CN113258744A - 一种列车轴端发电装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种列车轴端发电装置，包括分体式发电机和搭片，分体式发电机包括转子结构、定子结构、轴承和轴承座，转子结构包括磁铁盘和盘式永磁铁，磁铁盘与列车车轴相连，盘式永磁铁设置在磁铁盘上，磁铁盘的一侧设置有中心轴；定子结构包括线圈绕组和外壳，线圈绕组设置在外壳的一侧；轴承套接在中心轴上且安装在轴承座的内腔中；轴承座与外壳固定连接；搭片与承载鞍滑动连接。本发明装置安装在车轴端盖外，结构简单，便于安装与拆卸，耐振动，可靠性高，且对于列车原本的结构不产生破坏，通过更改搭片样式可以较好地适应多种列车转向架的结构要求，能够有效提高轨道列车能源利用率以及能量回收率。

Description

一种列车轴端发电装置

技术领域

本发明涉及轨道车辆技术领域，特别地，涉及一种列车轴端发电装置。

背景技术

列车的运营速度及载重量需要不断地突破，随之而来的是列车监测与控制需求也不断增加，为了保证列车的装置供电需要，充分利用列车动能，提高列车现代化，设计一种列车轴端发电装置具有重要的意义。

现有技术中，在转向架装发电装置占用了转向架上方的空间，给整个转向架设计带来了不利的影响，增加了整个车体的设计高度，有很大概率会引起各种超限问题。早期轨道列车的轴端发电装置，大多采用皮带传动，用车轴带动皮带发电，这种发电装置结构复杂，且占用体积大，并且涉及到对原转向架的许多改动。近几年来，轨道列车的轴端发电装置发展不断进步，也涉及到采用永磁发电的形式，目前技术有以线圈为转子，永磁铁为定子，整个装置安装在轴箱内的发电装置，该种装置设置在轴箱内，改变了车轴原本的配合结构，且没有考虑到车轴轴向跳动的情况和发电装置发热误差轴温报警器的情况。

现有的技术中，申请公布号为CN111585388A的发明专利申请公开了一种轨道车辆轴端发电装置，包括：空心轴发电机、支撑柱和吊耳；所述空心轴发电机设置于轨道车辆转向架一侧，所述空心轴发电机的转子与车辆转向架的车轴同轴固定连接，所述空心轴发电机上设置有吊耳，所述吊耳相对空心轴发电机定子固定，所述轨道车辆转向架上设置有支撑柱，所述吊耳活动套装于支撑柱上，所述吊耳内径大于支撑柱直径，且所述支撑柱上设置有用于约束吊耳水平移动的端子；该申请的发电装置采用吊耳和支撑柱，便于空心轴发电机整体跟随转向架或者轴承间隙变化而变动，吊耳在轴向通过锥形弹簧或者梭形弹簧来适应转向架或者轴承的轴向间隙变化，通过孔来调整径向间隙变化；同时吊耳和支撑柱也限定了空心轴发电机定子运行，便于空心轴发电机正常发电。但其仍需在安装之前需要对现有的无轴箱轴端进行改造，故不能满足需求。

发明内容

本发明的目的在于提供一种能够适应列车转向架车轴与承载鞍的列车轴端发电装置，以解决构架间的轴向窜动的问题，为现有列车的照明、监测和控制等系统提供稳定可靠的电能，且不影响其他设备的正常工作。

为实现上述目的，本发明提供了一种列车轴端发电装置，包括分体式发电机和搭片，所述分体式发电机包括转子结构、定子结构、轴承和轴承座，所述转子结构包括磁铁盘和盘式永磁铁，所述磁铁盘与列车车轴相连，所述盘式永磁铁设置在所述磁铁盘远离所述车轴的一侧，所述磁铁盘上且于设有所述盘式永磁铁的一侧设置有中心轴；所述定子结构包括线圈绕组和外壳，所述线圈绕组设置在所述外壳朝向所述盘式永磁铁的一侧，但不与所述盘式永磁铁相接触；所述轴承套接在所述中心轴的外侧并安装在所述轴承座的内腔中；所述轴承座与所述外壳固定连接；所述搭片的一端与所述定子结构固定连接，所述搭片的另一端与所述列车转向架的承载鞍沿所述列车车轴的轴向滑动连接。该结构设置中，盘式永磁铁(转子)镶嵌在磁铁盘上，通过螺栓紧固的方式与列车车轴进行连接，从而实现了车在运行时，车轴的旋转带动盘式永磁铁旋转。

作为本发明再进一步的方案：所述磁铁盘通过轴端螺栓固定安装在所述列车车轴的车轴端盖上，所述盘式永磁铁通过胶粘的方式固定安装于所述磁铁盘上。

作为本发明再进一步的方案：所述盘式永磁铁由偶数块永磁铁组成；所述磁铁盘上呈辐射状均布设有多个凹槽，多块所述永磁铁一一设置在相应的凹槽内。

作为本发明再进一步的方案：所述中心轴包括同轴连接的第一阶梯轴和第二阶梯轴，所述第一阶梯轴的直径大于所述第二阶梯轴的直径，所述第一阶梯轴与所述磁铁盘相连；所述轴承套接在所述第二阶梯轴上，并通过内盖与固定在所述第二阶梯轴固定。

