JP2000511390A - 車両用電気駆動システム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 例えば鉄道機関車または電動車である電車電動機の駆動を目的とし、絶縁された導体を備えた１つあるいはそれより多い電気機械を備えうる装置において、電車電動機および／または少なくとも１つの他の電気機械の磁気回路が、好適には３６ｋＶを超える、２１〜８００ｋＶの高圧電源に直接接続される。各電車電動機と他の電気機械との絶縁はその巻線を形成するケーブル（６）から構成されるが、そのケーブル（６）は多数の撚り線（３６）を有する１つあるいはそれより多い電流搬送導体（３１）を備え、それが少なくとも２つの半導電層（３２、３７）と中間絶縁層（３６）とによって取り巻かれる。電車電動機は、中間に接続される他の電気機械なしか、または１つあるいはそれより多い前記他の電気機械を介して鉄道の電源線路に電源を供給する配電網に接続される。すなわち、機関車／電動車は他の電気機械なしで電車電動機のみと共に構成される。

Description

【発明の詳細な説明】 車両用電気駆動システム 技術的分野 本発明は、以下電力網と呼ばれる配電または送電網への接続を目的とする電気 機械に関する。より詳細には、本発明は、例えば鉄道機関車および電動車といっ た、装置に含まれる電車電動機および／または他の電気機械が磁気コアと少なく とも１つの巻線とを備える磁気回路を備えるような、電車電動機を駆動する装置 に関する。 これに関連して、本発明は、第１に請求項１の前文で説明された種類の電気駆 動システムに関し、第２に請求項３０の前文で説明された種類の電力伝達手段に 関し、第３に請求項３５の前文で説明された種類の電力伝達の手順に関し、第４ に請求項３６の前文で説明された種類の電気機械に関し、第５に請求項４２の前 文で説明された種類の車両に関する。 背景技術 電気機械の磁気回路は、普通例えば溶接構造による薄鋼板の積層コアを含む。 換気と冷却を提供するために、コアは半径方向および／または軸方向の換気ダク トを有するスタックに分割されることが多い。大型の機械では、積層物は、機械 のフレームに取り付けられたセグメントに穴開けされ、積層コアは圧力フィンガ (pressure fingers)および圧力リングによって一緒に保持される。磁気回路の巻 線はコアのスロットに堆積されるが、このスロットは一般に矩形または台形の断 面を有する。 多相電気機械では、巻線は単層または二層の巻線として製作され る。単層巻線の場合スロット毎のコイル辺は１つだけだが、二層巻線の場合スロ ット毎に２つのコイル辺が存在する。コイル辺とは、垂直または水平に結合され 、共通コイル絶縁材、すなわち機械からアースへの定格電圧に耐えるよう設計さ れた絶縁材を備えた１つあるいはそれより多い導体を意味する。 二層巻線は一般にダイヤモンド巻線として製作されるが、単層巻線はこの文脈 ではダイヤモンドまたは平面巻線として製作できる。ダイヤモンド巻線ではコイ ル幅は１つだけ（２つのこともある）だが、平面巻線は同心巻線として製作され るので、コイル幅が大幅に変化する。コイル幅とは同じコイルに属する２つのコ イル辺の間の弧寸法の距離を意味する。 通常、大型機械はすべて二層巻線と同じサイズのコイルによって製作される。 各コイルは１つの層の一方および他の層のもう一方に配置される。これは、すべ てのコイルがコイル端で交差することを意味する。２つより多い層が存在する場 合、その交差は巻線作業を複雑にし、コイル端は不満足なものとなる。 歴史的な理由から、鉄道運転のために、異なった電圧および周波数の多数の給 電システムが開発されてきた。ある地域でシステムが確立されると、他のシステ ムへの変更は莫大な出費および運転の混乱を意味する。原則として、電源電圧に 関する６つの標準的な解決策があるが、その中の３つは直流電圧システムであり ３つは交流電圧システムである。これは、多くの動力車両（機関車と電動車）お よび客車を、１つより多い電源システムのために製造しなければならないことを 意味する。現在、４つまでの異なった電源システムを管理する、異なった国の間 の統合機関車および客車も存在する。 線路供給用電気エネルギーは、汎用配電網から得られるか、または鉄道によっ て運営される発電所で発生される。装置は電源が交流 電圧か直流電圧かによって異なる。直流電化の場合、公共の配電網によって供給 される交流電圧から変換する整流基地が必要である。