CN101003276A - 用于铁路客车等的车轴驱动发电机 - Google Patents

Abstract

一种用于铁路客车等的车轴驱动发电机，包括至少一个车轴驱动发电机，其转子与轮轴旋转接合，而其定子壳体固定到壳体上。为了支撑较大的，强有力的车轴驱动发电机，车轴驱动发电机在轮盘之间直接布置在轮轴上，且所述轮轴穿过车轴驱动发电机。

Description

用于铁路客车等的车轴驱动发电机

本发明涉及一种根据权利要求1前序部分的用于铁路客车等的车轴驱动发电机。术语“铁路客车”表示所有有轨的，非自行驱动的车辆。

EP 1033296 A2公开了一种车轴驱动的发电机，其用法兰直接连接在车轴上。但是，该车轴驱动发电机的端面用法兰直接连接在车轴轴承上，而这具有很大的缺点。第一个缺点是轴向中的端面安装空间显著地限制在车轴轴承上，从而阻止具有相应功率输出的大发电机装在该位置中。从而仅具有有限长度的车轴驱动发电机能够突出轮组外端面。

另一个缺点是车轴的导向，其具有相对大的直径，通过车轴轴承表现出结构问题。从而直径减小的轴头可以从端面伸出。但是，这意味着仅能向车轴驱动发电机传递较低的扭矩，具有较低的稳定性。

从而这种类型的车轴驱动发电机仅适于测量速度或距离，而不适于在车厢中产生独立的供电。

在DE10748392A1，DE19756904A1，以及DE4110834A1和DE69524014T2中，发电机连接到从车轴上分支的轴头上，并用法兰连接在该位置上。但是，不能通过这种类型的轴头传递高扭矩。

上述每一文献中公开的发电机是这样的发电机，其端面用法兰连接到轮轴上，仅能向其传递较低的扭矩，且由于轮轴轴向长度的限制，其在结构上较小，具有较小的电能。

从EP1033296A2开始，从而本发明的目的是开发一种在开头所述类型的用于有轨车辆的车轴驱动发电机，从而便于在轮盘之间的安装位置中获得发电机的高输出。

为了实现所设的目的，本发明的特征在于权利要求1的技术教导。

本发明的基本特征是车轴驱动发电机现在直接位于穿过所述车轴驱动发电机的轮轴上。

所提供的技术教导产生重要的优点，即由于车轴驱动发电机不再用法兰连接在其端面上，现在可以从轮轴直接向车轴驱动发电机传递非常高的扭矩；相反，轮轴大约在轮轴的中心直接穿过所述车轴驱动发电机。

轮轴上的中心安装位置仅通过举例的方式给出。在其它实施例中，从轮轴长度的1/3至2/3的安装位置也可以用于车轴驱动发电机。相等地，多个车轴驱动发电机也可以平行布置在轮轴上并彼此隔开地布置。

这消除了为了驱动布置在该位置上的车轴驱动发电机，必须将相对不稳定的轴头引导出车轴的端面的问题。这种布置的缺点已经在开头说明：仅能将相对较低的扭矩传递到布置在端面上的车轴驱动发电机上，并以不期望的方式增大了轮轴的安装长度。

这是本发明的出发点，其中车轴驱动发电机直接连接到传递高扭矩的大轮轴上。

在本发明的改进中，提供双部件结构的车轴驱动发电机，其由彼此大致镜像对称并由螺栓连接的两部分组成。

另一个显著的优点是车轴驱动发电机的可分离性，使其能够在损坏时更换或维修，而无需拆除铁路客车的轮盘5。这种技术教导第一次提供了车轴驱动发电机简单安装的优点；这在以前是未知的。

在这点上重要的是从低至200rpm的转速实现发电，从而发电机的结构必须相对较大。

发电机优选地为无刷，永磁三相发电机，其优选地具有大约为600mm的外径，大约为600mm的轴向长度，大约为450kg的重量。过去，不可能可靠地将这么大的车轴驱动发电机连接到轮轴上，更不必说连接到端面上。

上述尺寸和功率不应被视为限制本发明的范围，而仅用于说明优选实施例。它们还清楚地表示这种类型的车轴驱动发电机，由于其轴向长度和其外径，无法用法兰连接到轮轴上。

本发明的背景是所述电功率的发电机或多个发电机为车厢提供完全独立的电源。这种类型的车厢通常至少具有照明系统，通风系统，和空调系统。空调系统包括具有相对较高功率消耗的压缩机供电。

