CN117833548A - 轴端发电装置及铁路货车 - Google Patents

Abstract

本公开涉及一种轴端发电装置及铁路货车，轴端发电装置用于铁路货车，并包括：轴箱，包括第一容纳腔；车轴，所述车轴的端部位于所述第一容纳腔内；轴承，沿径向设置于所述车轴的端部与所述轴箱之间；以及发电机组件，包括定子、转子和发电机箱体，所述发电机箱体形成第二容纳腔，且与所述轴箱抗扭连接，其中，所述发电机箱体位于所述轴箱的外部，且所述第二容纳腔与所述第一容纳腔不连通。通过本公开，便于发电机组件的检修和维护，且便于发电机组件的散热，可避免发电机组件产生的热量传递至轴承，影响轴承乃至轴箱的温度，减少停车检查的次数，此外，发电机组件可以作为整体安装，避免定子和转子分开安装时需要克服较大的磁力和避免产生废铁屑。

Description

轴端发电装置及铁路货车

技术领域

本发明涉及铁路货运技术领域，尤其涉及一种轴端发电装置及铁路货车。

背景技术

近年来，随着我国经济的快速发展，铁路运输向着高速化、重载化方向发展。铁路货车行业迎来巨大的发展机遇同时又面临巨大的压力和挑战，为了大幅提高铁路货车运行的经济性、可靠性以及安全性，铁路货车加装电控制动系统、故障智能监测装置、轴温检测装置以及电子防滑器等装置已经成为未来铁路货车的发展方向。由于铁路货车具有作业条件恶劣、编组频繁的特点，由牵引机车通过电缆向其供电的方式难以实施，在铁路货车上安装发电装置是解决该问题的一个研究方向。

相关技术中，转向架发电装置有安装蓄电池、皮带轮传动转向架、轴承发电装置、转向架等多种方案。由于技术水平限制，蓄电池无法保证在一个货车检修期内免维护使用，并且根据我国铁路货车的运营维护特点，无法保证及时对其充电。皮带轮传动转向架通过皮带轮将车轴的转动力矩传递到发电机输入端，该装置结构复杂、体积大，对运用检修要求较高。轴承发电装置加剧了轴承温度的升高，直接影响到轴承的使用寿命。现有的转向架直接安装在铁路货车车轴轴端的轴承前盖上，系统径向组成的零部件数量较多，径向安装空间较大。

发明内容

为克服相关技术中存在的问题，本公开提供一种轴端发电装置及铁路货车。

根据本公开实施例的第一方面，本公开提供一种轴端发电装置，用于铁路货车，包括：轴箱，包括第一容纳腔；车轴，所述车轴的端部位于所述第一容纳腔内；轴承，沿径向设置于所述车轴的端部与所述轴箱之间；以及发电机组件，包括定子、转子和发电机箱体，所述发电机箱体形成第二容纳腔，且与所述轴箱抗扭连接，其中，所述发电机箱体位于所述轴箱的外部，且所述第二容纳腔与所述第一容纳腔不连通。

在一些实施例中，所述轴箱包括：第一壳体，呈圆筒状，所述第一壳体与所述轴承的外圈抗扭连接；以及第一壳体端盖，沿轴向固定在所述第一壳体远离所述车轴的端部，且所述第一壳体端盖封闭所述第一壳体以形成所述第一容纳腔，其中，所述发电机箱体沿轴向位于所述第一壳体端盖的外部，且与所述第一壳体端盖固定连接。

在一些实施例中，所述发电机箱体包括：第二壳体，呈筒状，所述第二壳体与所述第一壳体端盖固定连接；第二壳体端盖，沿轴向固定在所述第二壳体远离所述车轴的端部，且第二壳体端盖封闭所述第二壳体以形成所述第二容纳腔。

