CN111976493A - 旋转式的受电弓弓头 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种旋转式的受电弓弓头，旋转式的受电弓弓头中，滚筒配置成与接触线接触导电；旋转轴贯穿所述滚筒且与所述滚筒同步旋转；导电端盖套设在可旋转的所述旋转轴的端部，磁流体密封装置连接并密封所述旋转轴和导电端盖以在导电端盖和磁流体密封装置之间形成旋转动密封的密闭腔，液态金属容纳在所述密闭腔，所述旋转轴的端部包裹在所述液态金属中且可旋转。

Description

旋转式的受电弓弓头

技术领域

本发明属于轨道交通电力传输技术领域，特别是一种旋转式的受电弓弓头。

背景技术

随着我国经济的快速发展，城市人口增多，交通拥堵日益严重，高铁、地铁、轻轨等电力机车成为了人们出行的重要方式之一。目前，电气化铁路和城市轨道交通机车的弓网受流方式，均是通过其受电弓弓头的滑板与接触线进行滑动接触而实现电能的传输。在机车前行过程中，受电弓滑板与接触线会发生高速的相对滑动，这种滑动摩擦使得接触线与受电弓滑板之间产生严重的磨损，减少了受电弓滑板和接触线的使用寿命，从而增加运行成本。同时，随着运行速度的提升，由于线路的不平顺，滑板在运行过程中有时会与接触线脱离，产生高温的电弧，严重烧蚀滑板与接触线，使得滑板及接触线的使用寿命进一步缩短。

随着高铁速度的提升，传统的弓网受流方式迎来了巨大的挑战，弓网的损耗日趋严重，特别是受电弓滑板部分的滑动摩擦和电弧烧蚀随着速度的增加而快速增大，已经无法满足人们对其经济型、安全性的需求。因此，为了改善弓网受流方式，减少运行成本，提高安全性，发展一种新型的受电弓势在必行。

在背景技术部分中公开的上述信息仅仅用于增强对本发明背景的理解，因此可能包含不构成在本国中本领域普通技术人员公知的现有技术的信息。

发明内容

针对现有技术中存在的问题，本发明提出一种旋转式的受电弓弓头，该弓头使得受电弓与接触线之间由传统的滑动接触，改为滚动接触，大大减少了设备的摩擦损耗和电弧烧蚀，提升了受流质量和受电弓的使用寿命，降低了运行成本；与现有电刷方法相比，液体导电可更好地实现电能从旋转轴到固定结构的传递，而与普通的导电液相比，液态金属镓基合金更具有良好的导电性，同时无毒无害，利用液态金属实现电能由旋转轴到机车的传输，可以显著提高电能传输的效率，同时采用磁流体密封技术实现了密封腔无氧环境的旋转动密封，避免了液态金属导电性能的劣化，延长了使用寿命。

