は、牽引チェーンとして動作できることに加えて、常用制動と呼ばれる、第１の非安全電気制動としての動作もできる。
【００２２】
常用制動と呼ばれる第１の電気制動は、牽引チェーンの構成部品、即ち発電機１０、整流器として構成されたインバータ１８、抵抗制動チョッパ１７、ラインフィルタ１６、及び電気機械式転流器２０を備えている。
【００２３】
安全制動と呼ばれる第２の電気制動は、回転可能な電気機械式マシーン１０に加えて、電気機械式転流器２０と、熱放散タイプの抵抗性制動トルク生成装置２２とを備えている。
【００２４】
ラインフィルタ１６は本実施形態では、サーキットブレーカ８とチョッパ１７のライン入力２９の間に直列に取り付けられたラインインダクタ２８、及びチョッパ１７のライン入力２９に並列に電気接続されたコンデンサ３０によって形成された従来の「ＬＣ」構造を備えている。
【００２５】
抵抗制動チョッパ１７は、例えば、調整装置として働き、抵抗制動抵抗器３４に直列に接続されている、ＩＧＢＴタイプ（絶縁ゲートバイポーラトランジスタ）の電力トランジスタ３２を備えている。
【００２６】
抵抗制動チョッパ１７はまた、制動抵抗器３４に並列に接続された、フリーホイールダイオード３６を備えている。
【００２７】
インバータ１８は、電気機械式転流器２０を使用して作り出される接続を介して、モータ１０のステータの各相の電気端子（入力端子として働く）１３、１４、１５にそれぞれ接続できる、３つの交流三相の出力ライン３７、３８、３９を備えている。
【００２８】
インバータ１８は、入力フィルタ１６の出力と戻りライン２１の間に接続され三相結線された、６つの電子的電力スイッチからなる従来の構造を有する。
【００２９】
各電子的電力スイッチ４２、４４、４６、４８、５０、５２は、それぞれ例えば、ＩＧＢＴタイプであり、グリッド電圧によって電導状態／非電導状態を制御できる電力トランジスタ５４、５６、５８、６０、６２、６４を備えており、各電力トランジスタは、逆平行に取り付けられたフリーホイールダイオード６６、６８、７０、７２、７４及び７６と組み合わされている。
【００３０】
本実施形態では、図１では、各電力トランジスタの矢印はこのトランジスタが導電性である場合の電流の流れ方向を示している。
【００３１】
各電力スイッチ４２、４４、４６は、それぞれ電力スイッチ４８、５０、５２と対になって組み合わされており、各対の第１のスイッチの１つの出力は第２のスイッチの１つの入力に接続されると同時にインバータの出力を形成し、各出力はそれぞれインバータの出力ライン３７、３８、３９に接続されている。
【００３２】
電子的電力スイッチの制御回路は、図１には示されていないが、モータモードにおいて同期牽引機能を電気機械式マシーン１０に与えるものとする。
【００３３】
電気機械式転流器２０は、それぞれモータ１０の固定子層の電気端子１３、１４、１５に接続された３つの入力ピン９０、９２、９４のアセンブリを備えている。
【００３４】
電気機械式転流器２０はまた、それぞれインバータ１８の出力ライン３７、３８、３９に接続された、第１のグループの出力ピン９６、９８、１００を備えている。
【００３５】
電気機械式転流器２０はまた、モータ１０をインバータ１８から隔離するために、電気絶縁され、それぞれ入力ピン９０、９２、９４に接続できる、第２のグループの出力ピン１０２、１０４及び１０６を備えている。
【００３６】
電気機械式転流器２０はまた、それぞれ電気安全制動の抵抗性制動トルク生成装置２２の入力１１４、１１６及び１１８に接続された、第３のグループの出力ピン１０８、１１０及び１１２を備えている。
【００３７】
電気機械式転流器２０は、入力ピン９０、９２及び９４から、第１、第２、及び第３のグループの出力ピンへの、機械的接触素子によって生成された電気接続による全ての選択的転流を可能にする、転流命令を受領できる命令入力１１９を備えている。
【００３８】
電気機械式転流器２０は限られた数の受動（ｐａｓｓｉｖｅ）素子で構成されているので、安全かつ信頼性がある。
【００３９】
抵抗性制動トルク生成装置２２は、電力供給、本実施形態では三相電力供給を受領できる３つの入力１１４、１１６、及び１１８を備えたブリッジ整流器として受動的に構成された従来型のダイオードブリッジ１２０と、ダイオードブリッジの２つの単一出力１２４及び１２６の間に接続された単一の双極性負荷抵抗器１２２によって形成されている。ダイオードブリッジは本実施形態では、６つのダイオード１３０、１３２、１３４、１３６、１３８及び１４０で構成されている。
なお、「２つの単一出力」及び「単一の双極性負荷抵抗器」において、「単一」（ｓｉｎｇｌｅ）は「３相に分割されていない」ことを強調するために使っており、図１も参照すると、各々、「２つの出力」、（通常の2端子の）「負荷抵抗器」である。また、「負荷抵抗器」は、その機能上「熱放散用抵抗器」である。
【００４０】
牽引モードの動作中、電気機械式マシーン１０はモータとして動作し、電気機械式転流器２０は、第１のグループの出力ピンが入力ピン９０、９２、９４に接続されるように構成されている。このように、インバータ１８は、モータ１０に同期してモータの速度に適合した正弦電流波をモータ１０に供給する。
【００４１】
常用制動動作中、電気機械式転流器２０は、牽引動作中と同じ状態に留まったままである。
【００４２】
インバータ１８は、整流器モードで動作するように構成されており、チョッパ１７は、制動電力のうちの受領可能な部分を懸垂線６に伝えるように制御され、この制動電力の残りの部分は抵抗器３４において熱放散される。
【００４３】
電気的安全制動動作中、電気機械式転流器２０は、最初に、モータとして働いていた回転可能なマシーン１０を電力変換器１２から隔離し、その後、発電機として働く回転可能なマシーン１０の各電気端子（出力端子として働く）１３、１４、１５を、入力１１４、１１６及び１１８を介して抵抗性制動トルク生成装置２２に接続するために、最初に、第２のグループの出力ピン側に、その後、第３のグループの出力ピン側に切り換えられる。
