CN110311510B - 一种铁路车辆的轴端发电结构 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种铁路车辆的轴端发电结构，包括：承载鞍、防护环、发电机；所述承载鞍为圆柱面结构，且所述承载鞍的侧面包括环状的安装面，所述安装面用于安装所述发电机；所述防护环设置在所述承载鞍与车轴轴承的间隙处，且所述防护环的内圈与车轴轴承的外圈间隙配合；所述发电机包括定子和转子，所述定子固定于所述安装面上，所述转子固定于车轴轴端。本发明提供了一种能够应用于使用三大件式转向架的铁路车辆的轴端发电结构，具有高可靠性、高防护性、体积小、重量轻、免维护以及转向架改动小的优点。

Description

一种铁路车辆的轴端发电结构
技术领域
本发明涉及铁路车辆技术领域，特别是指一种铁路车辆的轴端发电结构。
背景技术
随着铁路车辆运营速度的提升和载重的增大，越来越多的用电装置被广泛应用于铁路车辆系统中，但受限于铁路车辆的结构特点和工作环境，传统的供电方式难以实施。现有技术中常见的铁路车辆的发电方案有安装蓄电池装置、轴端皮带轮传动发电机发电装置、太阳能发电装置、风力发电装置、轴承发电装置等多种发电方式。由于技术水平限制，以上发电方式在可靠性、发电功率、使用寿命、恶劣的工作环境等多方面均存在较大的缺点。相比较以上发电方式，轴端发电方式具有高可靠性、高使用寿命、环境适应性强、对现有车辆结构改动小等优点。
所谓轴端发电即一种车轴端部安装的永磁发电机。一般为不改动现有轴承尺寸和安装方式的前提下，改变车轴轴端压板和轴箱盖结构，即发电机转子安装于车轴端部，发电机定子安装于轴箱端部。当车辆运行时车轴转动，带动发电机转子旋转，实现发电机发电，轴端永磁发电机整体被密封在轴箱端盖内，具有耐冲击振动、密封环境好、防尘、防水，定子、转子装置易于布置，方便安装和拆卸等优点。申请号为201610942396.0、201210561240.X、201510100002.2、201520130292.0、201620172561.4等发明专利均为转向架具有轴箱结构的轴端发电机。但是，由于现有铁路车辆的转向架大多数均为无轴箱结构的三大件式转向架，对于三大件式转向架以上专利的轴端发电方案均不适用。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提出一种能够应用于使用三大件式转向架的铁路车辆的轴端发电结构，具有高可靠性、高防护性、体积小、重量轻、免维护以及转向架改动小的优点。
基于上述目的，本发明提供了一种铁路车辆的轴端发电结构，包括：承载鞍、防护环、发电机；所述承载鞍为圆柱面结构，且所述承载鞍的侧面包括圆环形的安装面，所述安装面用于安装所述发电机；所述防护环设置在所述承载鞍与车轴轴承的间隙处，且所述防护环的内圈与车轴轴承的外圈间隙配合；所述发电机包括定子和转子，所述定子固定于所述安装面上，所述转子固定于车轴轴端。
在一些实施方式中，所述发电机还包括：定子机壳；所述定子机壳为圆筒形，所述定子固定设置在所述定子机壳内；所述定子机壳的口部与所述安装面固定连接。
在一些实施方式中，所述定子机壳上包括与所述承载鞍配合的平面结构；所述定子机壳的侧壁上设置有多个沿径向延伸的第一加强筋。
在一些实施方式中，所述定子机壳的口部设置有第一定子机壳安装止口；所述安装面上设置有与所述第一定子机壳安装止口配合的第二定子机壳安装止口。
在一些实施方式中，所述发电机为永磁同步发电机；所述转子为表贴式空心轴转子磁路结构，所述转子包括设置在其外表面的永磁体；所述定子包括定子铁心，所述定子铁心与所述定子机壳过盈配合。
在一些实施方式中，所述永磁体的轴向长度大于所述定子铁心的轴向长度。
在一些实施方式中，所述发电机在靠近所述定子机壳的口部位置还设置有机械迷宫和骨架油封。
在一些实施方式中，所述防护环为优弧面结构；所述防护环的内圈上设置有第一防护环安装止口；所述安装面上设置有与所述第一防护环安装止口配合的第二防护环安装止口。
