CN105416307A - 跨座式单轨车辆的轮边驱动装置 - Google Patents

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丁治雨
伯均华
吕红
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Abstract

本发明涉及一种跨座式单轨车辆的轮边驱动装置，包括变速箱和牵引电机，牵引电机固定设置在变速箱的输入端，变速箱的输出端用于与转向架的构架本体固定连接，其中，变速箱内包括一太阳轮，且变速箱的壳体上镶设有内齿圈，太阳轮与内齿圈之间还设置有行星轮，行星轮的行星轮架与用于驱动转向架的走行轮行走的驱动轴固连；牵引电机的输出轴与太阳轮固连，且输出轴沿构架本体的横向布置。该轮边驱动装置不仅使得单轨车辆的驱动装置布局更为合理，传动效率更高，而且还满足了转向架轻量化、低能耗的要求，另外，该种驱动装置布局还使得在转向架上安装抗侧滚扭杆成为了可能，为增强目前跨座式单轨车辆转向架的稳定性提供了基础。

Description

跨座式单轨车辆的轮边驱动装置
技术领域
本发明涉及单轨车辆制造技术领域，特别涉及一种跨座式单轨车辆的轮边驱动装置。
背景技术
随着我国新型城镇化进程的加快，城市人口快速增长，从小城市到大城市，山地城市到平原城市，环境污染严重、交通拥堵、能源短缺等问题越发尖锐。传统的公共交通系统已不能满足城市绿色、快捷交通发展的需要，解决城市交通问题的根本出路在于发展城市轨道交通。
跨座式单轨交通是一种典型的城市轨道交通制式，具有地形适应性强、爬坡能力大、转弯半径小、土地资源占用少、噪音低、建设周期短、造价低等独特优势。在多制式城轨交通中，高架线路运行综合优势明显。独特的优势决定该制式有着进一步推广和广泛应用的空间。
随着社会的进步，节能环保也越来越受到重视，目前国内的跨座式单轨列车的转向架是2004年从日本引进，至今为止依然停留在20世纪80年代的技术水平上。
目前这种跨座式单轨车辆转向架采用交流异步电机作为驱动装置，转向架的中部横梁向轨道横向两侧延伸的部分安装有电机安装座，交流异步电机固定设置在电机安装座上，并且电机的轴线方向与转向架的纵向平行。
众所周知，跨座式单轨车辆走行轮的支承轴轴线与转向架的横向平行，因此电机的扭矩至少要经过换向齿轮组和减速齿轮组才能传递到走行轮上，因而目前的转向架中，在电机安装座的另一侧还设置有安装于构架上的变速箱，该变速箱中包括换向齿轮组和减速齿轮组。
由于包含的齿轮较多，因此该种变速箱不仅笨重，而且体积较大，占用了大量的转向架空间，极其不利于其他机构在转向架上的布置，这导致了该种转向架出现了整体笨重、能耗很高的问题；同时由于三相异步电机和变速箱分别位于构架中部横梁的两侧，电机的扭矩需要经过多级才能最终传递到走行轮上，传动效率较低，这也进一步加剧了转向架能耗高的问题。
因此，如何能够使跨座式单轨车辆的驱动装置布局更为合理，从而提高传动效率，降低能源消耗是目前本领域技术人员亟需解决的技术问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种跨座式单轨车辆的轮边驱动装置，以便能够使得跨座式单轨车辆的驱动装置布局更为合理，从而提高单轨车辆转向架的传动效率，降低能源消耗。
为达到上述目的，本发明提供的跨座式单轨车辆的轮边驱动装置，包括变速箱和牵引电机，其特征在于，所述牵引电机固定设置在所述变速箱的输入端，所述变速箱的输出端用于与转向架的构架本体固定连接，其中，
所述变速箱内包括一太阳轮，且所述变速箱的壳体上镶设有内齿圈，所述太阳轮与所述内齿圈之间还设置有行星轮，所述行星轮的行星轮架与用于驱动所述转向架的走行轮行走的驱动轴固连；
所述牵引电机的输出轴与所述太阳轮固连，且所述输出轴沿所述构架本体的横向布置。
优选的，所述牵引电机的输出轴为齿轮轴，且所述牵引电机的输出轴伸入所述变速箱内，所述输出轴端部的齿轮构成所述太阳轮。
