CN110571974A - 用于轨道车辆的单转子盘式发电机及转向架 - Google Patents

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Abstract

提供了用于轨道车辆的单转子盘式发电机及转向架。该发电机包括：单个转子，其被构造成能够固定安装到轨道车辆的转向架的车轴的轴端，转子包括第一发电功能部；单个定子，其包括定子骨架和安装到定子骨架的第二发电功能部，定子骨架被构造成能够固定安装到转向架的固定部，第二发电功能部与第一发电功能部沿轴向彼此相对；以及端盖，在轴向上，第二发电功能部介于第一发电功能部和端盖之间，端盖在定子的远离轴端的一侧安装到定子骨架并遮蔽第二发电功能部。在根据本发明的用于轨道车辆的单转子盘式发电机及包括该发电机的转向架中，单个转子可以容易地安装到车轴的轴端，定子和端盖可以容易地安装到轴箱或承载鞍等转向架的固定部。

Description

用于轨道车辆的单转子盘式发电机及转向架
技术领域
本发明涉及例如铁路机车等轨道车辆的发电装置，特别涉及用于轨道车辆的单转子盘式发电机及转向架。
背景技术
随着铁路机车的发展，越来越多的传感器和机电部件被应用在铁路机车上，电力解决方案成为一个重要需求。为此，提出了盘式或筒式轴端发电机作为铁路机车的电力供给源。
筒式发电机具有强磁力，这导致从轴箱或承载鞍拆卸发电机变得困难。
在现有的轴端发电机中，发电机的各组件常常在发电机提供商处生产，而在整机厂商的车间将发电机的各组件安装到轴端。对于整机厂商来说，结构简单、安装方便的轴端发电机意义重大。
发明内容
本发明的目的在于提供一种结构简单、安装方便的用于轨道车辆的单转子盘式发电机及包括该发电机的转向架。
提供了一种用于轨道车辆的单转子盘式发电机，其包括：
单个转子，其被构造成能够固定安装到所述轨道车辆的转向架的车轴的轴端，所述转子包括第一发电功能部；
单个定子，其包括定子骨架和安装到所述定子骨架的第二发电功能部，所述定子骨架被构造成能够固定安装到所述转向架的固定部，所述第二发电功能部与所述第一发电功能部沿轴向彼此相对；以及
端盖，在所述轴向上，所述第二发电功能部介于所述第一发电功能部和所述端盖之间，所述端盖在所述定子的远离所述轴端的一侧安装到所述定子骨架并遮蔽所述第二发电功能部。
在至少一个实施方式中，所述转子包括转子基体和作为所述第一发电功能部的多个磁体，所述转子基体由铁磁性材料制成，所述多个磁体安装到所述转子基体的远离所述轴端的一面。
在至少一个实施方式中，所述第二发电功能部为线圈，
所述定子骨架由非铁磁性材料制成，并且/或者，所述端盖由铁磁性材料制成。
在至少一个实施方式中，所述转子容纳在所述定子骨架内。
还提供一种用于轨道车辆的转向架，其包括车轴、轴箱或承载鞍、单转子盘式发电机，所述发电机包括：
单个转子，其固定安装到所述车轴的轴端，所述转子包括第一发电功能部；
单个定子，其包括定子骨架和安装到所述定子骨架的第二发电功能部，所述定子骨架固定安装到所述轴箱或承载鞍，所述第二发电功能部与所述第一发电功能部沿轴向彼此相对；以及
端盖，在所述轴向上，所述第二发电功能部介于所述第一发电功能部和所述端盖之间，所述端盖在所述定子的远离所述轴端的一侧安装到所述定子骨架并遮蔽所述第二发电功能部。
在至少一个实施方式中，所述转向架还包括轴承，所述轴箱或承载鞍经由所述轴承支撑于所述车轴，
所述转子包括转子基体和作为所述第一发电功能部的多个磁体，所述转子基体的轴向一端抵接于所述轴承的内圈，所述多个磁体安装到所述转子基体的轴向另一端。
在至少一个实施方式中，所述转子基体包括一体形成的圆板、定位凸缘和磁体支撑环，所述定位凸缘从所述圆板的外周缘朝向轴向一侧伸出并与所述轴承的内圈抵接，所述磁体支撑环从所述圆板的外周缘朝向径向外侧伸出，所述圆板和所述磁体支撑环的轴向截面为大致L字形。