こうした整流基地は線路に 沿ったある地点で直流電圧を供給する。産業用周波数（５０または６０Ｈｚ）の 交流電化の場合、ある地点の変圧器だけが必要である。これは最も簡単で安価な 解決策であり、電力損失も最も低い。低周波数交流（１６ ２／３または２５Ｈ ｚ）による電化の場合、電圧を公共の配電網の産業用周波数から変換する変換基 地か、または低周波数交流の専用発電所と専用配電網が必要である。 当初直流電圧による電化が選択されたが、これは適当で簡単に制御できる電動 機である直巻励磁直流電動機が利用可能だったからである。以前は三相交流電圧 が回転変換器または水銀整流器を用いて直流電圧に変換されたが、現在では変換 は普通６または１２のパルス継電器によって行われる。 直流電圧システムは、電流が直接直流電動機で使用されるという利点を有する 。交流電圧の場合のように、車両内で電圧を降圧する重い変圧器が必要とされな い。従って直流電圧を供給される車両はいくらか安価で生産が容易である。低い 直流電圧は（例えば使用される母線が露出することのある地下鉄の場合等）安全 面でも有利である。 直流電圧運転の欠点は、主として電圧が低いため電流、結果として電圧降下お よび損失が大きいことである。これは、大きな導体面積と密接な間隔の整流基地 （普通基地間が１０ｋｍ未満）とによって補償しなければならない。この結果装 置が高価になる。欠点は特に高速交通のような大電力の場合、顕著である。大電 力の整流基地を互いに近づけて建設しなければならず、それが使用されるのは、 当該電源基地を列車が通過する短い時間だけである。 電車電動機に産業用周波数（５０または６０Ｈｚ）を使用できるようになる以 前、最初の交流電圧システムは低周波電圧（１６ ２／３または２５Ｈｚ）で電 化された。このシステムで長期間使用された電車電動機は、単相電車電動機とし ても知られる単相直巻整流子電動機であった。これは、交流を供給されているた め界磁および回転子両方の電流が半周期毎に逆転する点以外は、直流電動機とほ ぼ同様に機能する。有害な過電圧やアークなしに機能する整流を得るためには、 低周波数および低速度の電動機を選択しなければならない。 直流システムに対する交流システムの主な利点は、交流電圧は変圧できること である（ただし現在では直流電圧もいわゆるチョッパによって変圧できる）。従 って電動機の動作電圧に対して、架空導線では比較的高い電圧を維持することが 可能である。架空導線の電圧が高いため、電流は低くなり、線路回路網の良好な 送電能力と低い損失とを提供する。電源基地はかなり離れて（６０〜１２０ｋｍ ）配置できる。しかし、欠点は電車電動機が大型で制御技術が複雑なことである 。 別の欠点は、電動発電機、すなわち一般に単相１６ ２／３Ｈｚ同期発電機を 運転する５０Ｈｚ同期電動機が通常使用されることである。この電動機は発電機 の３倍の数の極を有する。回転変換器は絶縁材が過度に強固になるのを避けるた めかなり低い公称電圧（６ｋＶ）用に製造される。従って、変換器の前後両方で 変圧器が必要になる。普通同じ装置において多数の変換器が並列に運転される。 回転変換器は、架空導線網と車両とで生じる無効電力損失を補償できる無効電 力を発生する。回転変換器はまた、公共の配電網と架空導線システムとの電気的 分離を提供する。 回転変換器の主な欠点は、大型同期機の起動が時間がかかり、段 階的な投入が複雑なことである。電力の突然の需要を満足できなければならない 。従って、機械を長期間無負荷または低い電力で予備として運転しなければなら ない。別の欠点は、部分的には上記の無負荷運転によって発生するエネルギーの 損失である。 新しい装置では、回転変換器は静止形変換器によって置き換えられている。静 止形変換器は初期費用および保守が安価である。それはまた、始動が早くエネル ギー損失が低いという利点も提供する。しかし、三相側および単相側の両方で高 調波が多い。さらに、静止形変換器は誘導性負荷によって発生する電圧降下を補 償する無効電力を発生することができない。 上記から明らかなように、電気で運転される鉄道で使用される様々なシステム は比較的複雑で高価である。 従来の固定子巻線を有する上記の種類の機械は、電圧を低下させる変圧器なし で例えば１４５ｋＶの高電圧網に接続することはできない。このように変圧器を 介して高電圧網に接続された電動機を使用することは、電動機が高電圧網に直接 接続できる場合と比較すると多数の欠点を伴う。とりわけ以下の欠点が注目され る。 ・ 変圧器が高価で、輸送費用を増大させ、空間を必要とする。 ・ 変圧器はシステムの効率を低下させる。 ・ 変圧器は無効電力を消費する。 ・ 従来の変圧器は油を含み、危険を伴う。 ・ 電動機が、変圧器を介して、弱い回路網に対して動作するため微妙な操作 を必要とする。 発明の説明 本発明の目的は、電気鉄道運転のための駆動システムとそのための構成部品を 提供し、この分野の公知のシステムに固有のいくつか の問題を解決することである。 この目的は、第１に請求項１の前文で説明された種類の電気駆動システムがこ の請求項の特徴を表す部分で定義された特徴を与えられ、第２に請求項３０の前 文で説明された種類の電力伝達手段がこの請求項の特徴を表す部分で定義された 特徴を与えられ、第３に請求項３５の前文で説明された種類の手順がこの請求項 の特徴を表す部分で定義された特徴を与えられ、第４に請求項３６の前文で説明 された種類の電気機械がこの請求項の特徴を表す部分で定義された特徴を与えら れ、第５に請求項４２の前文で説明された種類の車両がこの請求項の特徴を表す 部分で定義された特徴を与えられる、本発明によって達成される。 従って、本発明は乾式絶縁材を有する電気巻線が特殊な方法で製造される、電 気機械、電動機、発電機、変圧器等を構成する特殊な技術に基づいている。これ によって、変圧器の除去および／または上記で言及された従来のものに固有の欠 点のないような変圧器の構成が可能になる。 駆動システムには、配電回路網から車両車輪への動力伝達の多くの段階での様 々な種類の機械が含まれる。そこには当然、従来の機械と結合する、ある段階だ けの特殊機械も含まれてもよい。 すなわち、本発明が関連する種類の機械は、電力を配電網から電源線路に送電 したり、また電力を電源線路から車軸に伝達したりするよう構成される。前者の 場合、機械は、変圧器、または変換器として動作する電動発電機である。後者の 場合、機械は、変圧器、または変圧器を必要としない電車電動機である。両者は もちろん結合されることがある。 本発明による駆動システムと構成部品は、様々な鉄道システムの電源システム に適用され、適用可能な修正によって、外側電源また は固有の電源システムを有し、異なった電圧レベルと異なった周波数で、交流お よび直流システム両方で、かつ同期および非同期両方の電動機が運転される鉄道 システムを目的とする。 本発明の様々な態様はシステム全体、配電システムおよび車両に関するものと 考えられる。 以下で本発明によって提供される多数の利益について説明する。特にある好適 な実施形態に関する利点も指摘される。いくつかの付加的な特に好適な実施形態 も従属請求項で定義され、請求項２〜１６は特にシステムの実際の機械の有利な 実施形態に関する。 変圧器が必要と考えられる場合、変圧器を装置に含まれ、例えばＳＥ−Ａ−９ ７００３３５−４に示された他の電気機械の場合と同じ種類のケーブルを使用し 、対応する方法で製造することが本発明の目的である。 上記の目的を満足することによって得られる利点は、油を充填した中間変圧器 を排除できることであるが、そうでない場合、変圧器のリアクタンスが無効電力 を消費する。回転補償が存在するため回路網の品質においても利点が得られる。 本発明による装置の場合、過負荷耐量が増大するが、これは本発明では＋１００ ％である。制御範囲は既存の技術より大きい。 これを達成するために、装置に含まれる電気機械の少なくとも１つの磁気回路 およびその導体は、貫通式永久絶縁ケーブルと内側接地によって製造される。「 装置」とはここでは電源線路を鉄道に供給する電気回路網の部分と、電圧を電源 線路から得る機関車あるいは電動車との両方に関する。 公知の技術と本発明による実施形態との主要かつ本質的な差は、これが、２０ 〜８００ｋＶまで、好適には３６ｋＶを超える高圧電源に遮断器および断路器を 介して直接接続されるよう配置された電 気装置の、少なくとも１つの機械に含まれる磁気回路によって達成されることで ある。磁気回路は、導体および絶縁材の外側の両方に半導電層を有し、外側の半 導電層がアース電位に接続された１つかそれより多い永久的に絶縁された導体を 有する貫通式ケーブルからなる巻線を有する１つかそれより多い積層コアを含む 。 回転機械および静止形機械両方の電気機械をすべての種類の高圧電源回路網に 直接接続することによって生じる問題を解決するために、本発明による装置の少 なくとも１つの機械は上記で言及した多数の特徴を有するが、これは公知の技術 と明らかに異なっている。付加的な特徴とさらに別の実施形態は従属請求項で定 義され、以下論じられる。 