优选的，所述牵引电机为永磁电机。
优选的，所述变速箱的输出端设置有与所述构架本体上的构架法兰盘适配的第一法兰盘，输入端设置有第二法兰盘，所述牵引电机上设置有与所述第二法兰盘对应的电机法兰盘，所述变速箱与所述构架本体以及所述牵引电机均通过法兰螺栓固连。
优选的，相互配合的所述构架法兰盘与所述第一法兰盘上，以及相互配合的所述第二法兰盘与所述电机法兰盘上，还开设有多对绞制孔，且所述绞制孔内穿设有与所述绞制孔自身过盈配合的绞制孔螺栓。
优选的，所述行星轮包括三个，且所述行星轮沿所述太阳轮的周向均匀分布。
由以上技术方案可以看出，本发明所公开的跨座式单轨车辆的轮边驱动装置，包括变速箱和牵引电机，其中变速箱的输出端用于设置在转向架的构架本体上，牵引电机固定连接在变速箱的输入端上，并且变速箱内包括一个太阳轮、设置在变速箱壳体上的内齿圈以及设置在太阳轮与内齿圈之间的行星轮，行星轮的行星轮架与用于驱动行走轮行走的驱动轴固连，牵引电机的输出轴沿构架本体的横向布置且与太阳轮固连。
不难发现，本发明中所公开的跨座式单轨车辆的轮边驱动装置实现了现有转向架中的驱动装置的重新布局，牵引电机和变速箱不仅位于构架本体中部横梁的同一侧，而且牵引电机直接安装在变速箱上，由于电机的输出轴与构架本体的横向平行，这就省去了变速箱内的换向齿轮组，电机输出的扭矩可以直接向变速箱内传递，因此变速箱的结构更加简单，变速箱的尺寸和重量也得以大幅降低；同时本发明中的转向架还省去了用于安装牵引电机的电机安装座，因而整个转向架的结构更加紧凑，重量进一步降低，牵引电机重新布局之后所节省的空间还使得在转向架上安装抗侧滚扭杆成为了可能，这可以有效增强目前跨座式单轨车辆转向架的稳定性。
由此可见，本发明中所公开的跨座式单轨车辆的轮边驱动装置不仅使得单轨车辆的驱动装置布局更为合理，传动效率更高，而且还满足了转向架轻量化、低能耗的要求，另外，该种驱动装置布局还使得在转向架上安装抗侧滚扭杆成为了可能，为增强目前跨座式单轨车辆转向架的稳定性提供了基础。
附图说明
图1为本发明实施例中所公开的跨座式单轨车辆的轮边驱动装置在转向架上连接后的俯视示意图；
图2为本发明实施例中所公开的驱动装置的原理示意图；
图3为本发明实施例中变速箱的内部结构示意图；
图4为本发明实施例中所公开的变速箱的第一法兰盘的结构示意图；
图5为本发明实施例中所公开的变速箱的第二法兰盘的结构示意图；
图6为本发明实施例中所公开的构架法兰盘的结构示意图；
图7为本发明实施例中所公开的电机法兰盘的结构示意图；
图8为本发明实施例中所公开的构架与变速箱的安装结构示意图；
图9为本发明实施例中所公开的变速箱与牵引电机的安装结构示意图。
其中，1为构架本体，2为变速箱，3为牵引电机，4为输出轴，5为行星轮，6为太阳轮，7为内齿圈，8为驱动轴，9为行星轮架，10为法兰螺栓，11为构架法兰，111为构架螺栓孔，112为构架绞制孔，21为第一法兰盘，211为第一螺栓孔，212为第一绞制孔，22为第二法兰盘，221为第二螺栓孔，222为第二绞制孔，31为电机法兰盘，311为电机绞制孔，312为电机螺栓孔。
具体实施方式
本发明的核心是提供一种跨座式单轨车辆的轮边驱动装置，以便能够使得跨座式单轨车辆的驱动装置布局更为合理，从而提高单轨车辆转向架的传动效率，降低能源消耗。
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。
请参考图1至图3，图1为本发明实施例中所公开的跨座式单轨车辆的轮边驱动装置在转向架上连接后的俯视示意图，图2为本发明实施例中所公开的驱动装置的原理示意图，图3为本发明实施例中变速箱的内部结构示意图。
在进行具体方案介绍之前，先对本发明实施例中即将出现的方位词进行定义。在本发明实施例中，将列车运行的方向定义为转向架的纵向，在竖直面内，与转向架纵向垂直的方向为垂向，在水平面内，与转向架纵向垂直的方向为横向。