在一些实施方式中，所述防护环上设置有多个沿径向延伸的第二加强筋。
在一些实施方式中，所述安装面的上半部包括多个用于安装所述发电机的沉孔，所述安装面的下半部包括多个用于安装所述发电机的通孔。
从上面所述可以看出，本发明提供的铁路车辆的轴端发电结构具有如下的有益效果：
1)三大件式转向架承载鞍新型结构的设计，在不改变三大件式转向架总体结构的基础上，新型承载鞍结构的具有圆环形侧面可提供发电机安装面。
2)防护环结构的设计，提升发电机接口处防护性能，实现第一道密封结构，提高发电机可靠性。
3)轴端发电机设计机械迷宫动密封结构+骨架油封动密封结构，实现第二道密封结构和第三道密封结构，转子设计双端长度长于定子，在轴向位移过程中不影响发电性能。整体设计安全、可靠、成本低，具有极大的推广与应用意义。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为现有技术中的三大件式转向架的轴端部分示意图；
图2为现有技术中的承载鞍结构示意图；
图3为本发明实施例中的承载鞍结构示意图；
图4(a)为本发明实施例中的防护环结构示意图；
图4(b)为本发明实施例中的防护环另一视角的结构示意图；
图5为本发明实施例中的发电机结构示意图；
图6为本发明实施例的轴端发电结构总装结构示意图；
图7为本发明实施例的轴端发电结构的剖面结构示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明进一步详细说明。
需要说明的是，本发明实施例中所有使用“第一”和“第二”的表述均是为了区分两个相同名称非相同的实体或者非相同的参量，可见“第一”“第二”仅为了表述的方便，不应理解为对本发明实施例的限定，后续实施例对此不再一一说明。
本发明实施例提供了一种铁路车辆的轴端发电结构，旨在解决现有技术中的轴端发电方案无法应用于使用三大件式转向架的铁路车辆的技术问题。具体的，参考图1，为现有技术中的三大件式转向架的轴端部分示意图。承载鞍1’设置在车轴01端部的车轴轴承02上。参考图2，为现有技术中的承载鞍结构示意图。可见，现有技术中的承载鞍1’为劣弧面结构，且承载鞍1’的侧面(根据国家行业标准TBT3267-2011规定，承载鞍的侧面是指其靠近轴承前盖03一侧的端面)为一普通平面结构，上述的承载鞍1’的结构不能提供用于稳固安装发电机的部位，将影响发电机的安装可靠性、发电机防护性能设计。另外，承载鞍1’与车轴轴承02之间在轴向方向上存在较大间隙，这使得工作时二者易发生轴向串动，还具有串动引起的磨损；同时又考虑到承载鞍及轴承制造引起的偏差，总计轴向相对运动位移量为非常大，可达到厘米级；相应的，发电机定子与转子存在较大的轴向相对位移，直接影响发电机的防护性能设计、发电性能设计。
针对上述具体的技术问题，本发明实施例的铁路车辆的轴端发电结构均进行了相应的改进设计。所述的轴端发电结构，包括：承载鞍、防护环、发电机；所述承载鞍为圆柱面结构，且所述承载鞍的侧面包括圆环形的安装面，所述安装面用于安装所述发电机；所述防护环设置在所述承载鞍与车轴轴承的间隙处，且所述防护环的内圈与车轴轴承的外圈间隙配合；所述发电机包括定子和转子，所述定子固定于所述安装面上，所述转子固定于车轴轴端。
参考图3、图4和图5，作为一个更加具体的实施例，所述的轴端发电结构，包括：承载鞍1、防护环2、发电机3。
参考图3，承载鞍1为圆柱面结构。在承载鞍1的侧面包括一体铸造成型的安装面101，该安装面101为完整的圆环形，其用于安装发电机3。安装面101与发电机3之间通过螺纹配合的方式固定连接，具体的，安装面101的上半部包括多个沉孔102，安装面101的下半部包括多个通孔103。