本発明による装置とそこに含まれる少なくとも１つの電気機械の上記で言及さ れた特徴と他の本質的な特性とには以下のものが含まれる。 ・ 磁気回路の巻線は、導体およびシース両方の半導電層を伴う１つかそれよ り多い永久絶縁導体を有するケーブルから製造される。この種類の通常の導体に はＰＥＸケーブルまたはＥＰゴム絶縁を有するケーブルがあるが、この目的のた めに導体中の撚り線および外側シースの性質についてさらに開発される。ＰＥＸ とは架橋ポリエチレン（ＸＬＰＥ）である。ＥＰとはエチレン・プロピレンであ る。 ・ 円形断面を有するケーブルが好適であるが、例えばより良好な巻線密度を 得るため何らかの他の断面を有するケーブルが使用されることがある。 ・ このケーブルによって、積層コアを、本発明により、スロットおよび歯に 関して新しい最適な方法で設計することができる。 ・ 巻線は好適には積層コアを最もよく利用するため、絶縁材と 共に段階的に製造される。 ・ 巻線は好適には多層同心ケーブル巻線として製造されるので、コイル端部 の交差の数が減少する。 ・ スロットの設計は、スロットが互いの外側に軸方向および／または放射状 に通り、電機子巻線の層の間を通る開いたくびれを有する多数の円筒形開口の形 態であるような、巻線ケーブルの断面に適している。 ・ スロットの設計は関連するケーブルの断面と巻線の段階的絶縁材とに合わ せて調節される。段階的絶縁材によって磁気コアは、半径方向の伸びと無関係に ほぼ一定の歯の幅を有することができる。 ・ 撚り線に関する上記のさらなる進歩は多数の稠密な層を必要とする。すな わち、絶縁された撚り線は、電気機械の視点から、必ずしも適切に転位されなか ったり、絶縁されなかったり、および／または互いに絶縁されていない。 ・ 外側シースに関する上記のさらなる進歩は、導体の長さに沿った適切な位 置で外側シースを切断し、各切断部分の長さが直接アース電位に接続されること を必要とする。 上記で説明した種類のケーブルを使用することによって、巻線の外側シースの 全長が、装置の他の部分と共にアース電位に維持される。重要な利点は外側半導 電層の外側のコイル端領域内で電界がゼロに近いことである。外側シースをアー ス電位にすることによって電界を制御する必要はない。これは、コア、コイル端 領域あるいはそれらの移行部で界の集中が発生しないことを意味する。 絶縁および／または非絶縁稠密撚り線の混合物、または転位された撚り線によ って、漂遊損が低下する。 磁気回路巻線で使用される高圧用ケーブルは、複数の撚り線を有 する内側コア／導体と、少なくとも１つの半導電層とから構成され、最内側が絶 縁層によって取り巻かれ、それは１０〜２５０ｍｍ程度の外径を有する外側半導 電層によって取り巻かれており、導体面積は４０〜３０００ｍｍ²である。 本発明による装置の少なくとも１つの機械が指定された方法で構成されている 場合、電動車の機関車で使用される電動機の始動および制御は、それ自体公知の 、導入部で論じられた文献の例によって説明された始動方法によって達成された 。 本発明の特定の好適な実施形態によれば、これらの層の少なくとも２つ、好適 には３つすべてが同じ熱膨張係数を有する。すなわち、巻線の熱運動の際、欠損 、割れ等が避けられるという決定的な利益が得られる。 本発明のもう１つの態様によれば、請求項２８の前文で説明された種類のシス テムがこの請求項の特徴を表す部分で定義された特徴を与えられる点において、 上記の目的が達成される。 適切には永久的な絶縁システムは、熱的および電気的な視点から、３６ｋＶを 超える大きさに対して設計されているので、システムを中間降圧変圧器なしに高 圧電源回路網に接続することができ、上記に関する利点を達成する。このシステ ムが請求項１〜２７のいずれか一項に記載のシステムについて定義される特徴を 含むよう構成されることは好適ではあるが、必ずしも必要ではない。 本発明の上記と他の有利な実施形態は従属請求項で定義される。 図面の簡単な説明 本発明は、添付の図面を参照して、本装置の電気機械の磁気回路の構成の好適 な実施例の以下の詳細な説明においてより詳細に説明される。 図１は、本発明による装置の電気機械の固定子のセクタの概略の軸方向の終端 の図を示す。 図２は、図１による固定子の巻線で使用されるケーブルの段階的に被覆をはが した終端の図を示す。 図３は、公知の技術による鉄道運転の電車電動機の電源の基本回路を示す。 図４は、本発明による鉄道運転の電車電動機の電源のための、図３に示された ものに対応する基本回路を示す。 