【００４４】
ダイオードブリッジ整流器１２０は、発電機１０の交流出力電流を整流して単一電流に変換した後に、ジュール効果により熱の形で電気エネルギーを放散させる、この場合単一の抵抗器１２２に電気エネルギーの連続供給を行なう。
即ち本実施形態では、「変換手段」は「ダイオードブリッジ整流器１２０」であり、「双極性アセンブリ」は単一の「抵抗器１２２」である。
【００４５】
ダイオードブリッジ整流器の２つの単一出力１２４、１２６の端子において、１つ又は複数の負荷抵抗器１２２のみ使用することの利点は、抵抗性電気回路網の単純化につながり、通常は各対の相の間に（多角形配置）、又は各相に直列に（星状配置）で配置される同じ値の抵抗器の数を減少でき、従って占有空間を節約する。
【００４６】
ダイオードブリッジ整流器が占める空間は、抵抗器に関連する空間と比較して小さく、第１の実施形態によって形成された構造は、ブリッジにダイオードを適宜加えるだけで、任意の多相（ｎ相、ｎ＞３）のモータ固定子相にも使用できるので、単一の負荷抵抗器を使用することは空間の節約に有利に働く。
［第２の実施形態］
【００４７】
図２は、電気牽引チェーン１内に組み込まれた電気的安全制動装置の第２の実施形態を示している。
【００４８】
牽引チェーン１は、図１に記載したものと同様であり、図１のチョッパ１７の抵抗制動抵抗器３４が直列の２つの抵抗器１４４、１４６のアセンブリに置き換えられ、接地戻りライン２１の最も近くに配置された抵抗器、本実施形態では抵抗器１４６が電気的安全制動用負荷抵抗器として働き、また抵抗器１４６の一方側及びもう一方側に、２つの電気機械式転流器１４８、１５０があり、その一方１４８により抵抗器１４６の端子を抵抗器１４４又は電気的安全制動のダイオードブリッジ１２０の出力１２４の何れかに接続でき、もう一方１５０により抵抗器１４６のもう一方の端子を電気的安全制動のダイオードブリッジ１２０の出力１２６又はチョッパの接地戻りライン２１の何れかに接続できる点において異なる。
即ち本実施形態では、「変換手段」は「ダイオードブリッジ整流器１２０」であり、「双極性アセンブリ」は抵抗器１４６と２つの電気機械式転流器１４８、１５０とからなる。
【００４９】
即ち、抵抗器１４６は、電気的安全制動のブリッジ整流器１２０の出力端子１２４、１２６に接続されて図１の抵抗器１２２として動作するか、又は、抵抗器１４４と直列に接続されてチョッパ１７の制動抵抗器を形成する（図１の抵抗器３４と同様に）か、２つの転流器１４８、１５０により切り替え可能である。
【００５０】
この第２の実施形態の特定の例は、抵抗器１４４の値がゼロである、即ち抵抗器１４４が無い場合に得られる。本実施形態では、抵抗器１４６は、図１の抵抗チョッパの抵抗器３４、及び図１の制動トルク生成装置２２の抵抗器１２２の両方として働く。
【００５１】
牽引モード及び常用制動モードの動作は、図１に対して記載したものと同一である。
【００５２】
電気的安全制動動作中、電気機械式転流器２０の出力ピンの転流シーケンスは、図１に対して記載したものと同一である。
【００５３】
電気機械式転流器２０の転流と並行して、２つの転流器１４８、１５０は抵抗器１４６をチョッパ１７から切断し、これをブリッジ整流器１２０の端子１２４、１２６に接続する。
【００５４】
このようにして、ダイオードブリッジ整流器１２０は、単一の抵抗器１４６に電気エネルギーの連続供給を行なって、ジュール効果により熱の形で電気制動エネルギーを放散させる。
【００５５】
抵抗チョッパの抵抗の一部又はさらには全部が安全制動動作中に再利用されるので、図２の構成により制動抵抗器の占有空間がさらに大きな節約できる。
【００５６】
２つの電気機械式転流器１４８、１５０が占める空間は、抵抗を再利用することによって節約される空間と比較して小さい。
【００５７】
安全制動が抵抗チョッパの抵抗器のみを使用する場合に、即ち抵抗器１４４がゼロの値を有する場合に節約が最も大きい。この場合、安全制動のために新たな抵抗器を追加する必要がない。
【００５８】
図２の概略図に示した第２の実施形態の信頼度は、受動電気機械式転流器のみ、即ち転流器２０、１４８及び１５０が使用されている、及びチョッパ１７が完全に隔離されているという点において、図１のものと同等である。
【００５９】
第２の実施形態の一変更形態においては、抵抗器１４４及び１４６を図２のように直列に接続する代わりに、並列に接続する。転流器１４８により、抵抗器１４６の一方の端子は、電子的電力スイッチ３２側に接続された抵抗器１４４の端子、又は、電気的安全制動のダイオードブリッジ１２０の出力１２４のいずれかに接続でき、転流器１５０により、抵抗器１４６のもう一方の端子は、アース戻りライン２１側に接続された抵抗器１４４の端子、又は、電気的安全制動のダイオードブリッジ１２０の出力１２４のいずれかに接続できる。
第２の実施形態は、第１の実施形態における抵抗器３４の値が抵抗器１２２の値より大きいか等しい場合に適用できるのに対して、第２の実施形態の一変更形態は、第１の実施形態における抵抗器３４の値が抵抗器１２２の値より小さい場合に適用できる。
［第３の実施形態］
【００６０】
図３は、図１及び２に記載した第１及び第２の実施形態を補足する電気的安全制動装置の第３の実施形態を示している。
【００６１】
牽引チェーン１は、図１のものと同様であり、それぞれチョッパ１７の単一の抵抗制動抵抗器１５６の端子に接続された２つの補助電気機械式転流器１５２及び１５４が、抵抗器１５６を接地戻りライン２１から切断し、これを補助転流器１５４の入力１２６及び出力でダイオードブリッジ１２０に永久的に接続された外部抵抗器１５８に直列接続できるという点において異なる。
