DE112020006677T5

DE112020006677T5 - Abdeckbaugruppe für schienenfahrzeug mit eingebautem generator und achsbaugruppe mit dieser abdeckung

Info

Publication number: DE112020006677T5
Application number: DE112020006677.0T
Authority: DE
Inventors: Jong Soon Im; Jun Sik Im
Original assignee: GLOBIZ CO Ltd
Current assignee: GLOBIZ CO Ltd
Priority date: 2020-02-05
Filing date: 2020-11-04
Publication date: 2022-11-17
Also published as: CN114270671A; WO2021157817A1

Abstract

Offenbart wird eine Abdeckbaugruppe. Die Abdeckbaugruppe kann in eine Achsbaugruppe installiert werden, wobei die Achsbaugruppe eine Achse, die unter Verwendung der von einer Kraftquelle übertragenen Kraft rotiert, ein Gehäuse, das einen Endabschnitt der Achse umgibt, und ein Lager umfasst, das zwischen dem einen Endabschnitt der Achse und dem Gehäuse angeordnet ist, um die Achse drehbar am Gehäuse zu halten.Ein Generator, der in der Lage ist, Elektrizität zu erzeugen, indem er die Drehung einer Achse integral nutzt, ist auf einer Achsbaugruppe integriert, um Energie für die Datenerfassung, Signalumwandlung und drahtlose Kommunikation zu liefern. Auf diese Weise können ausreichende Daten für die Frequenzanalyse gesichert und eine Anomalie der Achsbaugruppe in Echtzeit diagnostiziert werden.

Description

Technischer Bereich
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Abdeckbaugruppe für ein Schienenfahrzeug mit einem eingebauten Generator und eine Achsbaugruppe, die diese umfasst, und insbesondere eine Abdeckbaugruppe für ein Schienenfahrzeug mit einem bordeigenen Generator, der Strom, der durch die Nutzung der Rotation einer Achse erzeugt wird, an mindestens einen Sensor liefert, der eine physikalische Größe der Achsbaugruppe erfasst, um ausreichende Daten für eine Frequenzanalyse zu sichern, und eine Achsbaugruppe, die diese umfasst.
Stand der Technik
Die derzeit in einem Schienenfahrzeug verwendeten Teile werden regelmäßig diagnostiziert und repariert oder ersetzt, wenn bei der Diagnose eine Anomalie festgestellt wird. Da es sich bei einem Eisenbahnsystem jedoch um ein Massenbeförderungssystem handelt, besteht bei einem Unfall im Eisenbahnsystem eine hohe Wahrscheinlichkeit, dass sich der Unfall zu einem Großunfall entwickelt. Um Unfälle in Schienenfahrzeugen zu vermeiden, wird eine Achsbaugruppe zu einem wichtigen Überwachungsobjekt.
Die Fehlerhaftigkeit eines Diagnoseobjekts kann durch Wärme, Schall, Vibration usw. bestätigt werden. Bei einem Diagnoseverfahren, das Wärme oder Schall verwendet, kann ein Benutzer einen Defekt des Diagnoseobjekts leicht erkennen, wobei der Benutzer den Defekt des Diagnoseobjekts erst erkennen kann, wenn der Defekt des Diagnoseobjekts bereits weit fortgeschritten ist. Da ein Diagnoseverfahren, das Vibration verwendet, die Fehlerhaftigkeit des Diagnoseobjekts am schnellsten vorhersagen kann, wird das Diagnoseverfahren, das Vibration verwendet, in der verwandten Technik am häufigsten verwendet.
Da jedoch die Abtastzeit der Daten sehr kurz ist und die Daten gesammelt werden müssen, um das Diagnoseverfahren unter Verwendung von Vibration anzuwenden, ist der Stromverbrauch für die Abtastung der Daten sehr hoch.