本发明的目的是通过以下技术方案予以实现，一种旋转式的受电弓弓头包括：

滚筒，其配置成与接触线接触导电；

旋转轴，其贯穿所述滚筒且与所述滚筒同步旋转；

导电端盖，其电连接在可旋转的所述旋转轴的端部，

磁流体密封装置，其连接并密封所述旋转轴和导电端盖以在导电端盖和磁流体密封装置之间形成旋转动密封的密闭腔，

液态金属，其容纳在所述密闭腔，所述旋转轴的端部包裹在所述液态金属中且可旋转。

所述的旋转式的受电弓弓头中，磁流体密封装置包括，

壳体，其经由第二轴承连接旋转轴，

永磁体，其固定于所述壳体中，

极靴，其固定于所述壳体中，

磁槽和极齿，其电连接于所述旋转轴且交替布置，其与永磁体及极靴相对布置且形成径向的磁场间隙，

磁流体，其容纳于所述壳体中，所述磁流体在磁场作用下形成液体O形密封圈，所述液体O形密封圈至少旋转动密封所述导电端盖。

所述的旋转式的受电弓弓头中，所述壳体和旋转轴形成密闭无氧空间。

所述的旋转式的受电弓弓头中，所述磁流体包括油性液态基液。

所述的旋转式的受电弓弓头中，所述液态金属包括镓基合金。

所述的旋转式的受电弓弓头中，镓基合金包括镓铟锡合金或镓铟合金。

所述的旋转式的受电弓弓头中，所述旋转式的受电弓弓头还包括支承旋转的旋转轴的支撑结构，支撑结构包括支承旋转轴的第一轴承。

所述的旋转式的受电弓弓头中，第一轴承为滚动轴承。

所述的旋转式的受电弓弓头中，所述导电端盖包括金属端盖。

所述的旋转式的受电弓弓头中，滚筒为空心结构。

和现有技术相比，本发明具有以下优点：

本发明的弓头可以有效改善弓网间的受流质量，降低离线率，减少摩擦损耗和电弧烧蚀，提高电能传递效率，延长使用寿命，减少运行成本，具体的有益效果如下：

1、本发明采用滚动接触代替弓网间传统的滑动接触，弓网间的相对滑动减少，大大降低了摩擦损耗，同时可采用更适合的接触压力，减小弓网间的接触电阻和离线率。

2、本发明弓头采用滚动接触，当弓网离线产生电弧时，电弧的弧根随着滚筒的旋转而不断运动，避免了电弧长时间烧蚀局部的情况，减少了电弧对滑板的烧蚀作用，提高了使用寿命。

3、本发明弓头采用滚动接触，使得弓网间的摩擦损耗和电弧烧蚀都大大减少，降低了弓头材料对耐磨性、抗烧蚀性的要求，因此可以选用导电率更好的材料，从而提升弓网间的受流质量。

4、本发明弓头采用液态金属镓基合金实现电能的有效传输，利用液态金属包裹旋转轴，使得液态金属与旋转轴充分接触，与传统的电刷相比，液态金属可以实现电能由旋转轴到机车的高效传导，并且无明显损耗，镓基合金无毒无害，环保高效，使用寿命更长。

5、本发明弓头采用磁流体密封技术实现对液态金属所在密闭腔的无氧密封。为了保证液态金属不会因氧化而导致导电性能劣化，密闭腔必须为无氧环境，常规的密封方法如密封垫等无法满足要求；与常规密封技术相比，磁流体密封结构简单、维护方便，密封效果好，使用寿命长，可以保证密闭腔内的无氧环境从而避免液态金属氧化，进一步提升液态金属电能传导的效率和使用寿命。

附图说明

通过阅读下文优选的具体实施方式中的详细描述，本发明各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。说明书附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。显而易见地，下面描述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。而且在整个附图中，用相同的附图标记表示相同的部件。

在附图中：

图1是根据本发明一个实施例的旋转式的受电弓弓头的结构示意图；

图2是根据本发明一个实施例的旋转式的受电弓弓头的磁流体密封装置的结构示意图。

以下结合附图和实施例对本发明作进一步的解释。

具体实施方式

下面将参照附图1至图2更详细地描述本发明的具体实施例。虽然附图中显示了本发明的具体实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本发明而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本发明，并且能够将本发明的范围完整的传达给本领域的技术人员。

需要说明的是，在说明书及权利要求当中使用了某些词汇来指称特定组件。本领域技术人员应可以理解，技术人员可能会用不同名词来称呼同一个组件。本说明书及权利要求并不以名词的差异来作为区分组件的方式，而是以组件在功能上的差异来作为区分的准则。如在通篇说明书及权利要求当中所提及的“包含”或“包括”为一开放式用语，故应解释成“包含但不限定于”。说明书后续描述为实施本发明的较佳实施方式，然所述描述乃以说明书的一般原则为目的，并非用以限定本发明的范围。本发明的保护范围当视所附权利要求所界定者为准。

为便于对本发明实施例的理解，下面将结合附图以具体实施例为例做进一步的解释说明，且各个附图并不构成对本发明实施例的限定。

为了更好地理解，如图1至图2所示，旋转式的受电弓弓头包括，

滚筒1，其配置成与接触线接触导电；

旋转轴2，其贯穿所述滚筒1且与所述滚筒1同步旋转；

导电端盖4，其电连接在可旋转的所述旋转轴2的端部，

磁流体密封装置3，其连接并密封所述旋转轴2和导电端盖4以在导电端盖4和磁流体密封装置3之间形成旋转动密封的密闭腔，

液态金属5，其容纳在所述密闭腔，所述旋转轴2的端部包裹在所述液态金属5中且可旋转。

本发明滚筒1将接触线和受电弓间的滑动电接触变为滚动电接触，液态金属5实现了电能从转动结构到固定结构的高效传递，磁流体10密封技术实现了密闭腔无氧环境下的旋转动密封。本发明有效减少了受电弓与接触线之间的摩擦损耗和电弧烧蚀，改善了弓网受流质量，提高了电能的传递效率，磁流体10装置无氧密封避免了液态金属5导电性能的劣化，延长了受电弓的使用寿命，降低了运行成本。