【００６２】
電気的安全制動の制動トルク生成装置２２の負荷抵抗器は、外部抵抗器１５８、及びチョッパ１７の単一の抵抗制動抵抗器１５６から構成されている。
【００６３】
牽引モード及び常用制動モードの動作は、図１及び２に対して記載したものと同一である。
【００６４】
電気的安全制動動作中、電気機械式転流器２０の出力ピンの転流シーケンスは、図１及び２に対して記載したものと同一である。
【００６５】
電気機械式転流器２０の転流と並行して、２つの転流器１４８、１５０は抵抗器１５６をチョッパ１７から切断し、その端部の一方をブリッジ整流器１２０の端子１２４に、もう一方の端部をブリッジ整流器の端子１２６に接続された外部抵抗器１５８に接続させる。
【００６６】
このようにして、ダイオードブリッジ整流器１２０は、２つの抵抗器１５６、１５８の直列アセンブリに電気エネルギーの連続供給を行なって、ジュール効果により熱の形で電気制動エネルギーを放散させる。
即ち本実施形態では、「変換手段」は「ダイオードブリッジ整流器１２０」であり、「双極性アセンブリ」は２つの抵抗器１５６、１５８と２つの電気機械式転流器１５２、１５４とからなる。
【００６７】
安全制動動作が高速で使用される場合にチョッパ抵抗器１５６だけでは不適当な場合に、外部抵抗器１５８が加えられるが、このような構成は、チョッパ抵抗器の再利用により、図１の構造と比較してより大きな空間が節約できる。
【００６８】
信頼度はまた、第１及び第２の実施形態と同一である。
［第４の実施形態］
【００６９】
図４は、電気牽引チェーン１内に組み込まれた、第１、第２及び第３の実施形態のものより僅かに低い信頼度を有する、電気的安全制動装置の第４の実施形態を示している。
【００７０】
電気牽引チェーン１は、３つの実施形態のものと類似しているが、以下の点において図１のものと異なる。
（１）図１において３つのグループの出力ピンを有する電気機械式転流器２０は、第１のグループ及び第２のグループの出力ピンのみを備えた、電気機械式転流器１６０によって換えられる。
（２）制動トルク生成装置２２は、本実施形態では、（ａ）インバータ１８のうちの、フリーホイールダイオード６６、６８、７０、７２、７４、７６からなるフリーホイールダイオードブリッジと、（ｂ）チョッパ１７及びインバータ１８の間に接続されたアセンブリであって、電気機械式コンタクタ１６３及び電気機械式コンタクタ１６３に直列に接続された負荷抵抗器１６２からなるアセンブリと、（ｃ）インバータ１８の電力トランジスタ５４、５６、５８、６０、６２、６４、及びチョッパ１７の電力トランジスタ３２を安全に遮断でき、コンタクタ１６３を閉鎖できる遮断回路１６４と、によって構成されている。
【００７１】
電気機械式転流器１６０は、モータ１０内の短絡故障の場合に、モータ１０をインバータ１８から切断するように働く。この転流器は従来、このタイプの牽引チェーンで使用されているものであり、本発明によって変更されるものではない。
【００７２】
牽引モード及び常用制動モードの動作は、図１、２及び３で記載したものと同一である。
【００７３】
電気的安全制動動作中、電気機械式転流器１６０は、電気機械式マシーン１０をインバータ１８に接続した状態のままである。
【００７４】
遮断回路１６４は、インバータ１８の６つの電力トランジスタ５４、５６、５８、６０、６２、６４及び電力トランジスタ３２を開くように制御する。
【００７５】
並行して、回路１６４は、補助電気機械式リレー１６３を閉じるように制御する。
【００７６】
このように、電力インバータ１８は、ダイオード６６、６８、７０、７２、７４、７６によって構成された単純ブリッジ整流器として働く。遮断回路１６４は、インバータ１８がインバータとして動作するのを安全な方法で防ぐ。
【００７７】
このように、フリーホイールダイオード６６、６８、７０、７２、７４、７６から構成されるブリッジは、図１、２及び３のブリッジ整流器１２０として動作し、ブリッジに接続された負荷抵抗器１６２に発電機１０のエネルギーを与える。
即ち本実施形態では、「変換手段」は「インバータ１８内のフリーホイールダイオードから構成されるブリッジ」であり、「双極性アセンブリ」は抵抗器１６２と電気機械式コンタクタ１６３とからなり、さらにこれら「変換手段」「双極性アセンブリ」を制御する「遮断回路」が設けられる。
【００７８】
上述の３つの実施形態による解決法と比較した場合、この第４の実施形態による解決法の利点は、ブリッジ整流器が牽引インバータ１８の既存のフリーホイールダイオードを転用して作られるので、新たに電子的電力構成部品を追加する必要がないということである。しかし、この安全制動システムはインバータ１８が短絡故障している場合に使用することができないので、上述の解決法よりは僅かに安全性が低い。
【００７９】
図２及び３に記載した、図１の製造変更形態を参照すると、抵抗器１６２が（図２のように）、２つのコンタクタ一式の力により、抵抗器３４の一部を借りて作られている、又は代わりに、抵抗器１６２が（図３のように）追加の抵抗器と直列の抵抗器３４によって構成されている、図４の製造変更形態を実現できる。
特定の例としては、この抵抗器１６２が（図２の抵抗器１４４がゼロである場合のように）抵抗器３４のみによって構成されている。
この場合の安全制動装置は、かかる安全制動装置を備えていない場合の電気回路と比較して、コンタクタ１６３及び制御回路１６４の追加が必要なだけであり、従って、空間、重量及び費用の面において非常に経済的である。
【図面の簡単な説明】
【００８０】
【図１】は、電気牽引チェーン内に組み込まれた電気的安全制動装置の第１の実施形態の概略図である。
【図２】は、電気牽引チェーン内に組み込まれた電気的安全制動装置の第２の実施形態の概略図である。