Im Allgemeinen sind im Falle des Schienenfahrzeugs mehrere Fahrzeuge miteinander verbunden, und der Betrieb der mehreren Fahrzeuge wird von einer Lokomotive gesteuert. Eine Vielzahl von Achsbaugruppen ist jeweils an der Vielzahl von Fahrzeugen montiert. Wenn ein Sensor zur Erfassung physikalischer Größen der mehreren Achsbaugruppen drahtgebunden mit Strom versorgt wird und Daten vom Sensor drahtgebunden empfangen werden, kann der Kabelbaum kompliziert sein und es kann häufig ein Fehler auftreten. Daher wurde in den letzten Jahren ein Verfahren angewandt, bei dem der Sensor und ein Server die Daten über drahtlose Kommunikation senden und empfangen. Gemäß einer drahtlosen Kommunikationsanordnung werden die Datenerfassung, die Signalumwandlung und die drahtlose Kommunikation durch die Anordnung einer Batterie in der Achsbaugruppe und die Nutzung der Energie der Batterie durchgeführt. Da, wie bereits erwähnt, der Stromverbrauch für die Abtastung der Daten sehr hoch ist, um das Diagnoseverfahren mit Hilfe der Vibration anzuwenden, sollte eine Batterie mit einer großen Kapazität verwendet werden. Da jedoch der Einbauraum der Achsbaugruppe begrenzt ist, kann eine Batterie mit ausreichender Kapazität nicht verwendet werden. Folglich ist eine Überwachung nur einmal pro Stunde möglich, und es ist schwierig, genügend Daten für eine Fehlerdiagnose zu sammeln.
Die in diesem Hintergrundabschnitt offengelegten Informationen dienen lediglich dem besseren Verständnis des Hintergrunds der Erfindung und können daher Informationen enthalten, die nicht zum Stand der Technik gehören und die einem Fachmann in diesem Land bereits bekannt sind.
Offenbarung
Technisches Problem
Ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wurde in dem Bestreben gemacht, eine Abdeckbaugruppe für ein Schienenfahrzeug mit einem eingebauten Generator, der einen Generator bildet, der in der Lage ist, Strom durch Verwendung von Rotation einer Achse integral auf einer Achsbaugruppe zu erzeugen, um Energie für die Datenerfassung, Signalumwandlung und drahtlose Kommunikation zu liefern, bereitzustellen.
Ein weiteres Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wurde in dem Bestreben gemacht, eine Achsbaugruppe einschließlich der Abdeckbaugruppe bereitzustellen.
Ein weiteres Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wurde in dem Bestreben gemacht, eine Abdeckbaugruppe und eine Achsbaugruppe bereitzustellen, die leicht auf dem Schienenfahrzeug montiert werden können.
Ein weiteres Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wurde in dem Bestreben gemacht, eine Abdeckbaugruppe und eine Achsbaugruppe bereitzustellen, die den Austausch von Teilen, die fehlerhaft sind, erleichtern.
Technische Lösung
Ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung stellt eine Abdeckbaugruppe bereit, die in einer Achsbaugruppe installiert werden kann, die eine Achse, die sich unter Verwendung von Energie, die von einer Energiequelle übertragen wird, dreht, ein Gehäuse, das einen Endabschnitt der Achse umgibt, und ein Lager umfasst, das zwischen dem einen Endabschnitt der Achse und dem Gehäuse angeordnet ist, um die Achse drehbar am Gehäuse zu halten.
Die Abdeckbaugruppe kann umfassen: eine Lagerabdeckung mit einem Raum darin; einen Generator mit einem Rotor, der funktionell mit der Achse verbunden ist und zusammen mit der Achse rotiert, und einem Stator, der den Rotor in einer radialen Richtung umgibt, während ein vorbestimmter Abstand von dem Rotor in der radialen Richtung beibehalten wird; eine Leiterplatte (PCB), die elektrisch mit dem Generator verbunden ist, einen Eingang an den Stator anlegt und einen Ausgang von dem Rotor empfängt; mindestens einen Sensor, der auf der Leiterplatte angebracht ist und mindestens eine physikalische Größe der Achsbaugruppe erfasst; und eine drahtlose Antenne, die auf der Lagerabdeckung angebracht ist und in der Lage ist, Daten drahtlos zu übertragen, die mindestens einer physikalischen Größe entsprechen, die von dem mindestens einen Sensor erfasst wird, und wobei der Generator, die Leiterplatte und der mindestens eine Sensor in einem Raum angeordnet sein können, der von einer Lagerabdeckung gebildet wird.
Der mindestens eine Sensor kann einen Beschleunigungssensor umfassen, der die Beschleunigung der Achsbaugruppe misst, und einen Temperatursensor, der die Temperatur der Achsbaugruppe misst.
Die Abdeckbaugruppe kann ferner Folgendes umfassen: ein auf der Leiterplatte montiertes Leistungssteuerungssystem, das die an den Stator angelegte Eingangsleistung und die Ausgangsleistung des Rotors steuert; eine auf der Leiterplatte montierte Batterie, die die Ausgangsleistung des Rotors empfängt und durch das Leistungssteuerungssystem aufgeladen wird; und ein auf der Leiterplatte montiertes drahtloses Kommunikationsmodul, das den Datenaustausch durch drahtlose Kommunikation ermöglicht.