参考图4(a)和图4(b)，防护环2设置在承载鞍1与车轴轴承的间隙处，且防护环2的内圈与车轴轴承的外圈间隙配合。具体的，基于本发明实施例中承载鞍1与车轴轴承的结构，其间隙位置为优弧形，故相应的，防护环2为优弧面结构。防护环2与承载鞍1之间通过止口配合进行定位，防护环2的内圈上设置有第一防护环安装止口201；相应的，在承载鞍1的安装面101上设置有与第一防护环安装止口201配合的第二防护环安装止口104(参考图3)。防护环2上还设置有用于与承载鞍1通过螺纹配合固定连接的防护环安装孔203。此外，为加强防护环2的整体结构强度，防护环2上设置有多个沿径向延伸的第二加强筋202。
参考图5，发电机3包括：定子和转子302。发电机3还包括用于容置和安装定子的定子机壳301。定子机壳301为圆筒形，定子固定设置在所述定子机壳内。定子机壳301的口部与承载鞍1的安装面101固定连接。定子机壳301与承载鞍1之间通过止口配合进行定位，定子机壳301的口部设置有第一定子机壳安装止口303；相应的，承载鞍1的安装面101上设置有与第一定子机壳安装止口303配合的第二定子机壳安装止口105(参考图3)。定子机壳301的口部上设置有多个定子机壳安装通孔304，多个定子机壳安装通孔304与承载鞍1的安装面101上的多个沉孔102和通孔103配合，通过螺栓实现定子机壳301与承载鞍1的固定连接。此外，为加强定子机壳301的整体结构强度，定子机壳301上设置有多个沿径向延伸的第一加强筋306。定子机壳301上包括与承载鞍1配合的平面结构307，承载鞍1上一般设置有定位档凸台，定子机壳301上的平面结构307能够配合的为定位档凸台留出设置空间。转子302固定于车轴轴端。具体的，参考图5和图1，转子302与车轴轴端安装接口与轴承前盖03保持完全一致，转子302通过转子安装通孔305进行螺栓安装，螺栓为原轴承前盖03所使用的轴承前盖安装螺栓即可，将转子固定于车轴轴端。
参考图1至图6，其中，图6为本发明实施例的轴端发电结构总装结构示意图。本发明实施例的轴端发电结构的安装过程为：
首先，将承载鞍1落装在车轴轴承02上。然后，将防护环2从车轴轴承02内侧套入，推动防护环2直至贴合承载鞍1的安装面101的下半圈的内侧位置，通过承载鞍1的安装面101上的第二防护环安装止口104与防护环2内圈上的第一防护环安装止口201的配合进行定位防护环2。接着，安装发电机转子302，安装方式同轴承前盖03的安装，固定螺栓同轴承前盖03的轴承前盖安装螺栓。最后，安装发电机定子机壳301，通过承载鞍1的安装面101上的第二定子机壳安装止口105与定子机壳301上的第一定子机壳安装止口303的配合进行定位定子机壳301；发电机定子机壳301上半圆安装通过若干定子机壳安装短螺栓配合承载鞍1的安装面101上半部的沉孔102进行固定，发电机定子机壳301下半圆安装通过若干定子机壳安装长螺栓配合承载鞍1的安装面101下半部的通孔103进行固定，且定子机壳安装长螺栓依次穿过定子机壳301上的定子机壳安装通孔304、承载鞍1上的通孔103、防护环2上的防护环安装孔203，并用螺母进行锁紧固定。
参考图7，为本发明实施例的轴端发电结构的剖面结构示意图。在本发明实施例中，发电机为永磁同步发电机。其中，转子为表贴式空心轴转子磁路结构，具体的，转子302包括设置在其外表面的永磁体308。定子包括定子铁心309，定子铁心309与定子机壳301过盈配合。进一步的，永磁体308的轴向长度大于定子铁心309的轴向长度，通过这样的设计，使发电机可承受定子与转子的轴向位移，保证发电性能。为防止微量的水与灰尘等进入发电机而引起发电机故障，发电机在靠近定子机壳301的口部位置处还设置了机械迷宫311和骨架油封312作为密封结构。
基于上述实施例，参考图1至图7，本发明的轴端发电结构所涉及运行原理及主要特点如下：
1)车辆运行时，定子机壳301固定于承载鞍1外侧，承载鞍1相对于车体是固定的，因此，定子机壳301相对于车体是固定的。车轴01旋转，驱动发电机转子302同步旋转，永磁体308产生磁场切割定子绕组310发出电能，供设备用电使用。