【図３】は、第１及び第２の実施形態の混合である、電気的安全制動装置の第３の実施形態の概略図である。
【図４】は、電気牽引チェーン内に組み込まれた電気的安全制動装置の第４の実施形態の概略図である。
【符号の説明】
【００８１】
１    （電気）牽引チェーン
２    懸垂線（又は、第３のレール）
４    （共通）接地
６    パンタグラフ（又は、スケート）
８    （ライン）サーキットブレーカ
１０    （回転可能な電気機械式）マシーン、回転可能なマシーン、電気機械式マシーン、  モータ、発電機
１２    （電子的）電力変換器
１３、１４、１５    （各相の）電気端子
１６    ラインフィルタ、入力フィルタ
１７    （抵抗制動）チョッパ、抵抗チョッパ
１８    （牽引）インバータ、電力インバータ
２０    電気機械式転流器
２１    （アース）戻りライン
２２    抵抗性制動トルク生成装置
２８    ラインインダクタ
２９    ライン入力
３０    コンデンサ
３２    電力トランジスタ、電子的電力スイッチ
３４    抵抗制動抵抗器、（制動）抵抗器
３６    フリーホイールダイオード
３７、３８、３９    （交流三相の）出力ライン
４２、４４、４６、４８、５０、５２    （電子的）電力スイッチ
５４、５６、５８、６０、６２、６４    電力トランジスタ
６６、６８、７０、７２、７４、７６    （フリーホイール）ダイオード
９０、９２、９４    入力ピン
９６、９８、１００    第１のグループの出力ピン
１０２、１０４、１０６    第２のグループの出力ピン
１０８、１１０、１１２    第３のグループの出力ピン
１１４、１１６、１１８    （抵抗性制動トルク生成装置の）入力
１１９    命令入力
１２０    ダイオードブリッジ整流器、（三相）ブリッジ整流器、  変換手段、
１２２    単一端子双極性の負荷抵抗器、（負荷）抵抗器、  熱放散用抵抗器、双極性アセンブリ
１２４、１２６    ダイオードブリッジの２つの（単一）出力、出力端子、接続端子
１３０、１３２、１３４、１３６、１３８、１４０    ダイオード
１４４、１４６    （制動）抵抗器、  熱放散用抵抗器
１４８、１５０    電気機械式転流器、  補助整流リレー
１５２、１５４    補助（電気機械式）転流器、  補助整流リレー
１５６    （抵抗制動）抵抗器、制動抵抗器、  熱放散用抵抗器
１５８    （外部）抵抗器、  熱放散用抵抗器
１６０    電気機械式転流器
１６２    （負荷）抵抗器
１６３    （電気機械式）コンタクタ、補助電気機械式リレー
１６４    （遮断）回路、制御回路
【図１】
2009081987.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
2009081987.tif 000006
【外国語明細書】
Rheostatic safety braking device having a bipolar resistive assembly with permanent magnet motor
The invention relates to an electric safety braking device which is intended for a vehicle which is electrically driven, for example, a rail vehicle.
A safety braking system ensures the desired braking force is produced in an extremely reliable manner. 
In the field of rail transport, there are principally two types of braking operation: service braking and emergency braking.
The service braking operation is the one which is most commonly used during operation. It can be adjusted between a minimum force value close to 0 and a maximum force value. It can be broken down itself into a plurality of modes, depending on the trains: purely electric brake, purely mechanical brake or combined electric and mechanical brake. It carries out all the “normal” stopping and deceleration operations of the train, and the braking operations for holding on declines. However, it is not secure in the sense that it involves a large number of electric, electronic, mechanical, pneumatic or hydraulic components which may malfunction and therefore bring about a different braking force from that desired, or even, with the new traction chains having traction/static braking commutation, a traction force.