In einigen Aspekten kann ein Encoder, der sich zusammen mit dem Rotor dreht, am Rotor montiert werden, und ein Encodersensor, der die Drehung des Encoders erfasst, kann am Stator montiert werden.
In einigen Aspekten kann die Abdeckbaugruppe ferner umfassen: eine Bodenabdeckung, die auf einer Seite der Lagerabdeckung angebracht ist; und einen Bodenrotor, der mit einem Ende der Achse verbunden ist und sich zusammen mit der Achse dreht und sich in die Bodenabdeckung erstreckt, indem er die Lagerabdeckung durchdringt.
Der Rotor und der Stator können so konfiguriert sein, dass sie eine Leistung von 10 W oder mehr erzeugen.
Der mindestens eine Sensor kann so konfiguriert sein, dass er mindestens eine physikalische Größe der Achsbaugruppe mit einer Abtastrate von 10 KHz oder mehr erfasst.
In einigen Aspekten kann die Abdeckbaugruppe außerdem einen Halter umfassen, der auf dem Stator montiert ist und die Leiterplatte elektrisch mit dem Generator verbindet, und die Leiterplatte kann auf dem Halter montiert werden.
Der Halter kann einen ersten und einen zweiten Halter umfassen, die lösbar miteinander verbunden sind, und die Leiterplatte kann zwischen dem ersten und dem zweiten Halter angeordnet und durch Verbinden des ersten und des zweiten Halters am Halter befestigt werden.
Der erste Halter kann einen ersten und einen zweiten Vorsprung aufweisen, die in radialer Richtung voneinander beabstandet sind und in axialer Richtung jeweils zu einer Seite hin vorstehen, die Leiterplatte kann zwischen dem ersten und dem zweiten Vorsprung angeordnet sein, und der zweite Halter kann mit dem ersten und dem zweiten Vorsprung verbunden sein.
Die Leiterplatte kann abnehmbar an dem Halter befestigt werden.
Die Abdeckbaugruppe kann außerdem eine Schutzschicht enthalten, die auf der Leiterplatte angebracht ist.
In einigen Aspekten kann die Leiterplatte in zwei oder mehr Funktionsmodule unterteilt und abnehmbar am Halter befestigt werden.
In einigen Aspekten kann der Halter außerdem mindestens zwei Speichen umfassen, die den ersten und den zweiten Vorsprung miteinander verbinden, und die Leiterplatte kann in zwei oder mehr Funktionsmodule unterteilt und abnehmbar an einem durch den ersten und den zweiten Vorsprung und die Speichen gebildeten Raum befestigt werden.
Die Abdeckbaugruppe kann ferner eine Schutzschicht umfassen, die auf der Leiterplatte angebracht ist, und ein Fülldamm kann zwischen der Schutzschicht und einem Umfang und einer Speiche des zweiten Halters angeordnet sein.
Ein weiteres Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung sieht eine Achsbaugruppe vor, die eine Abdeckbaugruppe gemäß eines Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung und einen Halter umfassen kann, der an einem Stator angebracht ist und eine Leiterplatte elektrisch mit dem Generator verbindet. Die Leiterplatte kann an dem Halter befestigt werden. Die Achsbaugruppe kann ferner umfassen: einen Verlängerungsabschnitt, der funktionell mit einem Endabschnitt einer Achse verbunden ist und sich in einer axialen Richtung erstreckt; eine Lagerabdeckung, die mit dem Halter gekoppelt ist und in der der Generator und die Leiterplatte angeordnet sind; ein Achsgehäuse, das an einer inneren Umfangsfläche eines Endabschnitts eines Gehäuses angebracht ist; und einen Verbindungsadapter zum Anbringen des Halters an dem Achsgehäuse, und wobei die Leiterplatte an dem Halter angebracht sein kann, und wobei der Verlängerungsabschnitt und ein Rotor des Generators keilgekoppelt sein können.
Ein Ende des Verlängerungsabschnitts kann in eine Lagerabdeckung eindringen, ohne dass es zu einer Rotationsbeeinträchtigung der Lagerabdeckung kommt.
In einigen Fällen kann die Achsbaugruppe außerdem eine an einem Ende des Verlängerungsabschnitts montierte Geschwindigkeitsplatte und ein an einem Ende des Achsgehäuses montiertes Geschwindigkeitssensorgehäuse umfassen.