図５は、本発明による鉄道運転の電車電動機の電源の代替実施例の基本回路を 示す。 好適な実施例の説明 本発明による装置に含まれる回転電気機械に関する、図１による固定子１のセ クタを通じて見た概略の軸方向の図では、機械の回転子２も図示される。固定子 １は従来の方法で積層コアから構成されている。図１は１つの磁極ピッチに対応 するセクタを示す。半径方向最外周に位置するコアのヨーク部分３から、多数の 歯４が半径方向に回転子２の方向に延びているが、これはスロット５によって分 離され、そこに固定子巻線が配置される。この固定子巻線を形成するケーブル６ は、配電用に使用されるものと実質的に同じ種類の高圧ケーブル、すなわちＰＥ Ｘケーブルである。１つの相違点は、通常こうした配電ケーブルを取り巻いてい る外側の機械的保護シースおよび金属遮蔽体が除去されているので、ここで適用 したケーブルは、導体と絶縁層の両側の少なくとも１つの半導電層とだけを含む 。すなわち、機械的損傷を受けやすい半導電層はケーブルの表面に露出している 。 ケーブル６は図１では概略的に示されており、各ケーブル部分の 導電性中心部分またはコイル辺だけが描かれている。図に見られるように、各ス ロット５は、幅広い部分７と狭い部分８が交互に変化する断面を有している。幅 広い部分７はほぼ円形でケーブルを取り巻き、その間のくびれ部分が狭い部分８ を形成する。くびれ部分は各ケーブルの位置を半径方向に固定する働きをする。 また、スロット５の断面は半径方向内向きに狭くなっている。これはケーブル部 分の電圧が、固定子１の半径方向内側に位置するほど低いからである。従って、 内側では細いケーブルが使用できるが、外側ではピッチの粗いケーブルが必要で ある。この例では、例示された３つの異なった寸法のケーブルが使用され、スロ ット５の３つの異なった寸法の部分５１、５２、５３に対応するよう配置される 。 ケーブル６によって構成される回転電気機械の磁気回路の上記の説明は、変圧 器、リアクトル巻線等といった静止形電気機械にも適用可能である。設計および 製造の視点から以下の重要な利点が得られる。 ・ 変圧器の巻線は電界分布を考慮せずに構成でき、公知の技術で問題となる 転位は不必要である。 ・ 変圧器のコアは電界分布を考慮せずに設計できる。 ・ ケーブルおよび巻線の電気絶縁用の油が必要なく、その代わりケーブルお よび巻線は空気で取り巻かれている。 ・ 油を充填した変圧器の場合のような、変圧器の外側端子と内側に位置する コイル／巻線との間の電気的接続用の専用ブッシングが必要ない。 ・ 上記で説明した磁気回路を有する乾式変圧器のために必要な製造および検 査の技術は、従来の変圧器／リアクトルの場合必要とされるものよりはるかに簡 単である。 図２は、本発明による装置に含まれる電気機械で使用される高圧 ケーブルについて段階的に被覆をはがした終端の図である。高圧ケーブル６は、 例えば銅（Ｃｕ）の、各々が一緒になって円形断面を呈する多数の撚り線３６を 含む１つあるいはそれより多い導体３１を備える。この導体３１は高圧ケーブル ６の中心に配置され、図示される実施例では絶縁部分３５によって取り巻かれて いる。しかし、導体３１の１つから絶縁部分３５を省略することが可能である。 本発明の好適な実施例では、導体３１は一緒に第１の半導電層３２によって取り 巻かれている。この第１の半導電層３２の周囲には絶縁層３３，例えばＰＥＸ絶 縁材があり、それがさらに第２の半導電層３４によって取り巻かれている。すな わち、この適用における「高圧ケーブル」の概念は、配電用のこの種のケーブル を通常取り巻いている種類の金属遮蔽体または外側シースを含む必要はない。 上記で説明された種類の磁気回路を備えた電気機械を使用することによって、 電車電動機の電源を、電車電動機自体と共に、ずっと単純化しより効率的にする ことができる。交流電圧による鉄道運転では、図３に示すように、機関車１１０ がその集電装置１１２を介して１つあるいはそれより多い電車電動機に供給する 電源の供給元である電源線路１０４で現在使用されている電源電圧は、一般に１ ６ｋＶ、１６ ２／３または２５Ｈｚ、５０Ｈｚである。 電源線路１０４に電源を供給するために、この公知の電源装置は、電圧が１３ ０あるいは２２０ｋＶ、５０あるいは６０Ｈｚの汎用３相配電網から、１６ある いは２５ｋＶ、５０または６０Ｈｚに降圧する変圧器１０１を必要とする。電圧 を鉄道電源線路１０４に供給される単相に変換し、１６ｋＶの場合１６ ２／３ Ｈｚに変換する変換器１０２も必要である。 