发电机的三相交流电输出通过充电模块与向电池供电的转换器相连。电池的电流输出提供车厢中的全部供电。布置在车厢中的用电器从电池提供低压DC电压。这在车厢固定时防止车厢中的供电故障。

但是，本发明不限于这种类型的电池电源。也可以用根据本发明的车轴驱动发电机提供直流电。等价地，多个车轴驱动发电机可以布置在车厢上。例如，每一轮轴可以带有一个这种类型的发电机。多个车轴驱动发电机也可以布置在一个轮轴上。

过去，已经使用了连续非分离的车轴驱动发电机；这具有发电机不是必须用法兰连接在车轴端面上，就是必须布置在转向构架上并通过传动带或者其它传动方案连接到车轴上的缺点。本发明通过提出将车轴驱动发电机直接置于轮轴上而消除了复杂的传动装置。

已经发现驱动布置在转向构架上的车轴驱动发电机的传动带不适于高速使用。轮轴执行主要的轴向和径向位移，并执行消除通过传动带驱动的三维间接运动。

出于该原因，本发明提出车轴驱动发电机直接位于其自身的轮轴上，且其转子与之接合，而定子以不可旋转的方式支撑在转向构架或车厢的其它固定部分上。

转子在轮轴上的旋转接合夹紧连接当然也可以被其它互锁连接代替，例如，键槽，齿等，容纳在车轴驱动发电机中的轴，例如具有相应的内齿，轮轴通过这些内齿与相关的外齿啮合。

从而轮轴和车轴驱动发电机转子之间所有形式的旋转接合都处于本发明的范围内。这种类型的连接可以是夹紧型或互锁型的。

前文中声明的车轴驱动发电机优选地为完全可分离的，即，其由两部分组成，这两部分大致彼此镜像对称布置，并使用相应且合适的螺栓连接，以轮轴通过摩擦或互锁接合穿过车轴驱动发电机中的内孔的方式连接到轮轴上。

然而，在本发明的一个不同的实施例中，车轴驱动发电机为不可分离的，即其基本上为连续，围绕，大致旋转对称的部件，轮轴穿过其中的轴孔，其中仅在轮盘和制动盘从轮轴上分离的情况下安装车轴驱动发电机。

从而下面两种车轴驱动发电机的不同实施例处于本发明的范围内：

一种车轴驱动发电机，其完全分成两半，并可以用其两半安装在轮轴上，或

不可分离的车轴驱动发电机，其通过其开口端面被推到轮轴上，且大致在轮轴的中间区域布置在转向构架下方。

为了简化，本说明的剩余部分将仅更紧密地说明可分离的车轴驱动发电机，因为不可分离的发电机可以类似地从可分离发电机的说明中推出。

重要的是可分离车轴驱动发电机由大致彼此对称布置的两半组成，即可分离定子壳体，其可以通过连接法兰连接在一起，从而产生相应的上定子半壳体和下定子半壳体，和转子，其布置在定子壳体中且也可分离，每一转子半体分别包括内转子环半体和外转子环半体。