In einigen Fällen kann die Achsbaugruppe außerdem einen Bodenrotor umfassen, der an einem Ende des Verlängerungsabschnitts angebracht ist, sowie eine Bodenabdeckung, die an einem Ende des Achsgehäuses angebracht ist.
Die Achsbaugruppe kann ferner Folgendes umfassen: ein Getriebe, das die Drehzahl der Leistung einer Leistungsquelle über eine Vielzahl von Zahnrädern ändert und die Leistung, deren Rotationsgeschwindkeit geändert wird, an die Achse überträgt; ein Getriebesensormodul, das so konfiguriert ist, dass es Beschleunigungen, Rotationsgeschwindkeiten und/oder Temperaturen der Vielzahl von Zahnrädern erfasst; und einen verdrahteten Verbinder, der an der Lagerabdeckung angebracht und mit der Leiterplatte verbunden ist, um Strom zu liefern.
Ein Messwert des Getriebesensormoduls kann drahtlos über die drahtlose Antenne oder kabelgebunden über den verdrahteten Verbinder an die Leiterplatte übertragen werden.
Vorteilhafte Effekte
Gemäß Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung ist ein Generator, der in der Lage ist, Strom zu erzeugen, indem er die Drehung einer Achse nutzt, integral auf einer Achsbaugruppe ausgebildet, um Energie für die Datenerfassung, die Signalumwandlung und die drahtlose Kommunikation zu liefern. Auf diese Weise können ausreichende Daten für die Frequenzanalyse gesichert und eine Anomalie der Achsbaugruppe in Echtzeit diagnostiziert werden.
Außerdem wird eine drahtlose Kommunikationsanordnung verwendet, wodurch die Verkabelung vereinfacht werden kann.
Außerdem werden die über die drahtlose Kommunikation zwischen den Achsbaugruppen erfassten Daten sequentiell an einen Server übermittelt, um die Kapazität des Generators zu verringern.
Eine Leiterplatte wird durch einen Halter mit einer Abdeckbaugruppe verbunden, um die Leiterplatte vor äußeren Einflüssen zu schützen.
Da die Leiterplatte in eine Vielzahl von Funktionsmodulen unterteilt und mit der Abdeckbaugruppe verbunden ist, kann nur ein fehlerhaftes Funktionsmodul von der Abdeckbaugruppe getrennt und ersetzt werden. Dementsprechend kann das Teil leicht ausgetauscht werden und die Wartungskosten können gesenkt werden.
Außerdem wird ein Effekt, der durch das Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung erzielt oder vorhergesagt werden kann, direkt oder implizit in der detaillierten Beschreibung des Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung offenbart. Das heißt, verschiedene Effekte, die gemäß des Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung vorhergesagt werden, werden in der nachfolgenden detaillierten Beschreibung offenbart.
Figurenliste
Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden durch Bezugnahme auf die folgende Beschreibung in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen, in denen sich ähnliche Bezugszeichen auf gleiche oder funktionell ähnliche Elemente beziehen, besser verständlich.

1 ist eine schematische Darstellung eines Schienenfahrzeugs gemäß eines Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung.
2 ist eine schematische Querschnittsansicht, die eine Achsbaugruppe gemäß eines Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung zeigt.
3 ist eine schematische Ansicht, die einige Komponenten der Achsbaugruppe gemäß eines Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung zeigt.
4 ist eine schematische Ansicht, die einige Komponenten der Achsbaugruppe gemäß eines anderen Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung zeigt.
5 ist eine schematische Querschnittsansicht, die eine Konfiguration einer Abdeckbaugruppe gemäß eines Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung zeigt.
6 ist eine schematische Draufsicht auf eine Abdeckbaugruppe gemäß eines Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung.
7 ist eine schematische Draufsicht auf eine Abdeckbaugruppe gemäß eines anderen Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung.
8 zeigt einen Teil einer Querschnittsansicht entlang der Linie A-A von 7.
9 ist eine schematische Draufsicht auf eine Abdeckbaugruppe gemäß eines weiteren Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung.
10 zeigt einen Teil einer Querschnittsansicht entlang der Linie B-B von 9.
11 ist eine Querschnittsansicht, die einige Komponenten einer Achsbaugruppe gemäß eines Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung zeigt.
12 ist eine Querschnittsansicht, die einige Komponenten einer Achsbaugruppe gemäß eines anderen Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung zeigt.