交流電圧用の公知の電車電動機１１４は通常１ｋＶまでの電圧によって駆動さ れるので、機関車１１０は変圧器１１３と速度制御装 置を備えていなければならないが、後者は最新の機関車ではサイリスタを構成す る。 公知の装置で使用される変圧器１０１および１１３は油が充填されており、い くつかの機械的および電気的欠点を有すると共に環境問題を発生させる。公知の 装置で変換および運転のために使用される回転機械１０２および１１４は機械的 かつ電気的な様々な問題を有するが、ある程度満足できる範囲に解決される。 上記の問題は、本発明により、装置に含まれる少なくとも１つの電気機械で磁 気回路を設計することによって、除去されるかあるいは少なくとも最小化される 。 本発明による装置の１つの実施例によれば、電源線路１０４の電圧は、中間変 圧器なしに３相配電網から直接駆動される電動発電機１０５によって提供される 。電動発電機１０５は配電網１００に直接接続された３相電動機１０６を備え、 電動機の磁気回路は図１および図２を参照して上記のように説明された方法で形 成される。３相電動機の軸１０７は、電動発電機１０５に属する発電機１０８と 共通であり、３相電動機によって駆動される。発電機１０８の磁気回路は適切に も図１および図２を参照して説明したのと同じ方法で構成される（ただし必ずし もこの設計を有する必要はない）。発電機１０８は鉄道電源線路１０４で使用さ れる種類の電圧を供給する。 発電機１０８から電源線路１０４に電源を供給する場合、従来の機関車と電動 車１１０が使用できる。しかし、磁気回路が図１および図２を参照した説明によ って設計された１つあるいはそれより多い電車電動機１１５を備えた機関車また は電動車（図４）によってさらに大きな利点が得られる。すなわちこの電車電動 機１１５は、中間変圧器またはサイリスタ制御なしに電源線路１０４から直接駆 動される。従って、すでに言及した利点に加えて、これは機関車／電動車の重量 を低減するという大きな利点を提供し、その結果鉄道会社の経済性を改善する。 図４に示す装置の別の実施例が図５で示されるが、ここでは同じ電動発電機１ ０５が鉄道電源線路１０４に電源を供給する。しかし、機関車／電動車１１０は ここでは図１を参照した上で説明された種類の乾式変圧器１１６を備えており、 従来の電車電動機１１４に電源を供給する。 いくつかの電圧値が上記および図面で示されたが、これらは例に過ぎないと考 えるべきである。同様に、従来設計された電気機械と本発明による磁気回路を備 えた電気機械との様々な組合せが本発明による装置において可能である。従って 、本発明は図面を参照して説明された装置に制限されると考えるべきではなく、 添付の請求項で定義されるすべての可能な装置を対象とする。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＤＥ， ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，ＩＴ，Ｌ Ｕ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ，ＣＦ ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＭＬ，ＭＲ，ＮＥ， ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＧＨ，ＫＥ，ＬＳ，ＭＷ，Ｓ Ｄ，ＳＺ，ＵＧ)，ＥＡ(ＡＭ，ＡＺ，ＢＹ，ＫＧ，ＫＺ ，ＭＤ，ＲＵ，ＴＪ，ＴＭ)，ＡＬ，ＡＭ，ＡＴ，ＡＵ ，ＡＺ，ＢＡ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，ＣＡ，ＣＨ， ＣＮ，ＣＵ，ＣＺ，ＣＺ，ＤＥ，ＤＥ，ＤＫ，ＤＫ，Ｅ Ｅ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＩ，ＧＢ，ＧＥ，ＧＨ，ＨＵ，ＩＬ ，ＩＳ，ＪＰ，ＫＥ，ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ，ＬＣ， ＬＫ，ＬＲ，ＬＳ，ＬＴ，ＬＵ，ＬＶ，ＭＤ，ＭＧ，Ｍ Ｋ，ＭＮ，ＭＷ，ＭＸ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ，ＲＯ ，ＲＵ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＧ，ＳＩ，ＳＫ，ＴＪ，ＴＭ， ＴＲ，ＴＴ，ＵＡ，ＵＧ，ＵＳ，ＵＺ，ＶＮ，ＹＵ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．