在至少一个实施方式中，所述定子骨架包括安装框和从所述安装框朝向轴向一侧伸出的定位凸缘，所述定位凸缘嵌合于所述轴箱或承载鞍的内周面并抵接于所述轴承的外圈。
在至少一个实施方式中，所述端盖和所述定子骨架经由相同的螺栓安装到所述转向架或承载鞍。
在至少一个实施方式中，所述转子包括转子基体和作为所述第一发电功能部的多个磁体，所述转子基体由铁磁性材料制成，所述多个磁体安装到所述转子基体的远离所述轴端的一面，
所述第二发电功能部为线圈，所述定子骨架由非铁磁性材料制成，所述端盖由铁磁性材料制成。
在根据本发明的用于轨道车辆的单转子盘式发电机及包括该发电机的转向架中，单个转子可以容易地安装到车轴的轴端，定子和端盖可以容易地安装到轴箱或承载鞍等转向架的固定部。
附图说明
图1示出了根据本发明的一个实施方式的转向架的爆炸图。
图2示出了图1中的转向架的另一爆炸图。
图3示出了图1中的转向架的剖视图。
附图标记说明
1车轴；11轴端的端面；2轴箱；3轴承；31内圈；32外圈；33滚动体；
4发电机；41转子；411转子基体；411A圆板、411B转子的定位凸缘；411C磁体支撑环；412磁体；42定子；421定子骨架；421A安装框；421B定子的定位凸缘；421C台阶；422线圈；423接线盒；43端盖；431凸条；
S1、S2螺栓；H1、H2、H3通孔；SP环形空间；
A轴向；R径向。
具体实施方式
下面参照附图描述本发明的示例性实施方式。应当理解，这些具体的说明仅用于示教本领域技术人员如何实施本发明，而不用于穷举本发明的所有可行的方式，也不用于限制本发明的范围。
参照图1至图3，本申请中提到的轴向A是指车轴1的轴向，该轴向与转子41的转动轴线方向一致。另外，由于转子41和定子42的至少一些部分呈圆环状，因而，可以认为该轴向A与转子41、定子42的轴向一致。基于该轴向A可以容易地理解本申请中提到的径向R和周向。
如图1至图3所示，本发明的一个实施方式提供一种用于轨道车辆的转向架。该转向架包括车轴1、轴箱2、轴承3、发电机4。轴箱2经由轴承3支撑于车轴1。轴承3包括安装到车轴1的内圈31、安装到轴箱2的外圈32和位于内圈31和外圈32之间的多个滚动体33。
发电机4为单转子盘式发电机。发电机4包括转子41、定子42和端盖43。
转子41包括转子基体411和安装到转子基体411的作为第一发电功能部的多个磁体412。转子基体411可以由铁磁性材料制成，从而用作背板的转子基体411具有引导和限制磁场的作用，可以避免杂散磁场磁化轴承。
应当理解，第一发电功能部还可以是线圈。
转子基体411包括一体形成的圆板411A、定位凸缘411B和磁体支撑环411C。圆板411A上形成有多个通孔H1，可以经由穿过这些通孔H1的多个螺栓S1将转子41安装到车轴1的轴端，从而转子41和车轴1一起转动。
定位凸缘411B从圆板411A的外周缘朝向轴向一侧伸出，外套于车轴1并与轴承3的内圈31抵接。本申请中的转子基体411可以替代普通轴箱结构中的轴端盖，实现轴承3的内圈31的轴向限位。在本实施方式中，圆板411A和车轴1的轴端的端面11之间可以在轴向A上留有一定的间隙。
磁体支撑环411C从圆板411A的外周缘朝向轴向另一侧和径向外侧伸出，多个磁体412沿着周向布置于磁体支撑环411C的轴向另一侧的盘面。在多个磁体412中，任意相邻的两个磁体412可以具有相反的磁性取向。
应当理解，如无特别说明，本申请中提到的轴向一侧是指车轴1所在侧，轴向另一侧是指端盖43所在侧。
磁体支撑环411C延伸到圆板411A的径向外侧，因而，磁体支撑环411C为磁体412提供了更大的安装空间。