. The emergency braking operation is used, as its name suggests, only in the event of an emergency. This emergency condition may be brought about either by an external emergency situation or by a malfunction of the service brake. The object of this brake is to stop the train as quickly and safely as possible. This brake cannot be adjusted but is reliable, that is to say, its probability of failure must be extremely low. This brake must therefore use the fewest possible number of components. Generally, it is purely mechanical, but this requires the mechanical brake to be sized accordingly which may be found to be prohibitive in terms of cost or mass, in particular in a high-speed train where the levels of braking energy to be dissipated are significant. For this reason, it may be very advantageous to produce an electric safety brake.
This invention proposes an electric safety brake which is based on the fact that an electric motor with permanent magnets requires nothing to provide flux and therefore provides a resistive torque as soon as it rotates, if it is charged.
A type of electric safety braking system is described in the German patent application published as DE 10160 612 A1. The device which uses this braking system comprises a network of three brake resistors which are connected in the form of stars, which is capable of being coupled, using a commutator of the electromechanical type comprising an assembly of relays, to a three-phase electromechanical motor.
The technical problem is the spatial requirement of this device, in particular three brake resistors.
To this end, the invention relates to an electric safety braking device which is intended for an electric traction vehicle, in particular a rail vehicle comprising:
a rotating electromechanical machine having permanent magnets with electric terminals,
a resistive braking torque production device,
an electromechanical commutator which is capable of reliably connecting the electric terminals of the machine to the braking torque production device,
characterised in that
the resistive braking torque production device comprises, on the one hand, a bipolar assembly of at least one dissipative resistor, the assembly having two single connection terminals and forming a common terminal bipolar electric output load for all the terminals of the machine and, on the other hand, means for converting the currents from all the terminals into a single current which is supplied to the two single terminals of the bipolar assembly, the conversion means having no active power switches.
According to specific embodiments, the braking device comprises one or more of the following features:
- the conversion means are constituted by a diode bridge rectifier which is interposed between the electromechanical commutator and the bipolar assembly of at least one dissipative resistor;
- the device comprises a chopper which has at least one chopper brake resistor and at least one chopper resistor is a dissipative resistor of the bipolar assembly;
- a single chopper brake resistor is a resistor of the bipolar assembly and the chopper comprises two auxiliary commutating relays which are connected at one side and the other of the chopper brake resistor which forms a resistor of the bipolar assembly, and which are capable of disconnecting or connecting the brake resistor of the chopper from/to the conversions means, respectively;
- the bipolar assembly of at least one dissipative resistor comprises a single dissipative resistor;
- the bipolar assembly of at least one dissipative resistor comprises only two resistors;
- the device comprises a traction inverter and the conversion means are a three-phase bridge rectifier which is constituted by the diodes of the traction inverter;
- the bipolar assembly is constituted by a resistor and a contactor which are connected in series, this assembly being connected in parallel on the traction inverter; and
- the resistor is constituted by a part or all of the brake resistor of the rheostatic braking chopper.
The invention will be better understood from a reading of the description of the embodiments which will follow and which are given purely by way of example and with reference to the drawings, in which:
- Figure 1 is a schematic view of a first embodiment of an electric safety brake which is integrated in an electric traction chain,
- Figure 2 is a schematic view of a second embodiment of an electric safety brake which is integrated in an electric traction chain,
- Figure 3 is a schematic view of a third embodiment of an electric safety brake which is a hybrid of the first and second embodiments,
- Figure 4 is a schematic view of a fourth embodiment of an electric safety brake which is integrated in an electric traction chain.
Figure 1 illustrates a first embodiment of a so-called electric safety brake integrated in an electric traction chain 1.
The traction chain 1 is supplied with electrical power by means of a catenary line (or a third rail) 2 which is under high voltage and which is referenced by a ground 4 which is connected to the earth.
The electric traction chain 1 comprises a pantograph (or skate) 6 for capturing electrical energy from the catenary line 2 followed by a line circuit-breaker 8 which acts as a main switch/contactor between the traction chain 1 and the catenary line 2.
The electric traction chain 1 also comprises a rotating electromechanical machine 10 which is capable of being supplied with electrical power via an electronic power converter 12.
The rotating electromechanical machine 10 in this instance comprises a stator which has a three-phase power supply and which is provided with electrical input terminals 13, 14, 15 and a rotor whose excitation is provided by a permanent magnet.
In electric traction mode, the electromechanical mechanism 10 operates as a motor whilst, in electric braking mode, it operates as a voltage generator. 
The electronic power converter 12 comprises, in sequence from the circuit-breaker 8 to the motor 10, a line filter 16, a rheostatic braking chopper 17 and an inverter 18, in this instance having a three-phase output, which is capable of supplying the motor 10 with electrical power via an electromechanical connection commutator 20.
All of the elements of the traction chain 1 are connected to the common ground 4 via an earth return line 21.
The electric traction chain 1, in addition to being capable of operating as a traction chain, is also capable of operating as a first, non-safety electric brake, referred to as the service brake.
The first electric brake, referred to as the service brake, comprises components of the traction chain 1, that is to say, the generator 10, the inverter 18 which is configured as a rectifier, the rheostatic braking chopper 17, the line filter 16 and the electromechanical commutator 20.
A second electric brake, referred to as a safety brake, in addition to the rotating electromechanical mechanism 10, comprises the electromechanical commutator 20 and a resistive brake torque production device 22 of the dissipative type.
