Układy napędowe tramwajów z silnikami synchronicznymi i bez jednolitych osi

Jedną z dróg rozwoju konstrukcji tramwajów jest obniżanie podłogi celem ułatwienia wsiadania i poprawy dostępności wnętrza. W latach 90. pojawiły się pierwsze konstrukcje, w których wyeliminowano pełne osie lub wprowadzono specjalne rozwiązania silników i napędu, m. in. pozbawione przekładni, celem poprawy przestronności wnętrza.

Innym rozwiązaniem, które ułatwia uzyskanie przestronnego wnętrza z płaską podłogą, są silniki synchroniczne. Cechują się one dużą mocą przy niewielkich wymiarach, dzięki czemu można zamontować je na osi pojazdu i wyeliminować przekładnie, zyskując na sprawności i bilansie energetycznym. Dla upowszechnienia silników synchronicznych niezbędny był spadek cen magnesów trwałych, co też miało miejsce w ostatnich latach.

Przykładowe tramwaje z rozwiązaniami układu napędowego pozbawionymi klasycznych osi lub silnikami synchronicznymi wymieniono poniżej (w nawiasach podano miasta, gdzie pojazdy są eksploatowane):

• Siemens ULF –brak jednolitej osi (Oradea, Wiedeń)
• Skoda 15T Forcity –brak jednolitej osi, silniki synchroniczne (Praga, Ryga)
• Stadler Variobahn –brak jednolitej osi, silniki asynchroniczne (Bergen, Gelsenkirchen, Graz, Londyn, Mainz, Norymbergia, Monachium, Poczdam)

Siemens ULF to tramwaj 5- lub 7-członowy. Wózki wykonano jako dwukołowe, portalowe konstrukcje, umiejscowione pomiędzy członami. Portale połączono z członami za pomocą wysoko umieszczonych, masywnych sprężyn śrubowych i tłumików hydraulicznych. Rozwiązanie miało na celu uzyskanie najniższej możliwej wysokości podłogi – 220 mm. Podłoga jest płaska, pozbawiona pochyłości i podestów. Dla krótszej wersji 3 wózki posiadają napęd, a czwarty jest toczny. Napęd stanowi 6 silników o łącznej mocy 360 kW. W wersji dłuższej napęd zapewnia 8 silników o łącznej mocy 480 kW. Koła zamocowane są niezależnie, bez połączenia za pomocą wspólnej osi, co wymusiło zastosowanie sprzężenia ich ruchu za pomocą elektronicznego sterownika. Aby tramwaj mógł bezpiecznie wchodzić w łuki, wózki połączono drążkami reakcyjnymi. Silniki zabudowano pionowo, ponad kołami. Napędzają one koła poprzez przekładnie kątowe. Wagony produkowała pierwotnie firma Simmering Graz Pauker (SGP), przejęta obecnie przez Siemens, który kontynuuje produkcję. Silniki do obecnych ULF-ów produkuje przedsiębiorstwo Traksionssysteme Austria GmbH. Zastosowano 2 chłodzone powietrzem falowniki ETRIS T1000 o masie 395 kg i mocy 2 x 180 kVA, którymi steruje urządzenie ELTAS ECON, integrujące też funkcję sterowania hamowaniem. Falowniki wykonano w technologii IGBT.

Skoda 15T Forcity to tramwaj 3-członowy, osadzony na 4 wózkach. Człony skrajne opierają się na jednym wózku niezależnym i drugim wspólnym dla członów, a człon środkowy –na dwóch wspólnych wózkach. Wózki są skrętne względem nadwozia. Każdy z nich posiada 4 koła zawieszone na niezależnych osiach, a każde z kół – oddzielny silnik synchroniczny z magnesami trwałymi o mocy znamionowej 45 kW. Z napędu wyeliminowano dzięki temu przekładnie. Silniki są zamontowane po zewnętrznej stronie kół. Połączono je z osiami kół za pomocą sprzęgieł kłowych. Wszystkie koła tramwaju są identyczne i posiadają tłumiące wkładki gumowe. Falowniki produkcji Skody, wykonane w technologii IGBT, umieszczono na dachu. Na jeden falownik przypadają 4 silniki jednego wózka. Tramwaj posiada 2 sterowniki napędu komunikujące się za pomocą sieci CAN.

Stadler Variobahn to 5-członowy tramwaj. Trzy człony –skrajne i środkowy –oparte są na 4-kołowych wózkach, a dwa pozostałe są wiszące. Wózki członów skrajnych są napędzane. Nie posiadają one klasycznych, jednolitych osi –każde koło posiada własną oś, a na piaście koła zamontowano silnik produkcji Traksionssysteme Austria GmbH (TSA) z Wiednia. Spółka ta jest powiązana z ELIN Motoren GmbH. Dzięki wyeliminowaniu osi, Stadler Variobahn ma w pełni płaską podłogę, pozbawioną pochyłości i podwyższeń. Jedyne podesty znajdują się pod siedzeniami w obrębie wózków. Wnętrze tramwaju jest szerokie, co umożliwia aranżację z siedzeniami w układzie 2+2. Korzystnie na przestronność wpływają szerokie przejścia międzywagonowe. Wysokość podłogi to 350 mm, a w wejściu –300 mm. System sterowania opiera się na zespołach ABB Bordline CC400, montowanych na dachu tramwaju, z wodnym chłodzeniem. Jeden zespół zawiera: 2 przekształtniki napędowe, 2 styczniki główne, 2 filtry sieciowe, 2 czopery hamowania, 2 dodatkowe przekształtniki i ładowarkę baterii akumulatorów. Tramwaj napotkał na pewne problemy eksploatacyjne. Silnik jest zamocowany wspólnie z kołem, przez co należy do mas nieresorowanych. Przekłada się to negatywnie na emisję hałasu. W austriackim mieście Graz wprowadzano w tramwajach modyfikacje techniczne pierwszego i drugiego stopnia odsprężynowania celem zmniejszenia hałaśliwości.