在一些实施例中，所述轴端发电装置还包括：轴承端盖，所述轴承端盖位于所述第一容纳腔内，用以固定所述轴承的内圈；转子轴，沿轴向包括相对的第一端和第二端，所述第一端位于所述第一容纳腔内并与所述轴承端盖传动连接，所述第二端沿轴向穿过所述第一壳体端盖并延伸至所述第二容纳腔内，其中，所述转子轴与所述第一壳体端盖之间设置有密封件，用以阻断所述第一容纳腔和所述第二容纳腔的连通。

在一些实施例中，所述发电机组件为筒式发电机，所述定子固定在所述第二壳体的内壁，所述转子固定在所述转子轴，并与所述定子相对设置。

在一些实施例中，所述发电机组件还包括接地件，所述接地件固定在所述第二壳体端盖，并与所述转子电性连接。

在一些实施例中，所述接地件由包括金属的材料制成。

根据本公开实施例的第二方面，本公开提供一种铁路货车包括：转向架；第一方面所述的轴端发电装置，所述轴箱与所述转向架固定连接。根据本公开实施例的第二方面，本公开提供一种铁路货车。

本公开的实施例提供的技术方案可以包括以下有益效果：通过发电机箱体位于轴箱的外部的设置，不仅便于发电机组件的安装、检修和维护，且还便于发电机组件的散热；另外，第二容纳腔与第一容纳腔不连通，可避免发电机组件产生的热量传递至轴承，影响轴承乃至轴箱的温度，减少停车检查的次数；此外，发电机组件可以作为整体安装，避免定子和转子分开安装时需要克服较大的磁力，以及避免分体安装时对永磁体的损害、伤手及产生废铁屑。

附图说明

此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本公开的实施例，并与说明书一起用于解释本公开的原理。

图1是根据一示例性实施例示出的一种转向架的简易图。

图2是根据一示例性实施例示出的一种转向架的剖视图。

具体实施方式

这里将详细地对示例性实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本公开相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本公开的一些方面相一致的装置和方法的例子。

在本发明中，除非另有说明，否则轴向A、径向R分别是指轴端发电装置的轴向A、径向R；轴向外侧表示图1和图2中的左侧；另外，“传动联接”是指两个部件之间能够传递驱动力/扭矩，这两个部件可以直接连接也可以通过各种传动机构或连接结构以实现上述功能。

随着铁路货车的发展，越来越多的传感器和机电部件被应用在铁路货车上，电力解决方案成为一个重要需求。为此设置轴端发电装置机作为铁路货车的电力供给源。

相关技术中，为减少轴向尺寸的堆叠，往往采用盘式发电机作为供电发电机，然而盘式发电机离轴承太近，且盘式发电机又位于轴箱内，不仅会严重影响盘式发电机的散热，而且盘式发电机产生的热量会传递到轴承，导致轴承以及轴箱温升，如此，轴承和轴箱的温度会反作用于盘式发电机，影响盘式发电机的寿命，且传感器测得的轴承和轴箱的温度若高于预设的温度阈值，铁路货车将会报警并需要停车检查，或待温度低于温度阈值后再启动，导致铁路货车的反复启停，影响运输效率及安全性能。

此外，盘式发电装置在安装时，转子和定子需要分开安装，而转子上的永磁体的磁力非常大，因此会影响安装过程，不仅容易损坏永磁体，还容易伤手，且会将周围环境中的废铁屑吸附到转子的永磁体上，影响盘式发电装置的安全性，此外，分体安装也会导致间隙调整麻烦。

为解决上述技术问题，本公开提供一种轴端发电装置100，用于铁路货车，轴端发电装置100将火车车轮的动力通过直流发电机转换成电能，为锂离子等蓄电池充电，为铁路货车中各电气部件提供清洁的电源。铁路货车还包括转向架，轴端发电装置100直接装配在铁路货车的转向架中，转向架为轴端发电装置100提供了稳定的运行条件。

如图1和图2所示，轴端发电装置100包括轴箱10、车轴20、轴承30以及发电机组件40。

其中，车轴20的两端均套设有车轮，在车轮的轴向外侧又分别套设有轴箱10。轴箱10包括第一容纳腔11，车轮位于第一容纳腔11外，而车轴20的端部位于第一容纳腔11内。

