CN111547080B - 一种开关磁阻电机直驱的独立轮对及单轴转向架 - Google Patents

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Abstract

一种开关磁阻电机直驱的独立轮对及单轴转向架,其中独立轮对包括轴桥,所述轴桥两端均安装有开关磁阻电机,所述开关磁阻电机的心轴上安装有逆变器和定子,该逆变器位于定子的端部,所述开关磁阻电机的外壳内侧安装有转子;所述心轴与轴桥连接,所述外壳与轮箍固定连接。本发明的独立轮对通过逆变器改变传统电机的结构,使得心轴固定不动,并承担车轴的功能;而电机外壳转动,当电机外壳和轮箍集成在一起时,电机和轮箍构成车轮驱动单元,左右车轮驱动单元通过轴桥组成独立轮对,为转向架提供动力及运动。

Description

一种开关磁阻电机直驱的独立轮对及单轴转向架
技术领域
本发明属于城市轨道交通领域,具体涉及一种开关磁阻电机直驱的独立轮对及单轴转向架。
背景技术
随着城市轨道交通地铁、轻轨等发展迅速,轨道交通车辆越来越多应用独立轮对技术。独立轮对用车轴采用中段下凹结构的轴桥,可有效降低车厢内部地板面高度,确保车厢内部低地板面平整;轴桥两端安装轴承与车轮相连接,可实现两侧车轮独立旋转,有效解决车辆在过弯过程中内外侧车轮转速不一致造成车辆的蛇形摆动。例如,中国实用新型专利CN201821528027.8公开了一种轨道车辆用独立轮对,该专利中虽然实现了两侧车轮独立旋转,但是依然是在轴桥两端安装轴承与车轮相连接,结构较复杂,且安装在转向架上时需要驱动装置驱动。
此外,单轴转向架因其占用空间小、自重轻的优点,越来越多地被应用于城市轨道交通车辆中,但是现有单轴转向架中存在以下问题:1、驱动装置通过齿轮传动装置驱动车轮,而齿轮传动装置的结构复杂,故障率高,维护费用高;2、驱动装置采用传统异步电机及永磁电机,效率不高,转向架的有效载荷利用率不高,无法满足城市轨道交通运输的需要。相比于传统异步电机及永磁电机,由于开关磁阻电机具有利用系数高、结构简单、转速高、以及效率及功率密度高等优点,其被广泛应用于家用电器、电动汽车、纺织机械、航空发动机、电动工具、伺服及调速系统等领域,但至今还未在轨道交通领域中使用。
发明内容
为了克服现有技术的不足,本发明旨在提供一种开关磁阻电机直驱的独立轮对及单轴转向架,以实现独立轮对的自驱动,无需传统的齿轮传动装置即可为转向架提供动力,简化独立轮对及单轴转向架的结构,节省成本。
为了实现上述目的,本发明所采用的技术方案是:一种开关磁阻电机直驱的独立轮对,包括轴桥,所述轴桥两端均安装有开关磁阻电机,所述开关磁阻电机的心轴上安装有逆变器和定子,该逆变器位于定子的端部,所述开关磁阻电机的外壳内侧安装有转子;所述心轴与轴桥连接,所述外壳与轮箍固定连接。
上述方案中,通过逆变器改变传统电机的结构,使得心轴固定不动,而电机外壳转动。当电机外壳和轮箍集成在一起时,即可构成车轮驱动单元,左右车轮驱动单元通过轴桥组成独立轮对,为转向架提供动力及运动。因此,当该独立轮对安装在转向架上时,转向架无需设计传统的齿轮传动装置及联轴节等相关部件,通过该独立轮对即可驱动车轮,从而可降低转向架的设计成本、制造成本和维护成本,同时提高传动效率。
优选的,所述轮箍套设在外壳的外侧上。
本发明还提供一种单轴转向架,包括构架和制动装置,所述构架由两根侧梁、前端梁和后端梁组成,所述侧梁上设置有一系悬挂安装座,还包括上述的开关磁阻电机直驱的独立轮对,所述一系悬挂安装座上安装有一系悬挂,所述一系悬挂的一端与构架相连,所述一系悬挂的另一端与轴桥相连;所述外壳与制动装置中的制动盘固定连接。
优选的,制动装置还包括制动器,所述制动器安装在开关磁阻电机的心轴上。
优选的,所述构架上还设置有二系悬挂装置,所述二系悬挂装置包括二系弹簧、二系横向减振器、二系垂向减振器,所述二系弹簧对称安装在构架的两端,二系垂向减振器对称安装在侧梁的中部;二系横向减振器安装于侧梁上并关于构架的中心对称。
优选的,所述前端梁上安装有牵引装置和车体定位杆,所述后端梁上对称安装有抗侧滚扭杆。
在其中一个优选的实施例中,所述牵引装置安装在前端梁的中部,所述车体定位杆对称安装在牵引装置的两侧。