外转子环半体在该情况下容纳永磁体，而内转子环半体形成转子体。重要的是转子体，具有径向向外且在圆周上均匀分布的板，通过螺栓连接到外转子环半体上。

这两个组装的转子环半体在转子体区域中通过相应的螺栓连接连接到一起，从而产生外围，内部夹紧座，其覆盖轮轴，并在该位置上夹到其上。

这种夹紧座能够传递非常高的扭矩，且实际上不需要任何其它旋转接合部件。

显然，本发明不限于该实施例。键槽等也可以用于其它旋转接合。

每一外部转子环半体包括转子压板，其布置在端面上，彼此平行，在转子环半体的圆周上均匀分布，且在端面上通过在轴向延伸的拉力螺栓连接在一起。

转子板布置在转子压板之间，且在转子压板中具有径向向外的槽，槽中容纳永磁体。

在该情况下，大量永磁体均匀地分布在圆周上，径向向外。永磁体也可以不同地布置。

从而在图示实施例中的发电机为无刷，永磁三相发电机，因为感应电压在定子侧线圈中产生。

但是，本发明不限于该实施例。本发明还可以涉及有刷三相发电机，或其它外激励三相发电机。

类似地，本发明不限于三相发电机。两相或多相发电机也可以使用。

由于提供了两个完全对称的转子环半体和两个大致对称的定子环半体，这导致两个定子环线圈中的每一个均绝缘。

从而上定子环线圈和下定子环线圈从定子中单独导出，并在固定到壳体上的夹板中结合及连接。

上述说明在全部情况中均提到“车轴驱动发电机”，虽然本发明不限于此。显然，当电流通过定子线圈时，任何车轴驱动发电机也能作为电动机。

从而根据本发明，也能够将车轴驱动发电机操作为电动机。

在本发明的改进中，还可以为扭矩的传递提供车轴驱动发电机的定子壳体，车轴驱动发电机的转子与轮轴旋转接合，定子壳体通过已知的扭矩支架连接到转向构架上。

这还作为安全装置，如果车轴驱动发电机失灵并阻碍轮轴，则其将被触发。在这种情况下，通过定子壳体向连接到定子壳体外侧的扭矩支架传递非常高的扭矩，扭矩支架具有拉杆螺栓，其在相应的紧急切断点断裂，从而从转向构架上分离车轴驱动发电机。一旦这种连接在紧急情况下被取消，则在这种情况下车轴驱动发电机将与轮轴自由旋转，而不会阻碍轮轴。

本发明的要点不仅从各个单独的权利要求中体现，而且从这些单独权利要求的组合中得到体现。

文献中公开的所有细节和特征，包括摘要，特别是图中表示的空间结构，均处于本发明的范围内，因为它们单独地或组合地相对于现有技术具有新颖性。

下面将参考仅表示了一个实施例的附图更详细地说明本发明。本发明的其它特征和优点将从附图和其说明中得到体现。

附图中：

图1是从车厢转向构架下面的透视图，表示车轴驱动发电机的安装位置；

图2是车轴驱动发电机的外部透视图；

图3表示根据图3的部分敞开的车轴驱动发电机；

图4是转子半体的透视图；

图5是车轴驱动发电机的前视图；

图6是车轴驱动发电机的剖视图；

图7是车轴驱动发电机的部分剖视前视图，表示扭矩支架。

图1是从车厢转向构架下面的透视图。轮轴1连接到转向构架2上，制动盘4和外轮盘5与轮轴1旋转接合。

用于支撑轮轴1的外部轴承6也连接到转向构架2上。

重要的是车轴驱动发电机3直接连接到轮轴1上，其中轮轴1直接穿过所述车轴驱动发电机，其为两部分结构。

分离车轴驱动发电机3结构的其它细节从图2和3中体现。

定子壳体7是两部分结构，包括上环半体和下环半体，这两个环半体通过连接法兰8a，8b连接在一起。

图7中所示用于连接扭矩支架的座15与上定子壳体7的外圆周旋转接合。

图2表示轮轴1穿过定子中的轴孔14，并与转子可旋转地接合，可以看到轴瓦13，其也可分离，并由轴瓦半体13a，13b组成。

图2还表示端面轴承防尘圈10，其通过螺栓连接32连接到定子壳体7上。

轴承防尘圈10通过加强肋16用法兰连接到轴瓦13上。

图中所示相对的连接法兰11也可分离，并由用螺栓连接在一起的连接法兰11a，11b组成。

这两个轴承防尘圈10半体在连接法兰的区域中连接在一起。

图3中，轴承防尘圈10的上半部分已经拆除以表示转子的内部结构。

首先应该注意，仅有下连接法兰11b留在两侧，而没有上连接法兰11a，因为轴承防尘圈10相应的上部已经拆除。

轴承具有轴承外圈17和座圈，如图6中所示，圆柱滚柱轴承39。

迷宫密封19布置在轴承外圈17的内侧和外侧。轴承导轨18轴向固定，如图6中所示，圆柱滚柱轴承39。

重要的是转子大致由内转子环半体26和外转子环半体24组成。

内转子环半体26基本上由转子体20(见图4)组成，例如其为铸件的形式并具有大量指向径向的肋。这些肋以材料上为整体的形式连接到转子体20上。

转子体形成在其端面上，在每种情况下，在法兰面34的区域中，上转子半体和下转子半体通过相应的螺栓连接相连。

内转子环半体通过螺栓连接12连接到相对的，对称布置的另一个转子环半体上。

在下面的说明中，如果在附图中仅有单独的部件具有附图标记，则应该理解这不是任何形式的限制。当半体完全旋转对称时，为了简化的目的，对称半体仅有很少的基本部分具有附图标记。