Die Zeichnungen, auf die Bezug genommen wird, sind insbesondere nicht maßstabsgetreu dargestellt, sondern stellen einen verkürzten Ausdruck verschiedener bevorzugter Merkmale dar, die ein Grundprinzip der vorliegenden Offenbarung illustrieren. So werden z. B. bestimmte Konstruktionsmerkmale der vorliegenden Offenbarung, zu denen eine bestimmte Abmessung, eine bestimmte Richtung, eine bestimmte Position und eine bestimmte Form gehören, zum Teil in Abhängigkeit von einer bestimmten beabsichtigten Anwendung und einer bestimmten Einsatzumgebung festgelegt.
Ausführungsbeispiele
Die hier verwendeten Begriffe dienen nur der Beschreibung bestimmter Ausführungsbeispiele und sollen die vorliegende Offenbarung nicht einschränken. Die hier verwendeten Singularformen schließen auch die Pluralformen ein, es sei denn, sie werden in einem bestimmten Zusammenhang ausdrücklich genannt. Wenn in dieser Beschreibung die Ausdrücke „umfassen“ und/oder „umfassend“ verwendet werden, ist klar, dass die Ausdrücke das Vorhandensein der erwähnten Merkmale, Zahlen, Schritte, Operationen, Bestandteile und/oder Komponenten spezifizieren, aber das Vorhandensein oder die Hinzufügung mindestens eines anderen Merkmals, einer Zahl, eines Schrittes, einer Operation, eines Bestandteils, einer Komponente und/oder einer Gruppe davon nicht ausgeschlossen ist. Die hier verwendeten Begriffe „und/oder“ umfassen eine oder alle beliebigen Kombinationen von Elementen, die miteinander verbunden und aufgelistet sind.
Die hier verwendete Terminologie oder eine andere ähnliche Terminologie wie „Fahrzeug“ oder „Vehikel“ umfasst auch Autos, einschließlich Sport Utility Vehicles (SUVs), Busse, Lastwagen und verschiedene Nutzfahrzeuge zusätzlich zu einem Schienenfahrzeug.
Darüber hinaus ist es wünschenswert, dass eines oder mehrere der folgenden Verfahren oder Aspekte davon von mindestens einer Steuereinheit (z. B. einer elektronischen Steuereinheit (ECU) usw.), einer Steuerung oder einem Steuerserver ausgeführt werden. Die Begriffe „Steuereinheit“, „Steuerung“ oder „Steuerserver“ können sich auf ein Hardware-Gerät mit einem Speicher und einem Prozessor beziehen. Der Speicher ist so konfiguriert, dass er Programmbefehle speichert, und der Prozessor ist insbesondere so programmiert, dass er die Programmbefehle ausführt, um einen oder mehrere unten näher beschriebene Prozesse durchzuführen. Die Steuereinheit, die Steuerung oder der Steuerserver können Einheiten, Module, Teile, Geräte oder Ähnliches steuern. Außerdem können die folgenden Verfahren von einem Gerät ausgeführt werden, das die Steuereinheit oder die Steuerung zusammen mit einer oder mehreren anderen Komponenten enthält, wie Fachleuten bekannt sind.
Ferner kann die Steuereinheit, die Steuerung oder der Steuerserver gemäß der vorliegenden Offenbarung als nichttransitorisches, computerlesbares Aufzeichnungsmedium mit ausführbaren Programmbefehlen implementiert werden, die vom Prozessor ausgeführt werden. Beispiele für computerlesbare Aufzeichnungsmedien sind ROM, RAM, Compact Disk (CD) ROM, Magnetbänder, Disketten, Flash-Laufwerke, Smart Cards und optische Datenspeichergeräte, sind aber nicht darauf beschränkt. Die computerlesbaren Aufzeichnungsmedien werden auch über ein Computernetzwerk verteilt, und die Programmbefehle können von einem Verteilungsschema wie einem Telematikserver oder einem Controller Area Network (CAN) gespeichert und ausgeführt werden.
1 ist eine schematische Darstellung eines Schienenfahrzeugs gemäß eines Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung.
Wie in 1 dargestellt, umfasst ein Schienenfahrzeug 1 eine Vielzahl von miteinander verbundenen Fahrzeugen. Das Fahrzeug ist so konfiguriert, dass es einen Passagier oder eine Fracht laden kann, und eine Vielzahl von Drehgestellen 10 ist an einem unteren Teil des Fahrzeugs installiert, damit das Fahrzeug auf einer Schiene fahren kann. In einem der mehreren Fahrzeuge kann ein Maschinenraum ausgebildet sein, in dem ein Steuerserver 200 angeordnet sein kann.