2)在车辆运行过程中会发生承载鞍1与车轴轴承02外圈的轴向相对位移，即发电机3的定子机壳301与发电机转子302存在轴向相对位移，由于发电机3为无轴承结构，转子302轴向空间预留充足，可允许轴向串动，且从图7中可见设计转子302的永磁体308的长度长于定子铁心309的长度，轴向串动过程中，将不会影响发电机发电性能。
3)由于发电机3的定子机壳301与转子302间存在相对位移，以及防护环内圈与轴承外圈间存在较小的间隙，发电机3无法实现静密封结构，为此设计三重动密封结构，防护环2即为第一道密封结构，机械迷宫311即为第二道密封结构，骨架油封312即为第三道密封结构。发电机3以及承载鞍1安装接口的整体设计机械结构强度可靠性高，可承受车辆运行时巨大的冲击和振动，同时具有高可靠性的三重密封设计，可承受车辆运行时恶劣的工作环境的影响，发电机3可承受定子与转子302的轴向位移，且由于永磁体308设计为双端长度长于定子铁心309，在轴向位移过程中不影响发电性能。整体设计安全、可靠、成本低，具有极大的推广与应用意义。
所属领域的普通技术人员应当理解：以上任何实施例的讨论仅为示例性的，并非旨在暗示本公开的范围(包括权利要求)被限于这些例子；在本发明的思路下，以上实施例或者不同实施例中的技术特征之间也可以进行组合，步骤可以以任意顺序实现，并存在如上所述的本发明的不同方面的许多其它变化，为了简明它们没有在细节中提供。
本发明的实施例旨在涵盖落入所附权利要求的宽泛范围之内的所有这样的替换、修改和变型。因此，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何省略、修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种铁路车辆的轴端发电结构，其特征在于，包括：承载鞍、防护环、发电机；所述承载鞍为圆柱面结构，且所述承载鞍的侧面包括圆环形的安装面，所述安装面用于安装所述发电机；所述防护环设置在所述承载鞍与车轴轴承的间隙处，且所述防护环的内圈与车轴轴承的外圈间隙配合；所述发电机包括定子和转子，所述定子固定于所述安装面上，所述转子固定于车轴轴端。
2.根据权利要求1所述的铁路车辆的轴端发电结构，其特征在于，所述发电机还包括：定子机壳；所述定子机壳为圆筒形，所述定子固定设置在所述定子机壳内；所述定子机壳的口部与所述安装面固定连接。
3.根据权利要求2所述的铁路车辆的轴端发电结构，其特征在于，所述定子机壳上包括与所述承载鞍配合的平面结构；所述定子机壳的侧壁上设置有多个沿径向延伸的第一加强筋。
4.根据权利要求2所述的铁路车辆的轴端发电结构，其特征在于，所述定子机壳的口部设置有第一定子机壳安装止口；所述安装面上设置有与所述第一定子机壳安装止口配合的第二定子机壳安装止口。
5.根据权利要求2所述的铁路车辆的轴端发电结构，其特征在于，所述发电机为永磁同步发电机；所述转子为表贴式空心轴转子磁路结构，所述转子包括设置在其外表面的永磁体；所述定子包括定子铁心，所述定子铁心与所述定子机壳过盈配合。
6.根据权利要求5所述的铁路车辆的轴端发电结构，其特征在于，所述永磁体的轴向长度大于所述定子铁心的轴向长度。
7.根据权利要求5所述的铁路车辆的轴端发电结构，其特征在于，所述发电机在靠近所述定子机壳的口部位置还设置有机械迷宫和骨架油封。
8.根据权利要求1所述的铁路车辆的轴端发电结构，其特征在于，所述防护环为优弧面结构；所述防护环的内圈上设置有第一防护环安装止口；所述安装面上设置有与所述第一防护环安装止口配合的第二防护环安装止口。
9.根据权利要求1所述的铁路车辆的轴端发电结构，其特征在于，所述防护环上设置有多个沿径向延伸的第二加强筋。
10.根据权利要求1所述的铁路车辆的轴端发电结构，其特征在于，所述安装面的上半部包括多个用于安装所述发电机的沉孔，所述安装面的下半部包括多个用于安装所述发电机的通孔。
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