显然，对于相对侧上的中间分离面，具有相同附图标记的相同部件。

内转子环半体26通过固定螺栓23连接到外转子环半体24上。

外转子环半体包括转子压板22，其在每种情况下布置在外侧(在端面上)并在其轴向长度上通过相应的拉力螺栓29连接在一起。

转子压板22的端面覆盖转子板28，转子板28具有用于插入在其中的永磁体21的孔或槽。冷却肋30与转子压板22一体地形成。

转子板通过螺栓连接25连接在一起，为了从而实现完全围绕(自包含)的环形转子。

图3表示定子线圈27，其仅延伸180°的圆周角，并与相对的另一个定子线圈27绝缘。

定子线圈的接头向外引出并在固定到壳体的夹板中连接，为了可选地并联或串联连接两个绝缘的定子线圈。

图5也表示在分离面31的区域中分离的轴承防尘圈10，从而该分离面延伸穿过连接法兰11a，11b。

还表示出定子壳体7在分离面35的区域中分离，且通过上述连接法兰11a，11b形成连接。

从而可以通过螺栓连接25和12将转子的连接法兰34连接在一起，为了从而实现用于轴孔14的内部夹紧座33。

夹紧座以互锁的方式包围轮轴1，其总长度穿过轴孔14。

图6表示定子结构的其它细节。定子轴38的叠片铁心径向向外抽入定子壳体7中，并通过开槽螺母36和螺纹连接37固定在其中。

图7表示上述扭矩支架。

上述座15与定子壳体7的外圆周旋转接合，具有相应紧急切断点44的拉杆螺栓40插在座中。

紧急切断点44由在拉杆螺栓40区域中直径减小的环形成，该环在不期望的高扭矩施加到拉杆螺栓的情况下断裂，从而分离拉杆螺栓40。

橡胶轴承41布置在拉杆螺栓40上部，橡胶轴承41由支撑臂43的轴承衬覆盖。

支撑臂43的自由端可旋转地容纳在转向构架2上的枢轴承48中，枢轴承48在轴承座47的区域中布置在转向构架2上。

为了便于在紧急情况下将扭矩支架从快速旋转的车轴驱动发电机3上完全拆除，另一个压缩弹簧45也布置在转向构件上，在压缩弹簧45的上端具有穿过支撑臂43的螺栓。从而支撑臂43由压缩弹簧45在箭头46的方向中偏置。

一旦紧急切断点44开启，支撑臂43在箭头46的方向中被向上扔，且车轴驱动发电机3能够自由旋转，不会造成轮轴1阻塞。

在该紧急情况下，车轴驱动电动机相应的电缆连接也被切断。在第一实施例中，电缆通过摩擦接合，在分离面的区域中由螺栓以导电的方式连接。一旦不允许的高扭矩在纵向施加在电缆上，则该摩擦接合连接开路，且电缆分离。

在另一个实施例中，也可以使电缆通过在牵引方向中组装的插头连接，使得在不允许的高扭矩施加在电缆上的情况下切断电源连接。

连续斜面9b布置在支撑臂43上，连续斜面9b在定子壳体7的外圆周面上，与固定到壳体上的相应连续斜面9a配合。在切断点的分离时，支撑臂从定子壳体的外圆周面上分离，由两个连续斜面9a，9b的接触加速，从而不会损坏快速旋转的定子壳体。

为了防止损坏车架，当朝向车架掷支撑臂时，在压缩弹簧45的拉杆螺栓区域中具有固定装置49，以限制支撑臂在箭头46方向中的向外旋转。

附图标记

1轮轴

2转向构架

3车轴驱动发电机

4制动盘

5轮盘

6轴承

7定子壳体

8连接法兰a，b

9连续斜面a，b

10轴承防尘圈

11连接法兰a，b

12螺栓连接

13轴瓦a，b

14轴孔

15座

16加强肋

17轴承外圈

18轴承导轨

19迷宫密封

20转子体

21永磁体

22转子压板

23固定螺栓

24外转子环半体

25螺栓连接

26内转子环半体

27定子线圈

28转子体

29拉力螺栓

30冷却肋

31分离面(轴承防尘圈)

32螺栓连接

33夹紧座

34法兰面

35分离面(定子壳体)