Das Drehgestell 10 weist im Allgemeinen zwei oder drei Achsbaugruppen 100 auf und trägt einen Fahrzeugkörper. Das Drehgestell 10 umfasst einen Drehgestellrahmen, die am Drehgestellrahmen montierte Achsbaugruppe 100, eine Puffervorrichtung, eine Bremsvorrichtung, einen Fahrmotor usw.
Da das Drehgestell 10 dem Fachmann gut bekannt ist, wird auf eine ausführlichere Beschreibung verzichtet.
Der Steuerserver 200 steuert den Betrieb des Schienenfahrzeugs 1 und überwacht die im Schienenfahrzeug 1 enthaltenen Komponenten. Zum Beispiel kann der Steuerserver 200 so konfiguriert sein, dass er ein Signal, das einer physikalischen Größe der Achsbaugruppe 100 entspricht, von mindestens einem in der Achsbaugruppe 100 enthaltenen Sensor empfängt und einen Zustand der Achsbaugruppe 100 auf der Grundlage des empfangenen Signals diagnostiziert. Ferner kann der Steuerserver 200 so konfiguriert sein, dass er ein Signal, das einer physikalischen Größe eines Getriebes 110 entspricht, von mindestens einem im Getriebe 110 installierten Sensor empfängt (siehe 2) und auf der Grundlage des empfangenen Signals einen Zustand des Getriebes 110 und einen Zustand der Schiene diagnostiziert.
2 ist eine schematische Querschnittsansicht, die eine Achsbaugruppe gemäß eines Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung zeigt.
Wie in 2 dargestellt, umfasst die Achsbaugruppe 100 eine Achse 102. Die Achse 102 ist mit einer Stromquelle (z. B. dem Fahrmotor usw.) verbunden und rotiert, wenn sie Strom von der Stromquelle erhält.
Das Getriebe 110 kann zwischen der Stromquelle und der Achse 102 angeordnet sein. Das Getriebe 110 umfasst eine Vielzahl von Zahnrädern, die miteinander in Eingriff stehen, um die Drehzahl der Kraft der Kraftquelle zu ändern und die Kraft, deren Drehzahl geändert wird, an die Achse 102 zu übertragen. Ein Getriebesensormodul 112 ist am Getriebe 110 angebracht, und das Getriebesensormodul 112 ist so konfiguriert, dass es Beschleunigungen, Drehzahlen und/oder Temperaturen der mehreren Zahnräder erfasst.
Der Steuerserver 200 kann den Zustand des Getriebes 110 auf der Grundlage der vom Getriebesensormodul 112 erfassten physikalischen Größe des Getriebes 110 diagnostizieren.
Die Räder 104 sind auf beiden Seiten der Achse 102 fest montiert. Das Rad 104 kann durch verschiedene Verfahrenwie Pressen, Schweißen, Verzahnung usw. an der Achse 102 befestigt werden. Jedes Rad 104 kann drehbar auf der Schiene angeordnet sein. Wenn die Achse 102 durch die Kraft der Stromquelle rotiert, rotiert das Rad 104 auf der Schiene. Infolgedessen kann sich das Schienenfahrzeug 1 bewegen.
An beiden Enden der Achse 102 sind Lager 120 angebracht. Jedes Lager 120 stützt die Achse 102 drehbar am Fahrzeugkörper ab. Das Lager 120 umfasst einen Innenring, einen Außenring und eine Vielzahl von Wälzkörpern. Der Innenring ist an der Achse 102 befestigt und rotiert zusammen mit der Achse. Der Außenring umgibt den Innenring außerhalb eines Radius des Innenrings und ist am Fahrzeugkörper befestigt. Die Vielzahl der Wälzkörper ist drehbar zwischen dem Innenring und dem Außenring angeordnet. Durch die Vielzahl der Wälzkörper kann der Innenring relativ zum Außenring rotieren.
Die Abdeckbaugruppen 130 sind an beiden Enden der Achse 102 angebracht. Die Abdeckbaugruppe 130 verhindert in erster Linie das Eindringen von Fremdkörpern wie Wasser oder Staub in das Lager 120.
3 ist eine schematische Ansicht, die einige Komponenten der Achsbaugruppe gemäß eines Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung zeigt.