与现有技术相比,本发明的有益效果是:
a)本发明独立轮对由开关磁阻电机和轮箍组成,其中电机外壳与转子连接,并和轮箍连接在一起;电机心轴与定子连接,并承担车轴的功能,从而独立旋转车轮。
b)电机与轮箍集成为一体,构成车轮驱动单元,左右车轮驱动单元通过过盈连接方式与轴桥安装在一起,组成一个独立轮对,为车辆的运行直接提供动力来源,该结构摒弃了传统的齿轮传动装置及联轴节等相关部件,降低了本发明转向架设计成本、制造成本和维护成本,提高了传动效率。
附图说明
图1是本发明独立轮对的示意图;
图2是本发明中开关磁阻电机的结构示意图;
图3是本发明转向架的俯视图;
图4是本发明转向架的主视图;
图5是本发明转向架的侧视图;
图6是本发明转向架中构架的示意图;
图7是本发明转向架中一系悬挂的示意图;
图8是本发明转向架中二系悬挂的结构图;
图9是本发明转向架中二系悬挂的布置图;
图10是本发明转向架中基础制动装置的示意图。
具体实施方式
以下将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。需要说明的是,在不冲突的情况下,本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。为叙述方便,下文中如出现“上”、“下”、“左”、“右”字样,仅表示与附图本身的上、下、左、右方向一致,并不对结构起限定作用。
如图1~2所示,一种电机直驱的独立轮对,该独立轮对1由轴桥11、轮箍12和开关磁阻电机13等部件组成,由开关磁阻电机13直接驱动。开关磁阻电机的心轴13-1上安装有逆变器13-4和定子13-2,该逆变器13-4位于定子13-2的端部,开关磁阻电机13的外壳13-5内侧安装有转子13-3。轮箍12固定在外壳13-5的外侧,和开关磁阻电机13一齐构成车轮驱动单元,左右车轮驱动单元通过轴桥11以过盈配合的方式组成独立轮对,为构架2提供动力及运动。
如图1~10所示,一种单轴转向架,包括上述的开关磁阻电机直驱的独立轮对1、构架2、一系悬挂3、二系悬挂4、抗侧滚扭杆5、制动装置6、牵引装置7及车体定位杆8等组成。
构架2采用口字型钢板焊接结构,由两根侧梁21、前端梁25-1和后端梁25-2构成,侧梁21中部凸起,呈倒V型结构,以便降低地板面高度,并在侧梁21底部设置有一系悬挂安装座22,侧梁21的两端设置有二系弹簧安装座,侧梁21的中部设置有二系垂向减震器座23,侧梁21上位于二系弹簧安装座和二系垂向减震器座23之间设有二系横向减震器座24;在前端梁25-1上设置有牵引座装置安装座27和车体定位杆安装座26,在后端梁25-2上安装有抗侧滚扭杆安装座28。构架2是转向架的其他部件的安装基础,承受车体的质量并传递牵引力与制动力,以及运行过程中各部件的冲击载荷,受力状况十分复杂。
一系悬挂3采用锥形橡胶弹簧,以给构架提供柔性支撑和定位作用,传递从轮对到转向架构架的三个方向上的作用力,用于减震并安全、可靠地对轮对进行导向。
二系悬挂4包括二系弹簧41、二系垂向减振器42和二系横向减振器43,二系弹簧41采用高挠螺旋钢弹簧或沙漏簧布置在构架2的两端,以改善车体和构架的受力情况,高挠螺旋弹簧可提供垂向、横向、纵向刚度;为衰减车体与转向架构架之间的相对运动,在车体与构架2之间配置二系垂向减振器42和二系横向减振器43。
抗侧滚扭杆5安装在后端梁25-2上的抗侧滚扭杆安装座28上,并与车体相连,以抑制和衰减车体与构架之间的侧滚运动,提高车辆的舒适度。
制动装置6采用轴盘制动方式,制动器61采用紧凑式结构,通过螺栓安装在电机13的心轴上;制动盘62通过螺栓安装在电机13的外壳上,随电机一起转动。
牵引装置7采用低位单拉杆结构,两端安装有橡胶关节,以衰减车体与构架间的冲击,并适应构架与车体的运动;牵引装置7一端连接到构架2的前端梁上的牵引座装置安装座27上,另一端连接到车体牵引座,实现低位牵引,有效降低地板面的高度。
车体定位杆8采用单拉杆结构,布置在牵引装置7的两侧,两端安装有橡胶关节,一端连接构架前端梁25-1,另一端连接车体,通过选取恰当的橡胶关节扭转刚度,可有效抑制构架的俯仰运动,提高转向架运动平稳性和安全性。

