CN115733303A - 一种轨道车辆防爆轮轴发电系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种轨道车辆防爆轮轴发电系统，其包括外置转子总成以及发电机本体；其中，外置转子总成以轨道车辆的轮轴作为转子，在转子外周设置转子绕组，用于产生磁场；并集成降压整流模块、电池模块、BMS电池管理模块，配置于车厢中梁上；相比现有技术，本发明的发电机以分体式装配于轨道货车转向架的某一轮轴上，实现了直接驱动(非接触式驱动)，只要轴承在寿命周期内不发生意外，就能实现这种电机的长寿命运行，在使用过程中不会发生发电机效率的降低等问题；通过免维护、直驱、防爆的轮轴发电系统，解决列车、火车行驶的动能回收再利用的问题。

Description

一种轨道车辆防爆轮轴发电系统

技术领域

本发明涉及节能环保技术领域，尤其是一种轨道车辆防爆轮轴发电系统。

背景技术

轨道车辆为诸如火车、地铁、电轨等交通工具的总称，其通常由设置在车身底部的轮对行走于轨道上；随着目前轨道车辆的配电需求的提高，无论是载客还是载物的车厢，均或多或少配备了照明、物联网、定位系统、灯光和各种传感器等用电单元，而轨道车辆在高速行驶、下坡段等状态均具有大量的可利用的动力势能，因此需要一种发电系统对这类动力势能进行回收，从而对车厢内用电端进行配电或进行储能再利用。

由于货运列车的轮轴在轮轴制造工厂出厂时就是一个一体部件，无法通过拆除车轮直接安装发电机进行直驱发电；因此，现有的货运列车的发电机是通过在轮轴上安装皮带或者减速器驱动发电机进行动能储存，如此带来许多维护、保养成本，效率也不如直驱形式。

发明内容

本申请针对上述现有技术中的缺点，提供一种免维护、直驱、防爆的轮轴发电系统，实现轨道货运列车安全和长寿命运行，实现轨道车辆动能回收。

本发明所采用的技术方案如下：

一种轨道车辆防爆轮轴发电系统，其包括：

发电机，其以半圆分体式装配于车辆转向架的轮轴上；

降压整流模块、电池模块、BMS电池管理模块，其集成配置于车厢中梁上；

车辆运转时，轮轴驱动发动机发电，发电机输电于电池模块；车辆停止运转时，BMS电池管理模块工作，由电池模块向用电单元供电。

进一步地，所述发电机包括外置转子总成以及发电机本体；外置转子总成以轨道车辆的轮轴作为转子，在转子外周设置转子绕组，以用于产生磁场；发电机本体沿轴向包括前端盖以及后端盖，且前端盖以及后端盖间具有环形容纳槽，所述容纳槽内设置定子绕组，以产生感应电动势；

进一步地，前端盖与后端盖将定子绕组容纳其内后，两者之间的环状间隙通过安装第一密封件进行密封。

进一步地，所述前端盖以及后端盖均为防爆外壳。

进一步地，所述定子绕组的中部设置转子座，用于容纳外置转子在其内自由旋转以切割磁感线。

进一步地，所述前端盖和后端盖的中部通孔位置均设置轴承，所述轴承通过第二密封件进行密封。

进一步地，所述定子绕组与前端盖以及后端盖之间预留间隙，通过设置密封环对间隙进行密封。

进一步地，所述前端盖设置有出线孔，所述定子绕组包括定子铁芯以及环绕设置的定子线圈；由定子线圈设置有引出线，经出线孔引出外接。

本发明的有益效果如下：

1)电机是安装在轨道货车转向架的某一轮轴上，实现了直接驱动(非接触式驱动)，只要轴承在寿命周期内不发生意外，就能实现这种电机的长寿命运行，在使用过程中不会发生发电机效率的降低等问题；

2)实现在长寿命使用状态下，避免了因为作业环境恶劣引起的发电机内部积杂需要维护的问题，实现免维护；同时结合防爆结构，避免安全隐患；

3)能够配备于轨道车辆，如火车、地铁、电轨等交通工具的应用；将加速、下坡后的动力势能转化为电能，以供配电或储能；积极响应了清洁能源的号召，避免了能源的浪费；

4)反向供电：发电系统自带一个储能电池包，其容量可以保证货运列车在停止运行的时候，对用电系统进行供电，确保所有物联网、定位系统、灯光和各种传感器能够在发电机不工作的时候也能正常运行。

附图说明

图1为本发明安装在火车轮轴上的安装示意图；

图2为本发明中发电机的结构示意图；

图3为本发明中发电机的侧视图。

其中：10、轮轴；11、轮对；12、发电机；2、前端盖；3、后端盖；4、定子绕组；5、第一密封件；6、转子座；7、轴承；8、第二密封件；9、密封环；13、机壳；14、安装密封；15、防爆出线孔；16、螺栓；17、密封胶；18、接线盒。

具体实施方式

下面结合附图，说明本发明的具体实施方式。

如图1至图3所示的一种轨道车辆防爆轮轴10发电系统，包括发电机12，其以直驱、直流无刷的半圆分体式装配于车辆转向架的轮轴10上；降压整流模块、电池模块、BMS电池管理模块，其集成配置于车厢中梁上；车辆运转时，轮轴10驱动发动机发电，发电机12输电于电池模块；车辆停止运转时，BMS电池管理模块工作，由电池模块向用电单元供电。