The line filter 16 comprises in this instance a conventional “LC” structure which is formed by a line inductor 28 which is mounted in series between the circuit-breaker 8 and a line input 29 of the chopper 17 and a capacitor 30 which is electrically connected in parallel close to the input 29 of the chopper 17.
The rheostatic braking chopper 17 comprises a power transistor 32 of the IGBT type (Insulated Gate Bipolar Transistor) which acts, for example, as a regulator and which is connected in series to a rheostatic brake resistor 34.
The rheostatic braking chopper 17 also comprises a free wheel diode 36 which is connected in parallel to the brake resistor 34.
The inverter 18 comprises three alternating three-phase output lines 37, 38, 39 which are each capable of being connected to an electric stator phase input terminal 13, 14, 15, respectively, of the motor 10 via a connection which is produced using the electromechanical commutator 20.
The inverter 18 has a conventional structure having six electronic power switches which are connected in three phases connected between the output of the input filter 16 and the earth return line 21.
Each electronic power switch 42, 44, 46, 48, 50, 52 comprises a power transistor 54, 56, 58, 60, 62, 64, respectively, which is, for example, of the IGBT type and which can be controlled in a conductive state/non-conductive state by a grid voltage, each power transistor being associated with a free wheel diode 66, 68, 70, 72, 74 and 76 which is mounted in an anti-parallel manner thereon. 
In this instance, in Figure 1, the arrow of each power transistor represents the flow direction of the current when this transistor is conductive.
Each power switch 42, 44, 46 is associated with a power switch 48, 50, 52, respectively, the output of one of the first switches being connected to the input of one of the second switches and forming an output of the inverter, each output being connected to an output line 37, 38, 39 of the inverter, respectively.
The control circuits of the electronic power switches are not illustrated in Figure 1 and are assumed to be capable of providing the electromechanical machine 10 with a synchronous traction function in motor mode.
The electromechanical commutator 20 comprises an assembly of three input pins 90, 92, 94 which are connected to the electric input terminals 13, 14, 15 of the stator phases of the motor 10, respectively.
The electromechanical commutator 20 also comprises a first group of output pins 96, 98, 100 which are connected to the output lines 37, 38, 39 of the inverter 18, respectively.
The electromechanical commutator 20 also comprises a second group of output pins 102, 104 and 106 which are electrically isolated and which are capable of being connected to the input pins 90, 92, 94, respectively, in order to isolate the motor 10 from the inverter 18.
The electromechanical commutator 20 comprises a third group of output pins 108, 110 and 112, each output pin 108, 110 and 112 being connected to an input 114, 116 and 118 of the braking torque production device 22 of the electric safety brake, respectively.
The electromechanical commutator 20 comprises a command input 119 which is capable of receiving a commutation command which allows selective commutation of all of the electrical connections produced by mechanical contact elements, from input pins 90, 92 and 94 to output pins between the first group of output pins, the second group of output pins and the third group of output pins. 
Since the electromechanical commutator 20 is constituted by a limited number of passive elements, it is safe and reliable.
The braking torque production device 22 is formed by a conventional diode bridge 120 which is configured passively as a bridge rectifier, with three inputs 114, 116 and 118 which are capable of receiving an electrical power supply, in this instance a three-phase electrical power supply, and a single terminal bipolar load resistor 122 which is connected between two single outputs 124 and 126 of the diode bridge. The diode bridge is composed in this instance of six diodes 130, 132, 134, 136, 138 and 140.
During operation in traction mode the electromechanical mechanism 10 operates as a motor and the electromechanical commutator 20 is configured in such a manner that the output pins of the first group are connected to the input pins 90, 92, 94. In this manner, the inverter 18 supplies the motor 10 with a sinusoidal current wave which is adapted in a synchronous manner to the speed of the motor.
During a service braking operation, the electromechanical commutator 20 remains in the same state as during the traction operation.
The inverter 18 is configured to operate in rectifier mode and the chopper 17 is controlled to convey to the catenary 6 the portion of braking power which it is able to receive, the remainder of this braking power being dissipated in the resistor 34.
During an electric safety braking operation, the electromechanical commutator 20 is switched successively to the second group, then the third group of output pins in order to isolate the motor 10 from the power converter 12, then to connect each terminal 13, 14, 15 of the rotating machine 10 which acts as a generator to the braking torque production device 22 via the inputs 114, 116 and 118, respectively.
After rectifying the alternating output currents of the generator 10, the diode bridge rectifier 120 provides a continuous supply of electrical energy for the single resistor 122 which dissipates the electrical energy in the form of heat via the Joule effect.
The advantage afforded by the use of one or more resistors 122 at the two single output terminals of a bridge rectifier results in the simplification of the resistive electric circuit diagram and saving in terms of space provided by the reduction of the number of resistors of the same value which are normally arranged between each pair of phases (polygonal arrangement) or in series on each phase (star-like arrangement). 
Since the space occupied by the diode bridge rectifier is small compared with that associated with a resistor, and the structure formed by the first embodiment can also be used for any number of motor stator phases by adding diodes to the bridge, using a single load resistor advantageously allows space to be saved.
Figure 2 illustrates a second embodiment of the electric safety brake which is integrated in the electric traction chain.