Claims (6)

1.一种单轴转向架,包括构架(2)和制动装置(6),所述构架(2)由两根侧梁(21)、前端梁(25-1)和后端梁(25-2)组成,所述侧梁(21)上设置有一系悬挂安装座(22),其特征在于,还包括开关磁阻电机直驱的独立轮对,所述开关磁阻电机直驱的独立轮对包括轴桥(11),所述轴桥(11)两端均安装有开关磁阻电机(13),所述开关磁阻电机(13)的心轴(13-1)上安装有逆变器(13-4)和定子(13-2),该逆变器(13-4)位于定子(13-2)的端部,所述开关磁阻电机(13)的外壳(13-5)内侧安装有转子(13-3);所述心轴(13-1)与轴桥(11)连接,所述外壳(13-5)与轮箍(12)固定连接;所述一系悬挂安装座(22)上安装有一系悬挂(3),所述一系悬挂(3)的一端与构架(2)相连,所述一系悬挂(3)的另一端与轴桥(11)相连;所述外壳(13-5)与制动装置(6)中的制动盘(62)固定连接;所述后端梁(25-2)上对称安装有垂向布置的抗侧滚扭杆(5)。
2.如权利要求1所述的一种单轴转向架,其特征在于,所述制动装置(6)还包括制动器(61),所述制动器(61)安装在开关磁阻电机(13)的心轴(13-1)上。
3.如权利要求1所述的一种单轴转向架,其特征在于,所述构架(2)上还设置有二系悬挂装置,所述二系悬挂装置包括二系弹簧(41)、二系垂向减振器(42) 、二系横向减振器(43),所述二系弹簧(41)对称安装在构架(2)的两端,二系垂向减振器(42)对称安装在侧梁(21)的中部;二系横向减振器(43)安装于侧梁(21)上并关于构架(2)的中心对称。
4.如权利要求1所述的一种单轴转向架,其特征在于, 所述前端梁(25-1)上安装有牵引装置(7)和车体定位杆(8)。
5.如权利要求4所述的一种单轴转向架,其特征在于,所述牵引装置(7)安装在前端梁(25-1)的中部,所述车体定位杆(8)对称安装在牵引装置(7)的两侧。
6.如权利要求1所述的一种单轴转向架,其特征在于,所述轮箍(12)套设在外壳(13-5)的外侧。
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