本发明中提供了一种跨座式单轨车辆的轮边驱动装置，所谓轮边驱动，具体是指转向架中的驱动传动系统具体设置在行走轮的一边，或者说是一侧，具体的，轮边驱动装置包括变速箱2和牵引电机3，转向架的构架本体1作为整个转向架的基础骨架，为车厢以及各种机构的安装提供安装空间和安装基础，如图1中所示。
相比于现有技术，本发明中所公开的轮边驱动装置的核心改进点在于，包括变速箱2和牵引电机3，变速箱2作为传动机构，牵引电机3作为驱动机构，变速箱2的输出端用于固定设置在构架本体1上，更为具体的，变速箱2的输出端设置在构架本体1横向上的一根侧梁上，并且变速箱2内包括一个太阳轮6、设置在变速箱2壳体上的内齿圈7以及设置在太阳轮6与内齿圈7之间的行星轮5，与行星轮5相连的行星轮架9与用于驱动行走轮行走的驱动轴8固连，牵引电机3直接连接在变速箱2的输入端上，并且牵引电机3的输出轴4与太阳轮6固连，从而通过牵引电机3带动变速箱2内的太阳轮6转动，如图1和图2中所示，牵引电机3的输出轴4沿构架本体1的横向布置。
由上述实施例中可以看出，本发明中所公开的跨座式单轨车辆的轮边驱动装置实现了现有转向架中的驱动装置的重新布局，牵引电机3和变速箱2不仅位于构架本体1中部横梁的同一侧，而且牵引电机3直接安装在变速箱2上，由于电机的输出轴4与构架本体1的横向平行，这就省去了变速箱2内的换向齿轮组，电机输出的扭矩可以直接向变速箱2内传递，因此变速箱2的结构更加简单，变速箱2的尺寸和重量也得以大幅降低；同时本发明中的转向架还省去了用于安装牵引电机3的电机安装座，因而整个转向架的结构更加紧凑，重量进一步降低，牵引电机3重新布局之后所节省的空间还使得在转向架上安装抗侧滚扭杆成为了可能，这可以有效增强目前跨座式单轨车辆转向架的稳定性。
可见，上述实施例中所公开的跨座式单轨车辆的轮边驱动装置不仅使得单轨车辆的驱动装置布局更为合理，传动效率更高，而且还满足了转向架轻量化、低能耗的要求，另外，该种驱动装置布局还使得在转向架上安装抗侧滚扭杆成为了可能，为增强目前跨座式单轨车辆转向架的稳定性提供了基础。
不难理解的是，变速箱2可以设置有输入轴，输入轴与变速箱2内部的太阳轮6固定连接，电机的输出轴4再通过联轴节与变速箱2的输入轴相连。但是该种方式需要另外设置联轴节，连接形式较为复杂，占用构架本体的安装空间较多，不利于其他构件在转向架上的布置；因此，本领域技术人员可能想到的变通是，直接将牵引电机3的输出轴4设置为锥度轴，太阳轮6设置为带锥度内孔的齿轮套，输出轴4与齿轮套通过锥度连接，通过加热后过盈配合。但是该种方式需要将齿轮套安装于电机的输出轴4的外端，需要较大的齿根圆直径和更多的齿数，并且变速箱2的速比较大，因此该种变速箱2的尺寸和重量较大，对转向架整体实现轻量化会带来不利影响。
为此本发明实施例中提供了一种优选的方式，在本实施例中，牵引电机3的输出轴4为齿轮轴，如图2中所示，牵引电机3的输出轴4伸入到变速箱2内，并且牵引电机3的输出轴4端部的齿轮构成上述实施例中的太阳轮6。该种方式省去了变速箱2的输入轴，电机的输出轴4与变速箱2的输入轴合二为一，并且太阳轮6直接加工在了电机的输出轴4上，无需重新在电机的输出轴4上套装太阳轮6，有效减小了太阳轮6的尺寸，从而使得变速箱2的整体尺寸更小，重量更轻；电机的扭矩直接传递至变速箱2内，减少了中间环节的损失，传动效率更高，因而节能效果也更加明显。
更进一步的，本实施例中还对牵引电机3进行了改进，本实施例中牵引电机3具体采用永磁电机，而且在构架本体1的横向上，永磁电机以及变速箱2优选的为扁平结构，以便尽量减小横向空间上的占用。
永磁电机取消了磁力绕组，用永磁体取代，磁场稳定性，这就提高了电机可靠性。同时，由于永磁电机的磁场是由永磁体产生的，从而避免通过励磁电流来产生磁场而导致的励磁损耗(铜耗)；普通交流异步电机在运作的时候首先需要励磁才能开始运转，在启动的时候是最耗电能的，因而普通的交流异步电机需要消耗大量的励磁电流。而永磁电机彻底去掉了励磁线圈，运行起初不用耗大量的电能先去励磁，直接靠它本身的永磁体就能很快而且节能的启动，由于去掉了励磁线圈，在运行中也会省去转动时的它所要消耗的那部分电能，因而节能效果明显。