所述的旋转式的受电弓弓头的优选实施例中，磁流体密封装置3包括，

壳体，其经由第二轴承12连接旋转轴2，

永磁体17，其固定于所述壳体中，

极靴11，其固定于所述壳体中，

磁槽14和极齿15，其电连接于所述旋转轴2且交替布置，其与永磁体17及极靴11相对布置且形成径向的磁场间隙9，

磁流体10，其容纳于所述壳体中，所述磁流体10在磁场作用下形成液体O形密封圈13，所述液体O形密封圈13至少旋转动密封所述导电端盖4。

所述的旋转式的受电弓弓头的优选实施例中，所述壳体和旋转轴2形成密闭无氧空间。

所述的旋转式的受电弓弓头的优选实施例中，所述磁流体10包括油性液态基液。

所述的旋转式的受电弓弓头的优选实施例中，所述液态金属5包括镓基合金。

所述的旋转式的受电弓弓头的优选实施例中，镓基合金包括镓铟锡合金或镓铟合金。

所述的旋转式的受电弓弓头的优选实施例中，所述旋转式的受电弓弓头还包括支承旋转的旋转轴2的支撑结构6，支撑结构6包括支承旋转轴2的第一轴承8。

所述的旋转式的受电弓弓头的优选实施例中，第一轴承8为滚动轴承。

所述的旋转式的受电弓弓头的优选实施例中，所述导电端盖4包括金属端盖。

所述的旋转式的受电弓弓头的优选实施例中，滚筒1为空心结构。

所述的旋转式的受电弓弓头的优选实施例中，旋转轴为金属轴。

所述的旋转式的受电弓弓头的优选实施例中，所述滚筒1位于旋转轴2中心位置远离导电端盖4的一侧。

所述的旋转式的受电弓弓头的优选实施例中，所述滚筒1的直径大于导电端盖4的直径。

所述的旋转式的受电弓弓头的优选实施例中，支撑结构6包括底座7。

所述的旋转式的受电弓弓头的优选实施例中，旋转式的受电弓弓头包括可旋转的滚筒1、旋转轴2、液态金属5、磁流体密封装置3、导电端盖4以及支撑结构6；滚筒1与磁流体密封装置3通过旋转轴2连接，端盖与磁流体密封装置3形成无氧的密闭腔，密闭腔中置有液态金属5，液态金属5包裹旋转轴2，磁流体密封装置3实现密封，支撑结构6设于旋转轴2右端及磁流体密封装置3下方。所述旋转轴2与滚筒1相连，同步旋转。

所述的旋转式的受电弓弓头的优选实施例中，所述旋转轴2与磁流体密封装置3相连配合。

所述的旋转式的受电弓弓头的优选实施例中，所述液态金属5为镓基合金，包括镓铟锡，镓铟等合金，此类合金无毒无害。

所述的旋转式的受电弓弓头的优选实施例中，所述导电端盖4与磁流体密封装置3形成的密闭腔为无氧环境。

所述的旋转式的受电弓弓头的优选实施例中，所述磁流体密封装置3通过支撑结构6固定于左端，旋转轴2右端通过第一轴承8与支撑结构6相连。

所述的旋转式的受电弓弓头的优选实施例中，所述磁流体密封装置3中的旋转轴2左端由液态金属5包裹，右端连接滚筒1。

所述的旋转式的受电弓弓头的优选实施例中，所述液态金属5实现旋转体到固定结构的电能传递。

所述的旋转式的受电弓弓头的优选实施例中，所述磁流体密封装置3实现无氧密封腔的旋转动密封。

在一个实施例中，受电弓弓头包括滚筒1，旋转轴2，磁流体密封装置3，金属端盖4以及液态金属5。

滚筒1为空心圆筒结构，其作用是与接触线接触导电，并通过旋转来减少与接触线间的相对滑动，从而减少摩擦损耗；滚筒的旋转还可以减少电弧对受电弓的烧蚀，从而提高其使用寿命，不必经常更换；滚筒的空心结构可以有效减小弓头质量，从而改善弓网关系。