例えば鉄道機関車および電動車である車両を駆動する電気駆動システムで あって、電力が架空導線と少なくとも１つの電車電動機とを介して配電網から前 記車両の機械的駆動軸に伝達され、前記配電網と前記駆動軸との間に配置された 少なくとも１つの電気機械を含み、前記各電気機械が少なくとも１つの巻線を有 する駆動システムにおいて、前記機械のうち少なくとも１つが、各層が本質的に 等電位表面を構成する少なくとも２つの半導電層とそれらの間の固体絶縁体とか らなる絶縁システムを備える巻線を有することを特徴とする駆動システム。 ２．前記層のうち少なくとも１つが前記固体絶縁体とほぼ同じ熱膨張係数を有 することを特徴とする請求項１に記載の駆動システム。 ３．前記少なくとも１つの機械が磁気コアを有する磁気回路を備えることを特 徴とする請求項１に記載の駆動システム。 ４．装置の前記少なくとも１つの機械（１０５、１１６）の前記磁気回路の前 記コアの磁束経路が、積層薄鋼板および／または粗鍛造鉄および／または鋳鉄お よび／または粉体ベースの鉄からなることを特徴とする請求項３に記載の駆動シ ステム。 ５．前記固体絶縁体が、固体絶縁体の中間絶縁層（３３）を有する少なくとも ２つの半導電層（３２、３４）によって取り巻かれる１つまたはそれより多い電 流搬送導体（３１）を備える、高電圧を目的とするケーブル（６）を構成するこ 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駆動システム。 ６．前記最内周の半導電層（３２）が前記導体（３１）と実質的に同じ電位に あることを特徴とする請求項５に記載の駆動システム 。 ７．前記外側半導電層（３４）の１つが、本質的に前記導体（３１）を取り巻 く等電位表面を形成するよう設けられることを特徴とする請求項５または６に記 載の駆動システム。 ８．前記外側半導電層（３４）が選択された電位に接続されることを特徴とす る請求項６に記載の駆動システム。 ９．前記選択された電位がアース電位であることを特徴とする請求項８に記載 の駆動システム。 １０．前記電流搬送導体が複数の撚り線を備え、前記撚り線の少数のものだけ は互いに絶縁されていないことを特徴とする請求項５から７のいずれか一項に記 載の駆動システム。 １１．前記巻線が１つまたはそれより多い電流搬送導体（２）を備えるケーブ ルからなり、前記各導体が多数の撚り線からなり、内側半導電層（３）が前記各 導体の周囲に配置され、固体絶縁材の絶縁層（４）が前記各内側半導電層（３） の周囲に配置され、外側半導電層（５）が前記各絶縁層（４）の周囲に配置され ることを特徴とする請求項１から１０のいずれか一項に記載の駆動システム。 １２．前記ケーブルも金属遮蔽体とシースとを含むことを特徴とする請求項１ １に記載の駆動システム。 １３．前記磁気回路が空気または他の絶縁気体を含むことを特徴とする請求項 １から１２のいずれか一項に記載の駆動システム。 １４．前記磁気回路の前記巻線と、前記システム・ユニット間の高圧電流用の 永久的に絶縁された接続導体とが、高電圧用固体絶縁材を有し、少なくとも２つ の半導電層（３２、３４）と、絶縁されているかまたはされていない撚り線（３ ６）とを備えるケーブル（６）を使用して製造されることを特徴とする請求項３ に記載の駆動システム。 １５．前記高電圧ケーブル（６）が３０〜３０００ｍｍ²の導体面積を有し、 １０〜２５０ｍｍのケーブル外径を有することを特徴とする請求項５または１４ に記載の駆動システム。 １６．前記外側半導電層（３４）がアース電位に接続されることを特徴とする 請求項１から１５のいずれか一項に記載の駆動システム。 １７．前記機械のうちの少なくとも１つにおける前記巻線が、自己調整界磁制 御用に配置され、前記界磁の制御のための補助手段を有さないことを特徴とする 請求項１から１６のいずれか一項に記載の駆動システム。 １８．前記少なくとも１つの前記機械の１つが前記配電網と前記電源線路との 間に配置されることを特徴とする請求項１から１７のいずれか一項に記載の駆動 システム。 １９．前記機械が前記配電網の電圧レベルから前記架空導線の電圧レベルに降 圧する変圧器であることを特徴とする請求項１８に記載の駆動システム。 ２０．