Kettős forgórészű villamos géppel megvalósított intelligens hibrid-villamos jármű

Kettős forgórészű villamos géppel megvalósított intelligens hibrid-villamos jármű a svéd Royal Institute of Technology, KTH/EME újszerű fejlesztése. Működése a bolygókerekes hajtóművel épített hibrid jármű működéséhez hasonlít, csak a bolygóművet kettős forgórészű, kettős táplálású villamos motor helyettesíti. A hajtásrendszer felépítését a 9.34. ábra mutatja. Jobboldalt a kettős forgórészű villamos gép egy kísérleti példányának képe látható.

9-34. ábra: Kettős forgórészű villamos géppel megvalósított hibrid-villamos jármű felépítése.

9-34. ábra: Kettős forgórészű villamos géppel megvalósított hibrid-villamos jármű felépítése.

A BM-jelű belsőégésű motor tengelye és a jármű vontatására szolgáló kimenőtengely között szabályozható nyomatékú és szögsebességű villamos átvitel van. A villamos átvitelt a 4QT (4-quadrant transmission) jelű, szaggatott vonallal körülkerített egység valósítja meg, ami két forgórészből és egy állórészből álló villamos gép.

A belső forgórész (piros színnel jelölve) a belsőégésű motorral közös tengelyű és tekercselt kivitelű, háromfázisú tekercseléssel van ellátva. A tekercsek csúszógyűrűkön keresztül kapnak táplálást az INV-1 jelű inverterről. A külső forgórész (kék színnel jelölve) a járműkerék hajtótengelyével van mechanikai kapcsolatban közvetlenül vagy fix mechanikai áttételen keresztül. A külső forgórész sokpólusú állandómágneses, a belső forgórész felőli oldalán, és az állórész felőli oldalán is a 9.34. ábra jobboldalán látható módon elrendezett mágnesekkel. A villamos gép állórésze (zöld színnel jelölve) ugyancsak háromfázisú tekercseléssel van ellátva és az állórész tekercsek az INV-2 jelű inverterről kapnak táplálást. Mindkét inverter a közös akkumulátoros energiatárolóra csatlakozik.

A 4QT kettős forgórészű villamos géppel létrehozható funkciók két gépre szétbontva könnyebben megérthetők.

Villamos és hibrid-villamos autók hajtásai

9-35. ábra: A 4QT kettős forgórészű villamos gép felbontása két külön gépre.

A 9.35. ábrán látható módon a 4QT két gépre bontva is ábrázolható, és így is megépíthető, két olyan állandómágneses forgórészű villamos gépből, amelynek a forgórészén csak egyik-egyik oldalán van mágnes (a baloldali gépnek a belső forgórész felőli oldalán, a jobboldali gépnek az állórész felőli oldalán). A 4QT mindkét gépre nézve áramvektor szabályozású szinkrongépes hajtás, azaz az áramvektor helyzete az állandómágneses forgórész helyzetéhez képest minden pillanatban elektronikusan szinkronozott.

Az INV-1 inverterrel a tekercselt belső (piros) forgórészben, áramvektor szabályozással létrehozható egy szabályozott ±∆ω szögsebességű forgómező. Ez a ∆ω szögsebesség a forgásirányától függően a belsőégésű motor szögsebességéhez vagy hozzáadódik, vagy levonódik. A szinkrongépes üzem miatt ωki=ωBM±∆ω határozza meg a külső (kék) forgórész fordulatszámát és ez által a kimenő, jármű hajtótengely fordulatszámát. A kettős forgórészű motorral tehát lehetővé válik a bolygóműves megoldáshoz hasonló folyamatosan változtatható áttétel a belsőégésű motor és a jármű hajtótengelyének szögsebessége között.

Az állórészben (zöld) elhelyezett háromfázisú tekercselésre adott áramvektor szabályozással ±∆M additív villamos nyomaték képezhető, azaz villamosan szabályozható a kimenőtengely nyomatéka. Pozitív ∆M-mel gyorsítás rásegítés, negatív ∆M-mel villamos fékezés, energia visszatáplálás vagy akkumulátortöltés valósítható meg. A jármű tengelyén kifejtett nyomaték a belsőégésű motor és a villamos motor nyomatékának előjeles összege Mki=MBM±∆M. Az additív nyomaték létrehozásához szükséges ±∆Mωki teljesítményt az INV-2 szolgáltatja.

A villamos elrendezéssel a bolygóműves megoldáshoz hasonlóan minden üzem megvalósítható. A belsőégésű motor optimális fordulatszámon tudja a szükséges teljesítményt leadni. A 4QT felfogható úgy, mint egy villamos tengely a belsőégésű motor és a kimenőtengely között. Lehetőség van a visszatápláló fékezésre. A belső (piros) forgórészre kapcsolódó inverteres táplálással, áramvektoros nyomatékszabályozással álló és mozgó jármű esetén is megvalósítható a belsőégésű motor szabályozott indítása, illetve generátoros üzemében a közbenső egyenáramú táphálózat energiaellátása.