相比于交流异步电机而言，永磁电机的重量也大大减轻，据实际测算，相比于交流异步电机而言，同功率容量的永磁电机体积、重量、以及所用生产材料可减少30％，这不仅实现了跨座式车辆转向架轻量化和节能化的目的，而且还使得转向架的生产成本得以降低。
本发明实施例中，变速箱2与构架本体1、牵引电机3与变速箱2之间均通过法兰盘结构安装，如图4至图9中所示，具体的，构架本体1上设置有构架法兰11盘，变速箱2的输出端设置有与构架法兰11盘适配的第一法兰盘21，变速箱2的输入端上还设置有第二法兰盘22，牵引电机3上设置有与第二法兰盘22适配的电机法兰盘31，构架本体1、变速箱2以及牵引电机3通过法兰螺栓10固定连接。
鉴于牵引电机3的输出轴4为齿轮轴，输出轴4需要保证与牵引电机3本身的轴心和变速箱2轴心对正，所以需要的变速箱2和牵引电机3的安装位置精度较高，单独的法兰螺栓10定位依然存在着定位精度较低的问题，因此，在本实施例中，相互配合的构架法兰11盘与第一法兰盘21上，以及相互配合的第二法兰盘22与电机法兰盘31上，还开设有多对绞制孔，且每一对绞制孔内穿设有与绞制孔自身过盈配合的绞制孔螺栓，绞制孔螺栓上的定位销部分将有效保证变速箱2在构架本体1上，以及牵引电机3在变速箱2上的安装精度。
如图4至图7中所示，第一法兰盘21上设置有第一螺栓孔211和第一绞制孔212，第二法兰盘22上设置有第二螺栓孔221和第二绞制孔222，在构架法兰11盘上设置有构架螺栓孔111和构架绞制孔112，在电机法兰盘31上设置有电机绞制孔311和电机螺栓孔312。
如图2中所示，变速箱2内的行星轮5的数量不受限制，为了保证传动的平稳性，本发明实施例中的行星轮5优选的为3个，3个行星轮5沿太阳轮6的周向均匀分布。
以上对本发明所提供的跨座式单轨车辆的轮边驱动装置进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。

Claims (6)

1.一种跨座式单轨车辆的轮边驱动装置，包括变速箱(2)和牵引电机(3)，其特征在于，所述牵引电机(3)固定设置在所述变速箱(2)的输入端，所述变速箱(2)的输出端用于与转向架的构架本体(1)固定连接，其中，
所述变速箱(2)内包括一太阳轮(6)，且所述变速箱(2)的壳体上镶设有内齿圈(7)，所述太阳轮(6)与所述内齿圈(7)之间还设置有行星轮(5)，所述行星轮(5)的行星轮架(9)与用于驱动所述转向架的走行轮行走的驱动轴(8)固连；
所述牵引电机(3)的输出轴(4)与所述太阳轮(6)固连，且所述输出轴(4)沿所述构架本体(1)的横向布置。
2.根据权利要求1所述的轮边驱动装置，其特征在于，所述牵引电机(3)的输出轴(4)为齿轮轴，且所述牵引电机(3)的输出轴(4)伸入所述变速箱(2)内，所述输出轴(4)端部的齿轮构成所述太阳轮(6)。
3.根据权利要求1所述的轮边驱动装置，其特征在于，所述牵引电机(3)为永磁电机。
4.根据权利要求1-3任意一项所述的轮边驱动装置，其特征在于，所述变速箱(2)的输出端设置有与所述构架本体(1)上的构架法兰(11)盘适配的第一法兰盘(21)，输入端设置有第二法兰盘(22)，所述牵引电机(3)上设置有与所述第二法兰盘(22)对应的电机法兰盘(31)，所述变速箱(2)与所述构架本体(1)以及所述牵引电机(3)均通过法兰螺栓(10)固连。
5.根据权利要求4所述的轮边驱动装置，其特征在于，相互配合的所述构架法兰(11)盘与所述第一法兰盘(21)上，以及相互配合的所述第二法兰盘(22)与所述电机法兰盘(31)上，还开设有多对绞制孔，且所述绞制孔内穿设有与所述绞制孔自身过盈配合的绞制孔螺栓。
6.根据权利要求1所述的轮边驱动装置，其特征在于，所述行星轮(5)包括三个，且所述行星轮(5)沿所述太阳轮(6)的周向均匀分布。
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