The traction chain 1 is similar to that described in Figure 1 and differs in that the rheostatic brake resistor 34 of the chopper 17 of Figure 1 is replaced by an assembly of two resistors 144, 146 in series, in that the resistor which is located closest to the earth return line 21, in this instance the resistor 146, acts as a load resistor for the electric safety brake, and that there is arranged at one side and the other of the resistor 146, two electromechanical commutators 148, 150, one of which, 148, allows a terminal of the resistor 146 to be connected, either to the resistor 144 or to the output 124 of the diode bridge 120 of the electric safety brake and the other, 150, allows the other terminal of the resistor 146 to be connected either to the output 126 of the diode bridge 120 of the electric safety brake or to the earth return line 21 of the chopper.
That is to say, the resistor 146 is capable of being connected, owing to the two commutators 148, 150, either to the terminals of the bridge rectifier of the electric safety brake and thus acting as the resistor 122 of Figure 1 or in series with the resistor 144 in order to form the brake resistor of the chopper 17 (in the same manner as the resistor 34 of Figure 1).
A specific example of this second embodiment is obtained when the value of the resistor 144 is zero, that is to say, it is absent. In this instance, the resistor 146 acts both as the resistor 34 of the rheostatic chopper of Figure 1 and the resistor 122 of the braking torque production device 22 of Figure 1.
The operation in traction mode and in service braking mode is identical to that described for Figure 1.
During an electric safety braking operation, the commutation sequence of the output pins of the electromechanical commutator 20 is identical to that described for Figure 1.
In parallel with the commutation of the electromechanical commutator 20, the two commutators 148, 150 disconnect the resistor 146 from the chopper 17 and connect it to the terminals 124, 126 of the bridge rectifier 120.
In this manner, the diode bridge rectifier 120 provides a continuous supply of electrical energy to the single resistor 146 which dissipates the electric braking energy in the form of heat via the Joule effect.
The configuration of Figure 2 provides an even greater saving in terms of space on the brake resistors since part, or even all of the resistance of the rheostatic chopper is reused during a safety braking operation.
The relative increase in space resulting from the two electromechanical commutators 148, 150 is small compared with the additional saving in terms of space obtained by reusing the resistance.
The saving is greatest when the safety braking uses only the rheostatic chopper resistor, that is to say, when the resistor 144 has a value of zero. No additional resistor is intended to be added for the safety brake.
The degree of reliability of the diagram of Figure 2 is equivalent to that of Figure 1 in that only passive electromechanical commutators are used, that is to say, the commutators 20, 148 and 150, and the connection to the chopper 17 is completely isolated.
One variant of this second embodiment involves connecting the resistors 144 and 146 in parallel instead of connecting them in series as in Figure 2. The commutator 148 allows one of the terminals of the resistor 146 to be connected either to the terminal of the resistor 144 at the switch side 32 or to the output 124 of the diode bridge 120 of the electric safety brake and the commutator 150 allows the other terminal of the resistor 146 to be connected either to the terminal of the resistor 144 at the side of the earth return line 21, or to the output 124 of the diode bridge 120 of the electric safety brake.
Figure 3 illustrates a third embodiment of the electric safety brake which complements the first and second embodiments described in Figures 1 and 2.
The traction chain 1 is similar to that of Figure 1 and differs therefrom in that two auxiliary electromechanical commutators 152 and 154 connected to the terminals of a single rheostatic brake resistor 156 of the chopper 17, respectively, are capable of disconnecting the resistor 156 from the earth return line 21 and connecting it in series to an external resistor 158 which is connected permanently to the diode bridge 120 at the input 126 and at the output of the auxiliary commutator 154.
The load resistor of the braking torque production device 22 of the electric safety brake is composed of the external resistor 158 and the single resistor 156 of the rheostatic brake of the chopper 17.
The operation in traction mode and in service braking mode is identical to that described for Figures 1 and 2.
During a safety braking operation, the commutation sequence of the output pins of the electromechanical commutator 20 is identical to that described for Figures 1 and 2.
In parallel with the commutation of the electromechanical commutator 20, the two commutators 152, 154 disconnect the resistor 156 from the chopper 17, connect one of the ends thereof to the terminal 124 of the bridge rectifier 120, and the other end to the external resistor 158 which is connected to the terminal 126 of the bridge rectifier.
In this manner, the diode bridge rectifier 120 provides a continuous supply of electrical energy for the series assembly of the two resistors 156, 158 which dissipates the electric braking energy in the form of heat, via the Joule effect.
Although the external resistor 158 is added to the chopper resistor 156, owing to the inadequate value of the latter when a safety braking operation is used at high speed, such a structure allows a greater saving of space compared with the structure of Figure 1, owing to the reuse of the chopper resistor.
The degree of reliability is also identical to that of the first and second embodiments.
Figure 4 illustrates a fourth embodiment of an electric safety brake which is integrated in the electric traction chain 1 and which has a degree of reliability which is slightly less than that of the first, second and third embodiments.
The electric traction chain 1 is similar to that of the three embodiments and differs from that of Figure 1 in that:
. the electromechanical commutator 20, having three groups of output pins, is replaced by an electromechanical commutator 160 which comprises only the first and second groups of output pins;
. the braking torque production device 22 is constituted in this instance by:
o the free wheel diode bridge 66, 68, 70, 72, 74, 76 of the inverter 18,
o a load resistor 162 which is connected in series to an electromechanical contactor 163, the assembly being connected between the chopper 17 and the inverter 18,
o a blocking circuit 164 which allows the power switches 54, 56, 58, 60, 62, 64 of the inverter 18 and 32 of the chopper 17 to be safely blocked, and the contactor 163 to be closed.
The electromechanical commutator 160 serves to disconnect the motor 10 from the inverter 18, in the event of a short-circuit. This commutator is the one which is conventionally used in this type of traction chain and is not modified by the invention.