作为本发明再进一步的方案：所述外壳远离所述盘式永磁铁的一侧设有外盖，所述外盖通过多个紧固螺栓与所述外壳和所述轴承座依次固定连接。

作为本发明再进一步的方案：所述定子结构还包括与所述外壳固定连接的用于保护所述线圈绕组的保护边框。

作为本发明再进一步的方案：所述保护边框的顶部与所述搭片的一端固定连接。

相比于现有技术，本发明具有以下有益效果：

本发明的列车轴端发电装置，其结构简单、成本较低、工作可靠、维护简单，且安装位置在于货车转向架的承载鞍和车轴端处，不会占用构架上方的空间。该装置不破坏列车的承载鞍、构架等现有结构，充分考虑了正常运行时车轴发生的轴向窜动的影响，适合多种列车转向架的实际工作情况，具有较强的普适性。本发明装置充分利用了车辆运行时的动能，提高了能量利用率和能量回收率，从而节约相应的能耗。

除了上面所描述的目的、特征和优点之外，本发明还有其它的目的、特征和优点。下面将参照图，对本发明作进一步详细的说明。

附图说明

构成本申请的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1是本发明中一种列车轴端发电装置的安装结构示意图；

图2是本发明中一种列车轴端发电装置的分解结构示意图；

图3是本发明中转子结构与车轴的配合结构示意图；

图4是本发明中轴承与磁铁盘的、内盖的位置关系分解结构示意图；

图5是本发明中轴承座和轴承的位置关系分解示意图；

其中，A-列车转向架，B-车轴，C-列车轴端发电装置，1-搭片，2-轴承，3-轴承座，4-磁铁盘，4.1-中心轴，5-盘式永磁铁，6-线圈绕组，7-外壳，8-内盖，9-外盖，10-保护边框，11-紧固螺栓。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的实施例进行详细说明，但是本发明可以根据权利要求限定和覆盖的多种不同方式实施。

请参见图1至图5，本实施例提供一种列车轴端发电装置，包括分体式发电机和搭片 1，具体结构如下：

分体式发电机包括转子结构和定子结构两部分，转子结构和定子结构之间通过轴轴承 2和轴承座3接触，通过能够将列车运行的机械能转化为电能，从而用于列车的用电装置。本实施例的列车轴端发电装置C安装在列车转向架A的轴端外侧，其中：

转子结构包括磁铁盘4和盘式永磁铁5，磁铁盘4与列车车轴B相连，盘式永磁铁5设置在磁铁盘4远离列车车轴B的一侧。盘式永磁铁5由偶数块永磁铁组成；磁铁盘4上呈辐射状均布设有多个凹槽，凹槽的形状与永磁铁的形状相适配，多块永磁铁一一设置在相应的凹槽内。磁铁盘4上设有盘式永磁铁5的一侧设置有中心轴4.1，中心轴4.1包括同轴连接的第一阶梯轴和第二阶梯轴，第一阶梯轴的直径大于第二阶梯轴的直径，第一阶梯轴与磁铁盘4相连，第二阶梯轴另一端的端面上设有螺孔。

定子结构包括线圈绕组6、外壳7和保护边框10，线圈绕组6设置在外壳7朝向盘式永磁铁5的一侧上；轴承2套接在中心轴4.1的第二阶梯轴上，并通过内盖8固定在第二阶梯轴上。具体地，轴承2内侧与中心轴4.1的第一阶梯轴相接触，内盖8通过紧固螺栓11与中心轴的第二第一阶梯轴端部上的螺孔相连，从而固定轴承2。并且轴承2安装在轴承座3的内腔中，轴承座3固定设置在外壳7靠近盘式永磁铁5的一侧，外壳7的另一侧设有外盖9，外盖9通过多个紧固螺栓11同时与外壳7和轴承座3固定连接，从而使得线圈绕组6通过轴承2和轴承座3与磁铁盘4相连。需要说明的，线圈绕组6和轴承座3固定设置在外壳7的同一侧，线圈绕组6的中心部设有用于避让轴承座3的安装孔，进而得以实现轴承座3的安装。搭片1的一端与定子结构固定连接，搭片1的另一端与列车转向架的承载鞍沿车轴的轴向滑动连接。具体地，保护边框10的顶部与搭片1的一端固定连接。在本发明较佳的实施例中，转子和定子之间没有接触，定子为固定在外壳上的线圈绕组，转子为盘式永磁铁，永磁铁的数量可以根据所需的发电功率来决定。该列车轴端发电装置通过转子旋转产生感应电动势，在线圈处形成感应电流，所感应出的电流为交流电，后期可通过整流变成列车用电装置所需的直流电。

在本发明较佳的实施例中，盘式永磁铁通过胶粘的方式安装于磁铁盘上，与车轴端盖连接，并保证一定的同心度。线圈绕组被固定在外壳上，整体再由轴承座和外盖通过轴承与磁铁盘相连接，保证转子和定子的同轴度。同时，列车轴端发电装置的保护边框和列车转向架的承载鞍间通过搭片相连，从而实现了由承载鞍定位固定线圈绕组的目的。