轴承30沿径向R设置于车轴20的端部与轴箱10之间，轴承30包括内圈31、外圈32以及滚子33，内圈31与车轴20的端部抗扭连接，外圈32与轴箱10抗扭连接，车轮带动车轴20转动，车轴20又通过轴承30相对于轴箱10转动。

发电机组件40包括定子41、转子42和发电机箱体43，发电机箱体43形成第二容纳腔431，定子41和转子42位于发电机箱体43内部，定子41与发电机箱体43固定连接，且发电机箱体43与轴箱10抗扭连接，车轮带动车轴20转动，车轴20的端部带动转子42转动，使转子42相对定子41转动，以产生清洁能源，同时转子42也相对发电机箱体43和轴箱10转动。

其中，发电机箱体43位于轴箱10的外部，且第二容纳腔431与第一容纳腔11不连通。通过发电机箱体43位于轴箱10的外部的设置，不仅便于发电机组件40的安装、检修和维护，且还便于发电机组件40的散热；另外，第二容纳腔431与第一容纳腔11不连通，可避免发电机组件40产生的热量传递至轴承30，影响轴承30乃至轴箱10的温度，减少停车检查的次数；此外，发电机组件40可以作为整体安装，避免定子41和转子42分开安装时需要克服的较大的磁力，以及避免分体安装时较大磁力对永磁体的损害、对手的伤害及产生废铁屑。

综上，这种轴端发电装置100便于安装、可靠性高并且成本经济性优异。

进一步地，轴箱10可以包括第一壳体12和第一壳体端盖13。

其中，第一壳体12可以大体呈圆筒状，第一壳体12与轴承30的外圈32抗扭连接；第一壳体端盖13沿轴向A固定在第一壳体12远离车轴20的端部，且第一壳体端盖13封闭第一壳体12以形成第一容纳腔11，发电机箱体43沿轴向A位于第一壳体端盖13的外部，且与第一壳体端盖13固定连接。

第一壳体端盖13与第一壳体12分体设置，便于安装和拆卸。第一壳体端盖13可以作为屏障，用以阻挡第一容纳腔11和第二容纳腔431的连通，同时第一壳体端盖13在轴向A上拉长了发电机组件40与轴承30的轴向A距离，如此，可以避免发电机组件40产生的热量影响轴承30的升温。

另外，发电机箱体43通过第一壳体端盖13与轴箱10固定，使发电机组件40无需设置发电机轴承支撑定子41，避免了发电机轴承的损害和维修。如此，组成的轴端发电装置100的零部件数量较少且径向R安装空间较小。

进一步地，发电机箱体43包括第二壳体432和第二壳体端盖433。

进一步地，发电机组件40为筒式发电机，第二壳体432呈筒状，定子41固定在第二壳体432的内壁，第二壳体432与第一壳体端盖13的轴向外侧壁固定连接。

定子41通过第二壳体432与第一壳体端盖13固定，以第二壳体432为支撑直接固定在第一壳体端盖13，避免了发电机箱体43的第二壳体432与转子轴60之间需要通过发电机轴承进行支撑，省略了发电机轴承，避免了发电机轴承的损害和维修，同时减少了轴端发电装置100的零部件数量且径向R安装空间。

第二壳体端盖433沿轴向A固定在第二壳体432远离车轴20的端部，且第二壳体端盖433封闭第二壳体432以形成第二容纳腔431，定子41和转子42位于第二容纳腔431内。

第二壳体端盖433与第二壳体432分体设置，便于拆卸和安装，在维护发电机组件40时，只需拆卸下第二壳体端盖433即可，成本低、可靠性高。

在一些实施例中，轴端发电装置100还包括轴承端盖50和转子轴60。

其中，轴承端盖50位于第一容纳腔11内，用以固定轴承30的内圈31；轴承端盖50的设置也可以沿轴向A增加发电机组件40与轴承30的轴向A距离，同时也可以对发电机组件40与轴承30之间形成热量阻挡屏障。