36开槽螺母

37螺栓连接

38定子板

39圆柱滚珠轴承

40拉杆螺栓

41橡胶轴承

42轴承衬

43支撑臂

44紧急切断点

45压缩弹簧

46箭头方向

47轴承座

48枢轴承

49固定装置

Claims (17)

1、一种用于铁路客车等的车轴驱动发电机，包括至少一个车轴驱动发电机(3)，其转子(20，24，26)与轮轴(1)旋转接合，而其定子壳体(7)固定到壳体上，其特征在于车轴驱动发电机(3)直接用法兰连接在车轴(1)上，其穿过所述车轴驱动发电机。

2、根据权利要求1所述的车轴驱动发电机，其特征在于该车轴驱动发电机为两部分结构，并由大致彼此镜像对称布置且用螺栓连接在一起的两个半体组成。

3、根据权利要求1或权利要求2所述的车轴驱动发电机，其特征在于车轴驱动发电机构造为无刷、永磁(permanently excited)三相发电机。

4、根据权利要求1-3中任意一项所述的车轴驱动发电机，其特征在于车轴驱动发电机(3)产生高达30kW的电功率。

5、根据权利要求1-4中任意一项所述的车轴驱动发电机，其特征在于车轴驱动发电机(3)直接位于轮轴(1)上，且其转子(20，24，26)与轮轴旋转接合，而定子(7)以不可旋转的方式支撑在转向构架(2)或车厢的其它固定部件上。

6、根据权利要求1-5中任意一项所述的车轴驱动发电机，其特征在于车轴驱动发电机(3)的转子(20，24，26)通过旋转接合夹紧连接围绕轮轴(1)。

7、根据权利要求1-6中任意一项所述的车轴驱动发电机，其特征在于车轴驱动发电机(3)包括两部分，这两部分大致彼此镜像对称布置且用螺栓连接到轮轴上，且其中轮轴(1)用摩擦或互锁接合穿过车轴驱动发电机(3)中的轴孔(14)。

8、根据权利要求1-7中任意一项所述的车轴驱动发电机，其特征在于车轴驱动发电机(3)包括两个大致彼此镜像对称布置的半体，即可分离定子壳体(7)，其可以通过连接法兰连接在一起，从而产生相应的上定子半壳体和下定子半壳体，和转子(20，24，26)，其布置在定子壳体(7)中，且也可分离。

9、根据权利要求1-8中任意一项所述的车轴驱动发电机，其特征在于每一转子半体分别包括内转子环半体和外转子环半体(24，25)。

10、根据权利要求1-9中任意一项所述的车轴驱动发电机，其特征在于外转子环半体(24)容纳永磁体，和内转子环半体(26)形成转子体(26)。

11、根据权利要求1-10中任意一项所述的车轴驱动发电机，其特征在于这两个组装的转子环半体在转子体(20)区域中通过相应螺栓连接连接到一起，从而产生外围的内部夹紧座，其覆盖轮轴，并在该位置上夹到其上。

12、根据权利要求1-11中任意一项所述的车轴驱动发电机，其特征在于每一外转子环半体(24)包括转子压板(22)，其布置在端面上，彼此平行定向，在转子环半体(24)的圆周上均匀分布，且通过在轴向中延伸的拉力螺栓(29)在端面上连接在一起。

13、根据权利要求1-12中任意一项所述的车轴驱动发电机，其特征在于转子板(28)布置在转子压板(22)之间，和转子压板(28)中具有径向向外的槽，槽中容纳永磁体(21)。

14、根据权利要求1-13中任意一项所述的车轴驱动发电机，其特征在于车轴驱动发电机的定子壳体(7)通过扭矩支架连接到转向构架(2)上。

15、根据权利要求1-4中任意一项所述的车轴驱动发电机，其特征在于扭矩支架包括支撑臂(43)，其覆盖拉杆螺栓(40)，拉杆螺栓与定子壳体(7)的外圆周刚性相连，并形成直径减小的环，作为紧急切断点(44)。

16、根据权利要求1-15中任意一项所述的车轴驱动发电机，其特征在于支撑臂(43)由压缩弹簧(45)在箭头(46)的方向径向向外偏置。

17、根据权利要求1-16中任意一项所述的车轴驱动发电机，其特征在于在紧急情况触发的条件下，即使连接到车轴驱动发电机(3)上的电缆也可以被切断。

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