定子42包括定子骨架421和作为第二发电功能部的线圈422。定子骨架421可以安装到轴箱2。线圈422可以由铜线绕成并且可以例如通过环氧树脂等材料固定到定子骨架421上。线圈422在轴向A上与转子41的磁体412相对。定子42可以在没有电刷的情况下传递电力。定子骨架421可以由非铁磁性材料制成，这避免了定子42和转子41之间的磁力，简化了发电机的安装和拆卸。
应当理解，第二发电功能部还可以是磁铁。
定子骨架421包括安装框421A和定位凸缘421B。安装框421A为大致矩形框状，其四角设有四个通孔H2，可以经由穿过通孔H2的多个螺栓S2将定子42安装到轴箱2。安装框421A的侧方设置有接线盒423，该接线盒423可以用于容纳与线圈422连接的电线或电连接器。
如图2和图3所示，定位凸缘421B形成为圆环状并从安装框421A朝向轴向一侧延伸。定位凸缘421B嵌合到轴箱2的内周面，这提高了定子42相对于轴箱2的安装强度和安装稳定性。定位凸缘421B的远端(轴向一端)形成有台阶421C或导角，这使得定位凸缘421B的远端的外径减小，便于将定位凸缘421B装入轴箱2内。定位凸缘421B可以抵接于轴承3的外圈32。这实现了轴向3的外圈32的轴向限位。
端盖43为板状。端盖43与定子骨架421抵接，用于密封发电机4。端盖43可以由铁磁性材料制成，以增强磁通，提高发电机的性能。通过将端盖43与定子骨架421分开，可以容易地使定子骨架421和端盖43由不同材料制成。另外，这简化了定子骨架421的生产和线圈422到定子骨架421的安装。
端盖43整体上为大致矩形的板状。端盖43上形成有四个通孔H3，螺栓S2穿过通孔H3和通孔H2将端盖43和定子42安装到轴箱2。端盖43设置有朝向轴向一侧伸出的凸条431，凸条431与定子骨架421的内周面嵌合，从而提高了端盖43与定子42之间的定位精度和密封性。
应当理解，为提高本发明的发电机的密封性，可以额外设置一个或多个密封圈。
下面简单说明根据本发明的转向架的组装过程。
车轴1、轴箱2和轴承3以现有的方式组装。使螺栓S1穿过转子41的转子基体411上的通孔H1并旋拧到车轴1的轴端中形成的螺纹孔中，将转子41固定安装到车轴1的轴端。此时，转子基体411的定位凸缘411B压抵轴承3的内圈31，实现轴承3的内圈31的轴向限位。
然后，使螺栓S2穿过端盖43上的通孔H3和定子骨架421上的通孔H2，并将螺栓S2旋拧到轴箱2上的对应的螺纹孔，将定子42和端盖43固定安装到轴箱2。此时，定子骨架421的定位凸缘421B压抵轴承的外圈32。
在包括该转向架的轨道车辆运行时，车轴1相对于轴箱2转动，车轴1带动转子41相对于定子42转动，线圈422切割磁体412产生的磁力线而产生电力。
下面简单说明本发明的上述实施方式可以获得的部分有益效果。
盘式发电机对定子和转子的同轴度要求低，可以在低转速下产生电力，定子和转子之间的初始扭矩明显小于筒式发电机，因此，盘式发电机更适用于轨道车辆的轴端应用。
本发明的单转子盘式发电机结构简单、部件数量少、安装方便。简单的结构提高了系统的可靠性，使得该发电机可以容易地应用到转向架结构中，与筒式发电机或者其它结构复杂的盘式发电机相比，该发电机在安装和运行上存在明显的优势。
转子基体411的定位凸缘411B和磁体支撑环411C限定了大致L形的截面，如图3所示，在转子基体411、定子骨架421和轴承3之间围成了环形空间SP。该结构使得定子42和转子41轻量化。
如图3所示，转子41容纳在定子骨架421内，这减小了发电机的轴向尺寸。
由于转子41、定子42、端盖43重量都较轻，容易实现车轴10的动态平衡。由于定子骨架421由非铁磁性材料制成，而端盖43呈薄板状，因而，在将盘式发电机从转向架拆卸下来时，由于转子41和定子42(骨架43)之间的磁力较小，容易实现发电机的拆卸。