转子轴60沿轴向A包括相对的第一端61和第二端62，第一端61位于第一容纳腔11内并与轴承端盖50传动连接，第二端62沿轴向A穿过第一壳体端盖13并延伸至第二容纳腔431内，转子42固定在转子轴60的第二端62，并与定子41相对设置。

转子轴60的第一端61可以通过螺栓等紧固件或过盈配合与轴承端盖50形成抗扭连接，使得转子轴60可随车轴20转动。如图2所示，转子轴60沿轴向A延伸较长，可以进一步增加发电机组件40与轴承30之间的轴向A距离，再如图1所示，转子轴60与第一壳体端盖13之间设置有密封件70，用以阻断第一容纳腔11和第二容纳腔431的连通，因此可以同时避免发电机组件40与轴承30之间的热量的传递，还可以避免第二容纳腔431内的杂质进入第一容纳腔11内，致使发电机组件40在安装或检修时，可保证第一容纳腔11的清洁。

如上述所述，发电机组件40的各零部件在发电机提供商处生产并整体组装完毕，并在整机厂商的车间将发电机组件40整体安装到轴端(即轴箱10外部)。对于整机厂商来说，结构简单、安装方便、安全性高且无需调整间隙。

在一些实施例中，发电机组件40还包括接地件44，接地件44可以固定在第二壳体端盖433，并与转子42电性连接。具体地，接地件44用于将位于第一容纳腔11内的轴承30的瞬间电流引出，避免瞬间电流产生的火花对轴承30滚道的电腐蚀，轴承30产生的瞬间电流可以通过内圈31、车轴20、转子轴60、接地件44引出，接地件44可以固定在发电机组件40的发电机箱体43的任意位置，如第二壳体432或第二壳体端盖433。

在本公开实施例中，接地件44安装固定在第二壳体端盖433，且与转子轴60抵接，由于第二壳体端盖433与第二壳体432分体设置，且便于拆卸和安装，因此接地件44设置在第二壳体端盖433，也便于安装和检查。

进一步地，接地件44由包括金属的材料制成。例如，接地件44可以为铜、铁或铝等易导电的材料制成。接地件44可以为任意形状和结构，例如可以为三角形等，可以为片状、条状或块状结构等，在此不一一列举。

基于相同的发明构思，本公开提供一种本公开铁路货车包括：转向架；上述的轴端发电装置100，轴箱10与转向架固定连接。

关于上述实施例中的轴端发电装置实现的功能的具体方式已经在有关该轴端发电装置100的实施例中进行了详细描述，此处将不做详细阐述说明。

可以理解的是，本公开中“多个”是指两个或两个以上，其它量词与之类似。“和/或”，描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B这三种情况。字符“/”一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。单数形式的“一种”、“所述”和“该”也旨在包括多数形式，除非上下文清楚地表示其他含义。

进一步可以理解的是，术语“第一”、“第二”等用于描述各种结构，但这些结构不应限于这些术语。这些术语仅用来将同一类型的结构彼此区分开，并不表示特定的顺序或者重要程度。实际上，“第一”、“第二”等表述完全可以互换使用。例如，在不脱离本公开范围的情况下，第一结构也可以被称为第二结构，类似地，第二结构也可以被称为第一结构。

进一步可以理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“前”、“后”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实施例和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作。

进一步可以理解的是，除非有特殊说明，“连接”包括两者之间不存在其他构件的直接连接，也包括两者之间存在其他元件的间接连接。术语“抗扭连接”是指两个元件之间以不相对于彼此转动的方式连接，其可以经由压配合(即过盈配合)来实现，也可以通过将所提及的两个部件一体地形成来实现。对于本领域的普通技术人员而言，可视具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