旋转轴2与滚筒1相连，并同步旋转，选转轴左侧与磁流体密封装置相连，左端伸入密闭腔，被液态金属包裹，右侧通过轴承固定在支撑结构上。列车运行时，滚筒1旋转，旋转轴2同步旋转，电能从接触线传导至滚筒上，进一步传递至旋转轴2上。

液态金属5置于图1中所示的密闭空腔中，为镓基合金，完全包裹旋转轴2的左端，当装置正常工作时，电能由旋转轴2的左端通过液态金属5传导至金属端盖4，进一步传导至机车，为列车运行提供能量。由于液态金属5完全包裹旋转轴2的左端，接触电阻极小，几乎不产生电能传递的损耗，具有良好的传递效率。利用液态金属的特性，解决了电能由旋转机构传递至机车的难题，与传统电刷方案相比，电能传递效率更高，且几乎没有损耗。

金属端盖4形成的密闭腔用于置放液态金属5，液态金属为镓基合金，无毒无害，由于液态金属易氧化的特性，为了保证液态金属的导电效率，减少损耗，密闭腔应为无氧环境，密闭要求较高，且密闭腔中的旋转轴2做旋转运动，传统的密闭方法如密封垫，无法满足其密封要求，因此密封结构采取磁流体密封技术，磁流体密封装置结构如图2所示。磁流体密封装置的密闭性强，内置轴承，旋转密封效果好，结构简单，利于维护。

支撑结构6与底座相配合，使滚筒1悬空，保证其正常旋转，列车运行时，旋转轴2在做旋转运动，因此在旋转轴2右端的支撑结构上，置有轴承8与支撑结构7相互配合支撑旋转轴。

如图2所示为所用磁流体密封装置的结构示意图。磁流体密封主要由两部分构成,即磁流体和壳体,磁流体密封装置主要包括第二轴承12、如永久磁铁的永磁体17等部分，旋转轴转动切割永磁体17的磁力线16。

磁流体密封装置的设计使之具有一定的磁场间隙9,当磁流体10注入磁场间隙时,在磁场间隙周围磁场的作用下,由于磁流体本身的液态流动性以及磁性作用,磁场间隙会充满磁流体磁场间隙的环形设计会让磁流体在磁场间隙中形成一种特殊的“液体O形密封圈”13,由于磁流体本身特性以及密封装置的结构设计,该O形圈可以稳定存在,对密封介质起到一种良好的密封作用。

相对于传统密封的缺陷,磁流体密封利用磁力来密封,具有传统密封无法比拟的优越性，主要特点如下：

1、无磨损密封:传统接触式密封由于接触元件之间的摩擦磨损大,一方面影响密封件使用寿命,另一方面影响机械设备功率,造成机械设备功率损耗大。磁流体密封避免了密封件和旋转轴的摩擦而产生碎屑,同时磁流体也具有一定的润滑作用。

2、无损耗密封:磁流体一般以油性液态物质做为基液,在装有轴承的密封件中,磁流体在旋转状态下本身具有极小的内摩擦力,发热低,大大减小了因为密封件的摩擦造成机械功率的损耗,磁流体密封功率损耗小,因而适用于高速旋转。

3、长寿命密封:磁流体密封作为一种特殊的密封件其使用寿命主要取决于磁流体寿命,磁流体本身是一种稳定的流体,其有效寿命在40℃下可达20年而保持磁流体特性不变。并且磁流体密封结构构造系统简单,工作性能可靠。

4、无泄漏密封：磁流体可以充满整个密封设备的密封间隙,形成一种“液体O形密封圈”，密封效果稳定，几乎没有泄露，可以有效实现液态金属的密封，同时利于保证维持密闭腔的无氧环境。

下面结合附图分析本发明的具体工作过程，并进一步说明其优势。

如图1所示，接触线与滚筒1接触，当列车运行时，接触线与受电弓发生相对滑动，在摩擦力的作用下，滚筒1开始旋转，接触线与滚筒间变为滚动电接触，摩擦损耗大大减少，电能从接触线传导至旋转的滚筒1上。当发生弓网离线情况时，滚筒1与接触线分离，产生电弧，由于滚筒1处于旋转运动中，电弧的弧根在滚筒上运动，避免了电弧长时间烧蚀同一部位，减少了电弧烧蚀对受电弓的破坏。