前記機械が電動発電機であり、前記電動機が前記配電網の電圧を供給さ れ、前記発電機が前記電源線路の電圧レベルに対応する電圧を放出することを特 徴とする請求項１８に記載の駆動システム。 ２１．前記電動機の回転子軸が直接前記発電機軸に接続されることを特徴とす る請求項２０に記載の駆動システム。 ２２．前記発電機が単相形であることを特徴とする請求項２０または請求項２ １に記載の駆動システム。 ２３．前記の周波数が前記回路網の周波数の整数部分、好適には１６ ２／３ 、２０または２５Ｈｚであることを特徴とする請求項２２に記載の駆動システム 。 ２４．前記少なくとも１つの機械の少なくとも１つが前記車両に配置されるこ とを特徴とする請求項１から２３のいずれか一項に記載の駆動システム。 ２５．前記車両に配置された前記少なくとも１つの機械が前記架空導線の電圧 を前記電車電動機の電圧に降圧する変圧器であることを特徴とする請求項２４に 記載の駆動システム。 ２６．前記車両に配置された前記少なくとも１つの機械が前記車両の少なくと も１つの電車電動機であることを特徴とする請求項２４に記載の駆動システム。 ２７．前記少なくとも１つの電車電動機が別の電気機械の中間接続なしに前記 電源線路から電圧を直接供給されることを特徴とする請求項２６に記載の駆動シ ステム。 ２８．例えば鉄道機関車および電動車である車両を駆動する電気駆動システム であって、電力が架空導線と少なくとも１つの電車電動機とを介して配電網から 前記車両の機械的駆動軸に伝達され、前記配電網と前記駆動軸との間に配置され た少なくとも１つの電気機械を含み、前記各電気機械が少なくとも１つの巻線を 有する駆動システムにおいて、前記機械のうち少なくとも１つが、その熱的およ び電気的特性に関して、３６ｋＶを超える前記機械の電圧レベルを許容すること を特徴とする電気駆動システム。 ２９．前記機械が請求項１から２７のいずれか一項に記載の特徴を含むことを 特徴とする請求項２８に記載の電気駆動システム。 ３０．少なくとも１つの巻線を備えた電気機械を備え、電気的に運転される車 両を目的とする配電網と架空導線との間の電力送電手段であって、前記巻線が、 各層が本質的に等電位表面を構成する少なくとも２つの半導電層とそれらの間の 固体絶縁体とを備える絶縁システムを備えることを特徴とする手段。 ３１．前記機械が、前記配電網の電圧レベルから前記架空導線の電圧レベルに 降圧する変圧器であることを特徴とする請求項３０に記載の手段。 ３２．前記機械が電動発電機であり、前記電動機が前記配電網の電圧を供給さ れ、前記発電機が前記架空導線の電圧レベルに対応する電圧を放出することを特 徴とする請求項３１に記載の手段。 ３３．前記電動発電機が請求項２２から２４のいずれか一項に記載の前記電動 発電機について定義された特徴を備えることを特徴とする請求項３２に記載の手 段。 ３４．前記機械が請求項２から１７のいずれか一項に記載の前記機械の前記少 なくとも１つについて定義された特徴を備えることを特徴とする請求項３１また は３２に記載の手段。 ３５．電気を動力とする車両のために電力を配電網から架空導線に送電する手 順であって、前記電力が請求項３０から３４のいずれか一項に記載の手段によっ て送電されることを特徴とする手順。 ３６．鉄道機関車または電動車といった車両の電気機械であって、電力が架空 導線から得られ、機械が前記電力を前記架空導線から前記車両の駆動軸に送電す るように配置され、かつ前記機械が少なくとも１つの巻線を備える電気機械にお いて、前記巻線が、各層が本質的に等電位表面を構成する少なくとも２つの半導 電層とそれらの間の固体絶縁材とからなる絶縁システムを備えることを特徴とす る電気機械。 ３７．前記機械が前記架空導線の電圧を前記車両の電車電動機の電圧に降圧す る変圧器であることを特徴とする請求項３６に記載の電気機械。 ３８．前記変圧器がアース電位で冷却されることを特徴とする請求項３７に記 載の電気機械。 ３９．前記変圧器の磁気回路がコアまたは外鉄形であることを特徴とする請求 項３６または３８に記載の電気機械。 ４０．前記機械が中間変圧器なしに前記架空導線に接続された電車電動機であ ることを特徴とする請求項３６に記載の電気機械。 ４１．前記機械が請求項２から１７のいずれか一項に記載の前記少なくとも１ つの機械について定義された特徴を含むことを特徴とする請求項３６から４０の いずれか一項に記載の電気機械。 ４２．前記車両が請求項３６から４１のいずれか一項に記載の少なくとも１つ の機械を備えていることを特徴とする、架空導線から駆動力を得る、電気を動力 とする車両。