The operation in traction mode and in service braking mode is identical to that described for Figures 1, 2 and 3.
During an electric safety braking operation, the electromechanical commutator 160 remains in the state in which the electromechanical mechanism 10 is connected to the inverter 18.
The blocking circuits 164 open the six power transistors 54, 56, 58, 60, 62, 64 of the inverter 18 and the power transistor 32 in a controlled manner.
In parallel, the circuits 164 close the auxiliary electromechanical commutator 163 in a controlled manner.
In this manner, the power inverter 18 acts as a simple bridge rectifier which is constituted by the diodes 66, 68, 70, 72 74, 76. The blocking circuits 164 prevent the inverter 18 from acting as an inverter in a secure manner.
In this manner, the free wheel diode bridge 66, 68, 70, 72, 74, 76 acts as the bridge rectifier 120 of Figures 1, 2 and 3; it provides the energy of the generator 10 in the load resistor 162 which is connected to the bridge.
The advantage of this solution compared with the three preceding ones is that it requires no additional electronic power components to be added since the bridge rectifier is produced with the existing free wheel diodes of the traction inverter. However, it is slightly less safe than the preceding solutions since the safety braking system cannot be used in the event of a breakdown of the inverter 18 owing to a short-circuit.
With reference to the production variants of Figure 1 described by Figures 2 and 3, it is possible to envisage production variants of Figure 4 in which the resistor 162 is produced, owing to a set of 2 contactors, by a portion of the resistor 34 (as in Figure 2) or, instead in which the resistor 162 is constituted by the resistor 34 in series with an additional resistor (as in Figure 3). A specific example is that this resistor 162 is constituted only by the resistor 34 (as is the case when the resistor 144 of Figure 2 is zero). In this instance, the safety brake requires only the addition of the contactor 163 and the control circuit 164 compared with the electric circuit diagram with no safety brake and it is therefore very economical in terms of space, weight and cost.
CLAIMS
1. Electric safety braking device which is intended for an electric traction vehicle, in particular a rail vehicle comprising:
a rotating electromechanical machine (10) having permanent magnets with electric terminals (13, 14, 15),
a resistive braking torque production device (22),
an electromechanical commutator (20) which is capable of reliably connecting the electric terminals (13, 14, 15) of the machine to the braking torque production device (22),
characterised in that
the resistive braking torque production device (22) comprises, on the one hand, a bipolar assembly (122) of at least one dissipative resistor, the assembly having two single connection terminals and forming a common terminal bipolar electric output load for all the terminals (13, 14, 15) of the machine and, on the other hand, means (120) for converting the currents from all the terminals (13, 14, 15) into a single current which is supplied to the two single terminals of the bipolar assembly (122), the conversion means (120) having no active power switches.
2. Electric safety braking device according to claim 1, characterised in that the conversion means (120) are constituted by a diode bridge rectifier which is interposed between the electromechanical commutator (20) and the bipolar assembly (122) of at least one dissipative resistor (122, 146, 156, 158).
3. Electric safety braking device according to either claim 1 or claim 2, characterised in that it comprises a chopper (17) which has at least one chopper brake resistor (156, 146, 144) and in that at least one chopper resistor (156, 146) is a dissipative resistor of the bipolar assembly.
4. Electric safety braking device according to claim 3, characterised in that a single chopper brake resistor (146, 156) is a resistor of the bipolar assembly and in that the chopper (17) comprises two auxiliary commutating relays (148, 150; 152, 154) which are connected at one side and the other of the chopper brake resistor (146, 156) which forms a resistor of the bipolar assembly, and which are capable of disconnecting or connecting the brake resistor of the chopper (17) from/to the conversions means (120), respectively.
5. Electric safety braking device according to any one of claims 1 to 4, characterised in that the bipolar assembly of at least one dissipative resistor comprises a single dissipative resistor (122, 146).
6. Electric safety braking device according to any one of claims 1 to 4, characterised in that the bipolar assembly of at least one dissipative resistor comprises only two resistors (156, 158).
7. Electric safety braking device according to claim 1, characterised in that it comprises a traction inverter (18) and the conversion means (120) are a three-phase rectifier bridge which is constituted by the diodes of the traction inverter (18).
8. Electric safety braking device according to claim 7, characterised in that the bipolar assembly (122) is constituted by a resistor (162) and a contactor (163) which are connected in series, this assembly being connected in parallel on the traction inverter (18).
9. Electric safety braking device according to claim 3 or claim 8, characterised in that the resistor (162) is constituted by a part or all of the brake resistor of the rheostatic braking chopper (17).
ABSTRACT
This device is an electric safety brake which is intended for an electric traction vehicle, in particular a rail vehicle comprising:
a rotating electromechanical machine (10) having permanent magnets having at least one coil with electric terminals (13, 14, 15),
a resistive braking torque production device (22),
an electromechanical commutator (20) which is capable of reliably connecting the electric terminals (13, 14, 15) of the machine (10) to the braking torque production device (22).
It is characterised in that the braking torque production device (22) comprises, on the one hand, a bipolar assembly (122) of at least one dissipative resistor, the assembly having two single connection terminals and forming a common terminal bipolar electric output load for all the terminals (13, 14, 15) of the mechanism and, on the other hand, means (120) for converting the currents from all the terminals (13, 14, 15) into a single current which is supplied to the two single terminals of the assembly of at least one dissipative resistor, the conversion means (120) having no active power switches.
Figure 1.
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