在本发明较佳的实施例中，磁铁盘通过车轴端盖上原有的三根紧固螺栓与车轴相连，避免了对列车转向架的改动，确保不会影响到列车的正常运行或是破坏转向架的整体结构。多块磁铁分别镶嵌在磁铁盘上，跟随车轴在列车正常运行的情况下转动，从而形成发电装置中的转子。线圈绕组通过轴承与磁铁盘上的中心轴相连，此外外壳还通过搭片与转向架的承载鞍相连，但搭片与承载鞍的连接并不固定，搭片可以随着发电装置横向运动但并不与承载鞍有横向约束，从而实现了对于承载鞍和车轴间横向窜动的适应。磁铁盘通过阶梯状的中心轴和内盖固定轴承，外壳则通过轴承座与外盖固定轴承，从而使磁铁盘和外壳间保持着固定的间隙，达到保证磁铁与线圈绕组互不干涉的目的。当车辆运行时，车轴转动带动盘式永磁铁，线圈绕组通过切割磁力线运动产生感应电动势，发电装置产生电能，实现了将列车运动的机械能转化为电能的目的，电磁线圈再通过外端接线将电能用于列车的电路装置。

本发明装置安装在车轴端盖外，且采用大电压小电流的工作方式，避免了产生大量热量以至于促发轴温报警装置的情况发生。该发电装置结构简单，便于安装与拆卸，耐振动，可靠性高，且对于列车原本的结构不产生破坏，通过更改搭片样式可以较好地适应多种列车转向架的结构要求，能够有效提高轨道列车能源利用率以及能量回收率。

在本发明较佳的实施例中，由于分体式发电机是平面电机，盘式永磁铁的块数，线圈绕组的组数以及并联数量都可以根据所需工况进行调整。线圈感应出的感应电流通过整流后得到的电压：1.当高于电池电压时，发电机可给电池供电；2.当低于电池电压时，电机电流会通过电路和电池隔断，不影响电池的正常工作状态。同时本发明的盘式永磁铁(转子)可根据磁通量的需求来改变其数量，各磁铁通过胶粘的方式镶嵌在磁铁盘上，磁铁盘再通过轴端螺栓连接定位在车轴端部，进而在保证在车体运转时，能够带动盘式永磁铁旋转，达到了在发电的同时不影响车体的正常运行状态。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种列车轴端发电装置，其特征在于，包括分体式发电机和搭片(1)，所述分体式发电机包括转子结构、定子结构、轴承(2)和轴承座(3)，所述转子结构包括磁铁盘(4)和盘式永磁铁(5)，所述磁铁盘(4)与列车车轴(B)相连，所述盘式永磁铁(5)设置在所述磁铁盘(4)远离所述列车车轴(B)的一侧，所述磁铁盘(4)上且于设有所述盘式永磁铁(5)的一侧具有中心轴(4.1)；所述定子结构包括线圈绕组(6)和外壳(7)，所述线圈绕组(6)设置在所述外壳(7)朝向所述盘式永磁铁(5)的一侧，但不与所述盘式永磁铁(5)相接触；所述轴承(2)套接在所述中心轴(4.1)的外侧并安装在所述轴承座(3)的内腔中；所述轴承座(3)与所述外壳(7)固定连接；所述搭片(1)的一端与所述定子结构固定连接，所述搭片(1)的另一端与列车转向架(A)的承载鞍沿所述列车车轴(B)的轴向滑动连接。

2.根据权利要求1所述的列车轴端发电装置，其特征在于，所述磁铁盘(4)通过轴端螺栓固定安装在所述列车车轴(B)的车轴端盖上，所述盘式永磁铁(5)通过胶粘的方式固定安装于所述磁铁盘(4)上。

3.根据权利要求2所述的列车轴端发电装置，其特征在于，所述盘式永磁铁(5)由偶数块永磁铁组成；所述磁铁盘(4)上呈辐射状均布设有多个凹槽，多块所述永磁铁一一设置在相应的凹槽内。

4.根据权利要求1所述的列车轴端发电装置，其特征在于，所述中心轴(4.1)包括同轴连接的第一阶梯轴和第二阶梯轴，所述第一阶梯轴的直径大于所述第二阶梯轴的直径，所述第一阶梯轴与所述磁铁盘(4)相连；所述轴承(2)套接在所述第二阶梯轴上，并通过内盖(8)与所述第二阶梯轴固定。

5.根据权利要求1所述的列车轴端发电装置，其特征在于，所述外壳(7)远离所述盘式永磁铁(5)的一侧设有外盖(9)，所述外盖(9)通过多个紧固螺栓与所述外壳(7)和所述轴承座(3)依次固定连接。

6.根据权利要求1所述的列车轴端发电装置，其特征在于，所述定子结构还包括与所述外壳(7)固定连接的用于保护所述线圈绕组(6)的保护边框(10)。

7.根据权利要求6所述的列车轴端发电装置，其特征在于，所述保护边框(10)的顶部与所述搭片(1)的一端固定连接。

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