进一步可以理解的是，本公开实施例中尽管在附图中以特定的顺序描述操作，但是不应将其理解为要求按照所示的特定顺序或是串行顺序来执行这些操作，或是要求执行全部所示的操作以得到期望的结果。在特定环境中，多任务和并行处理可能是有利的。

本领域技术人员在考虑说明书及实践这里公开的发明后，将容易想到本公开的其它实施方案。本申请旨在涵盖本公开的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本公开的一般性原理并包括本公开未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本公开的真正范围和精神由下面的权利范围指出。

应当理解的是，本公开并不局限于上面已经描述并在附图中示出的精确结构，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本公开的范围仅由所附的权利范围来限制。

Claims (8)

1.一种轴端发电装置(100)，用于铁路货车，其特征在于，包括：

轴箱(10)，包括第一容纳腔(11)；

车轴(20)，所述车轴(20)的端部位于所述第一容纳腔(11)内；

轴承(30)，沿径向(R)设置于所述车轴(20)的端部与所述轴箱(10)之间；以及

发电机组件(40)，包括定子(41)、转子(42)和发电机箱体(43)，所述发电机箱体(43)形成第二容纳腔(431)，且与所述轴箱(10)抗扭连接，

其中，所述发电机箱体(43)位于所述轴箱(10)的外部，且所述第二容纳腔(431)与所述第一容纳腔(11)不连通。

2.根据权利要求1所述的轴端发电装置(100)，其特征在于，所述轴箱(10)包括：

第一壳体(12)，呈圆筒状，所述第一壳体(12)与所述轴承(30)的外圈(32)抗扭连接；以及

第一壳体端盖(13)，沿轴向(A)固定在所述第一壳体(12)远离所述车轴(20)的端部，且所述第一壳体端盖(13)封闭所述第一壳体(12)以形成所述第一容纳腔(11)，

其中，所述发电机箱体(43)沿轴向(A)位于所述第一壳体端盖(13)的外部，且与所述第一壳体端盖(13)固定连接。

3.根据权利要求2所述的轴端发电装置(100)，其特征在于，

所述发电机箱体(43)包括：

第二壳体(432)，呈筒状，所述第二壳体(432)与所述第一壳体端盖(13)固定连接；

第二壳体端盖(433)，沿轴向(A)固定在所述第二壳体(432)远离所述车轴(20)的端部，且第二壳体端盖(433)封闭所述第二壳体(432)以形成所述第二容纳腔(431)。

4.根据权利要求3所述的轴端发电装置(100)，其特征在于，

所述轴端发电装置(100)还包括：

轴承端盖(50)，所述轴承端盖(50)位于所述第一容纳腔(11)内，用以固定所述轴承(30)的内圈(31)；

转子轴(60)，沿轴向(A)包括相对的第一端(61)和第二端(62)，所述第一端(61)位于所述第一容纳腔(11)内并与所述轴承端盖(50)传动连接，所述第二端(62)沿轴向(A)穿过所述第一壳体端盖(13)并延伸至所述第二容纳腔(431)内，

其中，所述转子轴(60)与所述第一壳体端盖(13)之间设置有密封件(70)，用以阻断所述第一容纳腔(11)和所述第二容纳腔(431)的连通。

5.根据权利要求4所述的轴端发电装置(100)，其特征在于，

所述发电机组件(40)为筒式发电机，所述定子(41)固定在所述第二壳体(432)的内壁，所述转子(42)固定在所述转子轴(60)，并与所述定子(41)相对设置。

6.根据权利要求3所述的轴端发电装置(100)，其特征在于，

所述发电机组件(40)还包括接地件(44)，所述接地件(44)固定在所述第二壳体端盖(433)，并与所述转子(42)电性连接。

7.根据权利要求6所述的轴端发电装置(100)，其特征在于，

所述接地件(44)由包括金属的材料制成。

8.一种铁路货车，其特征在于，包括：

转向架；

权利要求1至7中任一项所述的轴端发电装置(100)，所述轴箱(10)与所述转向架固定连接。