列车运行时，旋转轴2与滚筒1同步旋转，旋转轴2的左端在液态金属5中做旋转运动，电能从滚筒1，经由旋转轴2，传递至液态金属5，由于液态金属完全包裹旋转轴2左端，接触效果更好，与常规的电刷方法相比，接触电阻极低，且没有损耗，可以实现电能的高效传递，液态金属采用镓基合金，与常规导电液相比，无毒无害，且导电能力更高。电能经由液态金属5传递至金属端盖4，并进一步传递至机车。

列车运行时，旋转轴2穿过磁流体密封装置做旋转运动，磁流体10在磁场作用下使密闭腔形成了良好的动密封，由于液态金属易氧化的特性，常规密封方法如密封垫，无法满足无氧密封的要求，磁流体密封装置保证了密封腔的密闭无氧环境，避免了液态金属泄露的同时，更避免了其发生氧化，且几乎不会造成磨损，使用寿命长。

本发明采用滚筒结构和液态金属镓基合金传递电能，利用磁流体密封技术实现无氧环境的旋转动密封。滚筒将接触线与受电弓之间的滑动电接触改为滚动电接触，减小了摩擦损耗和电弧烧蚀，延长了受电弓的使用寿命，提高了弓网受流质量；利用液态金属镓基合金导电，实现了电能从旋转结构到固定结构的高效传递，无毒无害，与传统电刷结构相比，提高了传递效率和使用寿命，减少了电能损耗；磁流体密封装置实现了液态金属所在无氧密闭腔的旋转动密封，密封效果好，避免了液态金属的导电性能发生劣化，使用寿命长，保证了装置的安全有效运行

尽管以上结合附图对本发明的实施方案进行了描述，但本发明并不局限于上述的具体实施方案和应用领域，上述的具体实施方案仅仅是示意性的、指导性的，而不是限制性的。本领域的普通技术人员在本说明书的启示下和在不脱离本发明权利要求所保护的范围的情况下，还可以做出很多种的形式，这些均属于本发明保护之列。

Claims (10)

1.一种旋转式的受电弓弓头，其包括，

滚筒，其配置成与接触线接触导电；

旋转轴，其贯穿所述滚筒且与所述滚筒同步旋转；

导电端盖，其电连接在可旋转的所述旋转轴的端部，

磁流体密封装置，其连接并密封所述旋转轴和导电端盖以在导电端盖和磁流体密封装置之间形成旋转动密封的密闭腔，

液态金属，其容纳在所述密闭腔，所述旋转轴的端部包裹在所述液态金属中且可旋转。

2.根据权利要求1所述的旋转式的受电弓弓头，其中，优选的，磁流体密封装置包括，

壳体，其经由第二轴承连接旋转轴，

永磁体，其固定于所述壳体中，

极靴，其固定于所述壳体中，

磁槽和极齿，其电连接于所述旋转轴且交替布置，其与永磁体及极靴相对布置且形成径向的磁场间隙，

磁流体，其容纳于所述壳体中，所述磁流体在磁场作用下形成液体O形密封圈，所述液体O形密封圈至少旋转动密封所述导电端盖。

3.根据权利要求2所述的旋转式的受电弓弓头，其中，所述壳体和旋转轴形成密闭无氧空间。

4.根据权利要求2所述的旋转式的受电弓弓头，其中，所述磁流体包括油性液态基液。

5.根据权利要求1所述的旋转式的受电弓弓头，其中，所述液态金属包括镓基合金。

6.根据权利要求6所述的旋转式的受电弓弓头，其中，镓基合金包括镓铟锡合金或镓铟合金。

7.根据权利要求1所述的旋转式的受电弓弓头，其中，所述旋转式的受电弓弓头还包括支承旋转的旋转轴的支撑结构，支撑结构包括支承旋转轴的第一轴承。

8.根据权利要求7所述的检测装置，其中，第一轴承为滚动轴承。

9.根据权利要求1所述的旋转式的受电弓弓头，其中，所述导电端盖包括金属端盖。

10.根据权利要求1所述的旋转式的受电弓弓头，其中，滚筒为空心结构。

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