Wie in 3 dargestellt, umfasst die Achsbaugruppe 100 gemäß eines Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung ferner ein Gehäuse 140, das die Achse 102 umgibt. Das Gehäuse 140 kann vom Fahrzeugkörper abgesetzt und mit ihm verbunden sein oder einstückig mit dem Fahrzeugkörper ausgebildet sein. Wie oben beschrieben, ist das Lager 120 zwischen dem Gehäuse 140 und der Achse 102 angeordnet. Der Innenring des Lagers 120 ist an der Achse 102 durch verschiedene Verfahren wie Pressen, Schweißen usw. befestigt, der Außenring des Lagers 120 ist am Fahrzeugkörper oder dem Gehäuse 140 durch verschiedene Verfahren wie Pressen, Schweißen usw. befestigt, und eine Vielzahl von Wälzkörpern ist zwischen dem Innenring und dem Außenring angeordnet.
Die Achsbaugruppe 100 umfasst die Abdeckbaugruppe 130, die zwischen dem Gehäuse 140 oder dem Fahrzeugkörper und der Achse 102 montiert ist. Die Abdeckbaugruppe 130 ermöglicht die Drehbarkeit der Achse 102 gegenüber dem Gehäuse 140 oder dem Fahrzeugkörper. Die Abdeckbaugruppe 130 ist mit einem Ende des Gehäuses 140 verbunden, um zu verhindern, dass Fremdkörper wie Staub oder Feuchtigkeit in das Gehäuse 140 gelangen. Die Abdeckbaugruppe 130 kann abnehmbar am Gehäuse 140 befestigt werden.
Die Abdeckbaugruppe 130 kann über einen Verlängerungsabschnitt 132 mit der Achse 102 verbunden sein. Der Verlängerungsabschnitt 132 ist funktionell mit der Achse 102 verbunden und erstreckt sich in einer axialen Richtung. Dementsprechend umfasst die Abdeckbaugruppe 130 einen Teil, der mit der Achse 102 verbunden und drehbar ist, und einen Teil, der mit dem Gehäuse 140 verbunden und darin befestigt ist. Die Abdeckbaugruppe 130 als fester Teil umfasst außerdem ein Lagerabdeckung 150. Die Lagerabdeckung 150 ist direkt oder indirekt mit dem Gehäuse 140 verbunden und weist einen Raum auf, in dem Teile ausgebildet werden können.
Die Abdeckbaugruppe 130 kann außerdem eine Achsensensoreinheit 160, die innerhalb der Lagerabdeckung 150 angeordnet ist, und eine drahtlose Antenne 162, die an der Lagerabdeckung 150 angebracht ist, umfassen.
4 ist eine schematische Ansicht, die einige Komponenten der Achsbaugruppe gemäß eines anderen Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung zeigt.
Wie in 4 dargestellt, umfasst eine Achsbaugruppe 130' gemäß eines anderen Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung ferner einen Bodenrotor 172 und eine Bodenabdeckung 170.
Der Bodenrotor 172 ist mit einem Ende des Verlängerungsabschnitts 132 verbunden und ist zusammen mit dem Verlängerungsabschnitt 132 drehbar.
Ein Ende des Bodenrotors 172 ist im Inneren der Bodenabdeckung 170 positioniert, indem es die Lagerabdeckung 150 durchdringt.
Der Bodenrotor 172 wird durch eine darin installierte Bürste zur Bodenabdeckung 170 geführt.
Die Bodenabdeckung 170 wird auf einer Oberfläche der Lagerabdeckung 150, des Gehäuses oder einer separaten Konstruktion, die mit dem Gehäuse 140 oder der Lagerabdeckung 150 verbunden ist, montiert.
Das Schienenfahrzeug 1 bildet einen Stromkreis mit einem Stromabnehmer (Pantograph) als (+)-Pol und einer Schiene als (-)-Pol. Da das Lager 120 zwischen dem mit dem Stromabnehmer elektrisch verbundenen Fahrzeugaufbau und dem mit der Schiene elektrisch verbundenen Rad 104 angeordnet ist, bilden der Stromabnehmer, der Fahrzeugkörper, die Schiene, das Rad 104, die Achse 102 und das Lager 120 einen geschlossenen Kreislauf. Wenn jedoch Hochspannungsstrom durch das Lager 120 fließt, ist die Kontaktfläche zwischen dem Innenring, dem Außenring und dem Wälzkörper klein, so dass an einer Kontaktstelle Funken entstehen oder elektrische Erosion auftritt.