应当理解，上述实施方式仅是示例性的，不用于限制本发明。本领域技术人员可以在本发明的教导下对上述实施方式做出各种变型和改变，而不脱离本发明的范围。
(1)本发明的定子42不限于安装到轴箱，其还可以安装到承载鞍等转向架的其它固定部。如上述实施方式所示地，在安装于承载鞍时，优选地，定子42也直接(不经由其它部件或结构)安装到承载鞍。
(2)本发明不限于定子骨架421和端盖43一起经由相同的螺栓S2安装到轴箱2。例如，本发明还可以采用如下方案：定子骨架421利用一些螺栓安装到轴箱2，端盖43利用其它部件或结构(例如，另一些螺栓)安装到定子骨架421。

Claims (10)

1.一种用于轨道车辆的单转子盘式发电机，其包括：
单个转子，其被构造成能够固定安装到所述轨道车辆的转向架的车轴的轴端，所述转子包括第一发电功能部；
单个定子，其包括定子骨架和安装到所述定子骨架的第二发电功能部，所述定子骨架被构造成能够固定安装到所述转向架的固定部，所述第二发电功能部与所述第一发电功能部沿轴向彼此相对；以及
端盖，在所述轴向上，所述第二发电功能部介于所述第一发电功能部和所述端盖之间，所述端盖在所述定子的远离所述轴端的一侧安装到所述定子骨架并遮蔽所述第二发电功能部。
2.根据权利要求1所述的发电机，其特征在于，所述转子包括转子基体和作为所述第一发电功能部的多个磁体，所述转子基体由铁磁性材料制成，所述多个磁体安装到所述转子基体的远离所述轴端的一面。
3.根据权利要求1所述的发电机，其特征在于，所述第二发电功能部为线圈，
所述定子骨架由非铁磁性材料制成，并且/或者，所述端盖由铁磁性材料制成。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的发电机，其特征在于，所述转子容纳在所述定子骨架内。
5.一种用于轨道车辆的转向架，其包括车轴、轴箱或承载鞍、单转子盘式发电机，所述发电机包括：
单个转子，其固定安装到所述车轴的轴端，所述转子包括第一发电功能部；
单个定子，其包括定子骨架和安装到所述定子骨架的第二发电功能部，所述定子骨架固定安装到所述轴箱或承载鞍，所述第二发电功能部与所述第一发电功能部沿轴向彼此相对；以及
端盖，在所述轴向上，所述第二发电功能部介于所述第一发电功能部和所述端盖之间，所述端盖在所述定子的远离所述轴端的一侧安装到所述定子骨架并遮蔽所述第二发电功能部。
6.根据权利要求5所述的转向架，其特征在于，所述转向架还包括轴承，所述轴箱或承载鞍经由所述轴承支撑于所述车轴，
所述转子包括转子基体和作为所述第一发电功能部的多个磁体，所述转子基体的轴向一端抵接于所述轴承的内圈，所述多个磁体安装到所述转子基体的轴向另一端。
7.根据权利要求6所述的转向架，其特征在于，所述转子基体包括一体形成的圆板、定位凸缘和磁体支撑环，所述定位凸缘从所述圆板的外周缘朝向轴向一侧伸出并与所述轴承的内圈抵接，所述磁体支撑环从所述圆板的外周缘朝向径向外侧伸出，所述圆板和所述磁体支撑环的轴向截面为大致L字形。
8.根据权利要求6所述的转向架，其特征在于，所述定子骨架包括安装框和从所述安装框朝向轴向一侧伸出的定位凸缘，所述定位凸缘嵌合于所述轴箱或承载鞍的内周面并抵接于所述轴承的外圈。
9.根据权利要求5至8中任一项所述的转向架，其特征在于，所述端盖和所述定子骨架经由相同的螺栓安装到所述转向架或承载鞍。
10.根据权利要求5至8中任一项所述的转向架，其特征在于，所述转子包括转子基体和作为所述第一发电功能部的多个磁体，所述转子基体由铁磁性材料制成，所述多个磁体安装到所述转子基体的远离所述轴端的一面，
所述第二发电功能部为线圈，所述定子骨架由非铁磁性材料制成，所述端盖由铁磁性材料制成。
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