A 4QT-vel a jármű dinamikai tulajdonságai, gyorsulása és lassulása javítható. Megvalósítható a tisztán villamos autó üzem. A közbenső egyenáramú táphálózat energiatárolási állapota is jól szabályozható.

A megoldás hátrányos tulajdonsága, hogy a 4QT belső tekercselt forgórészéhez csúszógyűrűkön keresztül kell a villamos energiát hozzávezetni. A csúszógyűrű-kefe szerkezet rontja a berendezés megbízhatóságát, karbantartást igényel, szennyeződésre érzékeny és kopik.

A Royal Institute of Technology szerint használt elnevezés a 4QT arra utal, hogy a kettős forgórészű villamos gépnek négynegyedes üzemben kell működnie, mind a szögsebességre, mind a nyomatékra nézve irányváltó üzemet tudnia kell.

(A fejezethez felhasznált irodalom: [45]…[57])

Irodalomjegyzék

Schmidt, I., Rajki, I., és Vincze, Gyné.. BME Villamosmérnöki és Informatika Kar. Járművillamosság (1.

fejezet). Egyetemi tankönyv. ISBN 963 420 710 3. Műegyetemi Kiadó. Budapest. 2002.

Vajda, J.. BME Közlekedésmérnöki Kar. Járműdinamika I.. Egyetemi jegyzet. Műegyetemi Kiadó. Budapest.

1994. Jegyzetazonosító: 70967..

Ilosfai, L.. BME Közlekedésmérnöki Kar. Járműdinamika II.. Gépjárművek dinamikája. Egyetemi jegyzet.

Kézirat. Tankönyvkiadó. Budapest. 1990.

Stráner, P.. BME Közlekedésmérnöki Kar. Villamos vasutak I-II.. Egyetemi jegyzet. Kézirat. Tankönyvkiadó.

Budapest. 1984.

Zvikli, S.. Közlekedéstechnika II.(VII.,VIII. és X. fejezet). Elektronikus jegyzet. Széchenyi István Főiskola.

Győr. 1999. http://eki.sze.hu/ejegyzet/zvikli.

Zvikli, S.. Közlekedéstechnika II. (I és III. fejezet). Elektronikus jegyzet. Széchenyi István Főiskola. Győr. 1999.

http://eki.sze.hu/ejegyzet/zvikli.

ABB(Adtrans) fejlesztésű Variobahn jármű leírása. Internet cím.

SW svájci fejlesztésű COBRA villamos leírása. Internet cím.

Az 1047 sorozatú Siemens mozdony leírása, forgóváz kialakítása. Internet cím.

Schmidt, I., Rajki, I., és Vincze, Gyné.. BME Villamosmérnöki és Informatika Kar. Járművillamosság (3.2., 4.2. fejezet). Egyetemi tankönyv. ISBN 963 420 710 3. Műegyetemi Kiadó. Budapest. 2002.

Gábor, P. és Jekkelfalussy, G.. BME Villamosmérnöki Kar. Villamos vasutak. Egyetemi jegyzet.

Tankönyvkiadó. Budapest. 1962. Jegyzetszám: J5-22.

Gábor, P.. Villamos vasutak.

Bauer, M., Becker, P., és Zheng, Q.. Inductive Power Supply (IPS®) for the Transrapid.

ThyssenKrupp Transrapid GmbH, Munich, Germany, Magnetically Levitated Systems and Linear Drives. Proc.

intern. conf., Dresden, 13-15. October 2006..

A közös közlekedési politika és a transzeurópai hálózatok. Tanulmány. 2005.

Schmidt, I., Rajki, I., és Vincze, Gyné.. BME Villamosmérnöki és Informatika Kar. Járművillamosság (2.1., 3.3. és 4.3. fejezet). Egyetemi tankönyv (342 old.). ISBN 963 420 710 3. Műegyetemi Kiadó. Budapest.

2002.

Gábor, P.. „A budapesti Millenniumi Földalatti Vasút háromrészes új motorkocsija”. 3-17. o.. Ganz Villamossági Közlemények. 1966. 4.sz..

Gábor, P.. „A Ganz csuklós közúti villamos motorkocsik Villamos járművek és dizel-villamos mozdonyok”. 31-53. o.. Ganz Villamossági Közlemények Különszám.

A T5C5K típusú városi villamos műszaki leírása.

http://www.GANZdata.hu.

Ikarus 415T szóló trolibusz műszaki leírása.

GVM-Ikarus IK-280 típusú csuklós trolibusz műszaki leírása.

Kovács, K.. „A MÁV 3000Le-s Si egyenirányítós villamos mozdonya”. 18. o.. Ganz Villamossági Közlemények. 1966. 4.sz..