本发明以火车车辆为例，老式火车是每节车厢下有个发电机12通过用皮带连接轮子带动发电，从而对该车厢的用电设备进行供电；

需要说明的是本发明作为改进，旨在提出一种无需皮带连接轮轴10，而是以分体式，两个半圆的发电机12结构，以半圆的安装结构装配在轮轴10上实现直接驱动，发电效率更高同时减少了传动件的设置，简化了结构、维护的需要。

在一些实施例中，分体式的轮轴10发电机12包括外置转子总成以及发电机12本体；外置转子总成以轨道车辆的轮轴10作为转子，在转子外周设置转子绕组，以用于产生磁场；发电机12本体沿轴向包括前端盖2以及后端盖3，且前端盖2以及后端盖3间具有环形容纳槽，容纳槽内设置定子绕组4，转子绕组旋转切割磁场以产生感应电动势，从而发电。

在一些实施例中，前端盖2与后端盖3将定子绕组4容纳其内后，两者之间的环状间隙通过安装第一密封件5进行密封，第一密封件5优选为具有耐压密封作用的密封件，其标准耐压(气压)设计必须能承受电机内部空气受发电机12工作温度影响导致的气压升高的峰值并有足够的安全系数。

在一些实施例中，前端盖2以及后端盖3均为防爆外壳，优选为优质合金钢；定子绕组4的中部设置转子座6，用于容纳外置转子在其内自由旋转以切割磁感线。

前端盖2和后端盖3的中部通孔位置均设置轴承7，轴承7通过第二密封件8进行密封，第二密封件8为V型密封；定子绕组4与前端盖2以及后端盖3之间预留的间隙，通过设置密封环9对间隙进行密封；

特别的是，本发明中前端盖2、后端盖3以及中部的机壳13均为半圆设计，其配合面为安装密封14设计，能够为密封垫片等物理密封件进行防爆隔绝。

本发明中防爆发电机12在设计中按照防爆电机的标准进行设计，所有安装面都要设计有耐压密封结构，包括了密封环9、轴承7的V型密封、两个半圆拼合的安装密封14、端盖与机壳13连接的螺栓16也需要配置密封胶17，防止气体和粉尘进入电机或者接线盒18内部，耐压(气压)设计必须能承受电机内部空气受发电机12工作温度影响导致的气压升高的峰值并有足够的安全系数。

在一些实施例中，前端盖2设置有出线孔，所述定子绕组4包括定子铁芯以及环绕设置的定子线圈；由定子线圈设置有引出线，经出线孔引出外接。

本发明在火车头的牵引下，以80-120Km/H的速度运行时，轮轴10发电机12开始工作。由于车轮的转速较高，因此产生的电压也会很高，而轨道货车上的用电设备都是低压供电，轮轴10发电机12系统电源输出端设置5V、24V的电压输出。除了轮轴10发电机12以外的其他部件或者模块都要做防爆设计，轮轴10发电机12的转速进入发电工况的转速区间，轮轴10发电机12开始发电，通过降压模块整流模块和BMS控制模块，上述模块均为老式火车已配备的成熟技术不再赘述，根据设计要求的电压进入充电(电池输入接口)，给电池充电。但电池充满电后BMS关闭充电电路，列车停止运行后，BMS使用储能电池向用电单元供电。

以上描述是对本发明的解释，不是对发明的限定，本发明所限定的范围参见权利要求，在本发明的保护范围之内，可以作任何形式的修改。

Claims (8)

1.一种轨道车辆防爆轮轴发电系统，其特征在于：包括：

发电机(12)，其以半圆分体式装配于车辆转向架的轮轴(10)上；

降压整流模块、电池模块、BMS电池管理模块，其集成配置于车厢中梁上；

车辆运转时，轮轴(10)驱动发动机发电，发电机(12)输电于电池模块；车辆停止运转时，BMS电池管理模块工作，由电池模块向用电单元供电。

2.如权利要求1所述的一种轨道车辆防爆轮轴发电系统，其特征在于：所述发电机(12)包括外置转子总成以及发电机(12)本体；外置转子总成以轨道车辆的轮轴(10)作为转子，在转子外周设置转子绕组，以用于产生磁场；发电机(12)本体沿轴向包括前端盖(2)以及后端盖(3)，且前端盖(2)以及后端盖(3)间具有环形容纳槽，所述容纳槽内设置定子绕组(4)，以产生感应电动势。

3.如权利要求2所述的一种轨道车辆防爆轮轴发电系统，其特征在于：前端盖(2)与后端盖(3)将定子绕组(4)容纳其内，两者之间的环状间隙通过安装第一密封件(5)进行密封。

4.如权利要求3所述的一种轨道车辆防爆轮轴发电系统，其特征在于：所述前端盖(2)以及后端盖(3)均为防爆外壳。

5.如权利要求2所述的一种轨道车辆防爆轮轴发电系统，其特征在于：所述定子绕组(4)的中部设置转子座(6)，用于容纳外置转子在其内自由旋转以切割磁感线。

6.如权利要求2所述的一种轨道车辆防爆轮轴发电系统，其特征在于：所述前端盖(2)和后端盖(3)的中部通孔位置均设置轴承(7)，所述轴承(7)通过第二密封件(8)进行密封。

7.如权利要求2所述的一种轨道车辆防爆轮轴发电系统，其特征在于：所述定子绕组(4)与前端盖(2)以及后端盖(3)之间预留间隙，通过设置密封环(9)对间隙进行密封。

8.如权利要求2所述的一种轨道车辆防爆轮轴发电系统，其特征在于：所述前端盖(2)设置有出线孔，所述定子绕组(4)包括定子铁芯以及环绕设置的定子线圈；由定子线圈设置有引出线，经出线孔引出外接。

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