Irodalomjegyzék

Guo, Y.G., Jin, J.X., Zhu, J.G., és Lu, Y.H.. Design and analysis of prototype linear motor driving system for

HTS Maglev transportation.

http://www.asl.ee.meisei-u.ac.jp/hoshimo/conference/collected/2LH03.pdf.

Internet. http://www.magnetbahnen.de/linearmotor/lang.htm.

Schach, R.. Transrapid the better transportation system?. TU. Dresden. 2011.

Masada, E., Eastham, T., és Mizuma, T.. Compaison between short-stator and long-stator linear drives of maglev system for regional transport. http://www.maglev.ir/eng/documents/papers/conferences/maglev 2002.

Schmidt, I., Rajki, I., és Vincze, Gyné.. Járművillamosság. Egyetemi tankönyv. Műegyetemi Kiadó. Budapest.

2002. ISBN 963 420 710 3. 220-223. o..

The kind of Maglev. http://www.nilsole.net/referate.

Nils, Ole. Magnetschwebetechnik am Beispiel Transrapid. .

Magnetically Levitated Trains (Maglev). http://www.123eng.com/seminar.

Uhlenbrock, M., Nordmeier, V., és Schlichting, H. J.. Die Magnetschnellbahn Transrapid im Experiment.

Internet. http://www.magnetschnellbahn.de.

Internet. http://www.maglev.de.

He, J.L., Rote, D.M., és Coffey, H.T.. Center for Transportation Research, Energy Systems Division. Study of Japanese Electrodynamic-Suspension Maglev Systems Argonne National Laboratory. . 9700 South Cass Avenue, Argonne, Illinois9700. 1994..

Hieronymus, H., Miericke*, J., Pawlitschek, F., és Rudel, M.. „Experimental study of magnetic force on normal and null flux coil arrangements in the Inductive Levitation System”. pp. 359-366.. Applied Phisics.

1974. 3.. Springer-Verlag.

Boeij, Jeroen de, Steinbuch, M., és Gutiérrez, H.M.. „Mathematical Model of the 5-DOF Sled Dynamics of an Electrodynamic Maglev System With a Passive Sled”. IEEE Transaction on Magnetics. 2005. VOL.

41. NO. 1, jan..

Ishihara, H., Yoshikawa, K., Fujimoto, T., és Ota, H.. Central Japan Railway Company. Development of ground coils for the Superconducting Maglev.

Terai, M.. The R&D project of HTS magnets for the superconducting maglev. Central Japan Railway Company.

2005. www.maglev.ir/eng/documents/presentation/IMT_P_4.pdf.

Russel, R.. Magnetic levitation vehicle. Electrical and Computer Engineering Seminar EE155. 1998 nov.

http://www.tomzap.com/notes/seminarEE155.

Chau, K. T., Wong, Y. S., és Chan, C. C.. „An overview of energy sources for electric vehicles”. pp.1021-1039..

Journal of Energy Conversion and Management. 1999. Vol 40..

Wipke, K., Markel, T., és Nelson, D.. Optimizing energy management strategy and degree of hyibridization for hydrogen fuel cell SUV. EVS. 18.. . Berlin. Germany. 2001.

Schupbach, R. és Balda, J.C.. Comparing DC-DC converters for power management in hybrid electric vehicles.

IEEE International electric Machines and Drives conference, Madison, Wisconsin, June 1-4. 2003.

2003.

Burke, A. F.. Electric/hybrid super car design using ultracapacitor. IECEC. ASME. 1995. Paper No. ES-381.

NREL National Renewable Energy Laboratory. http://www.ctts.nrel.gov/BTM.

Benchmarking of OEM Hybrid Electric Vehicles at NREL. 2001 August. NREL/TP-540-31086.

Sund, M. és Trice, P.. Maxwell Technologies to Supply PowerCache. Ultracapacitors to General Motors for

Hybrid Electric Vehiclesalcím. 2001. Press

releasehttp://www.powercache.com/news/press_releases/2001/jan03-01.html.

Szabados, B.. „Peak power bi-directional transfer from high speed flyweel to electric regulated bus voltage system: A practical proposal for vehicular technology”. Pp. 34-41.. IEEE Transactions on Energy Conversion. Vol. 13.. No. 1. March..

Westbrook, M. H.. The electric car, developement and future of battery, hybrid and fuel-cell cars. UK University Press. Cambridge. 2005. ISBN 0 85296 013 1.

EG&G Technical Service, Inc.: Fuel-Cell Handbook. National Energy Laboratory. 2004.

Xuhui, W., Zhije, X., Guangyan, H., Qin, Z., Gang, M., és Lili, Z.. The research on electric system of the PEMFC testing mini bus. Conf: EVS 18 Berlin, 2001..

Matsumoto, T., Watanabe, N., Sugiura, H., és Ichikawa, T.. Development of Fuel-Cell Hybrid Vehicle. EVS 18 Berlin. 2001..

Royal Institute of Technology, KTH/EME honlapja.

In document Villamos járművek (Pldal 105-109)