Um dies zu verhindern, sollte der Strom vom Bodenrotor 172, der sich zusammen mit der Achse 102 durch die Bürste dreht, direkt zur Bodenabdeckung 170 geleitet werden.
5 ist eine schematische Querschnittsansicht, die eine Konfiguration einer Abdeckbaugruppe gemäß eines Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung veranschaulicht, und 6 ist eine schematische Draufsicht auf eine Abdeckbaugruppe gemäß eines Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung.
Wie in den 5 und 6 dargestellt, umfasst die Abdeckbaugruppe 130 gemäß eines Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung eine Achssensoreinheit 160 und einen Generator 180 innerhalb der Lagerabdeckung 150.
Der Generator 180 umfasst einen Rotor 182 und einen Stator 184. Der Rotor 182 ist an dem Verlängerungsabschnitt 132 der Achse 102 befestigt und kann zusammen mit der Achse 102 gedreht werden. Der Stator 184 umgibt den Rotor 184 außerhalb einer radialen Richtung, während er in radialer Richtung einen Abstand zum Rotor 182 einhält. Dadurch stehen sich der Stator 184 und der Rotor 182 in radialer Richtung gegenüber. Sowohl der Rotor 182 als auch der Stator 184 sind mit Spulen bewickelt, und wenn durch Anlegen von Strom an die Spule des Stators 184 ein Magnetfeld gebildet wird, wird der Strom in die Spule des Rotors 184 induziert, die sich in dem Magnetfeld dreht. In einem Ausführungsbeispiel wird beschrieben, dass der Rotor 184 an dem Verlängerungsabschnitt 182 befestigt ist, doch ist die vorliegende Beschreibung nicht darauf beschränkt. Der Rotor 184 kann auch je nach Größe der Lagerabdeckung 150 und der Erzeugungskapazität an der Achse 102 befestigt werden. Die Formulierung „an der Achse 102 befestigt“ in dieser Beschreibung und den Ansprüchen ist so zu verstehen, dass sie sowohl „direkt an der Achse 102 befestigt“ als auch „an dem mit der Achse 102 verbundenen Verlängerungsabschnitt 132 befestigt“ umfasst.
In einigen Ausführungsbeispielen kann ein Encoder 183 an einer äußeren Umfangsfläche des Rotors 182 und ein Encodersensor 185 am Stator 184 angebracht sein. Im Encoder 183 sind ein N-Pol und ein S-Pol abwechselnd in Umfangsrichtung angeordnet, und der Encodersensor 185 ist dem Encoder 183 mit einem dazwischen liegenden Luftspalt zugewandt, um eine Änderung des Magnetfeldes zu erfassen, die bei der Drehung des Encoders 183 auftritt. Infolgedessen kann der Encodersensor 185 eine Drehzahl des Encoders 183, d. h. eine Drehzahl der Achse 102, erfassen.
Mindestens eine Leiterplatte (PCB) ist an einem Außenumfang des Stators 184 angebracht. Die Leiterplatte 186 ist elektrisch mit dem Stator 184 und dem Rotor 182 verbunden. Infolgedessen kann die Leiterplatte 186 einen Eingang (z. B. Strom) an den Stator 184 anlegen und einen Ausgang (z. B. Strom) vom Rotor 182 empfangen. Außerdem ist die Leiterplatte 186 elektrisch mit dem Encodersensor 185 verbunden, um ein Signal zu empfangen, das der vom Encodersensor 185 erfassten Drehgeschwindigkeit der Achse 102 entspricht.
Auf der Leiterplatte 186 ist eine Achssensoreinheit 160 mit einem Beschleunigungssensor 192 und einem Temperatursensor 194 montiert. Der Beschleunigungssensor 192 kann ein 3-Achsen-Beschleunigungssensor sein, der in der Lage ist, die Beschleunigungen der Achse 102 oder der Achsbaugruppe 100 in x-, y- und z-Richtung zu messen.
Der Temperatursensor 194 kann eine Temperatur der Achse 102 oder der Achsbaugruppe 100 messen.
Die Achsensensoreinheit 160 umfasst außerdem ein Leistungssteuerungssystem 197, eine Batterie 198 und eine drahtlose Kommunikationseinheit 199, die auf der Leiterplatte 186 montiert ist.
Das Leistungssteuerungssystem 197 kann die dem Stator 184 zugeführte Leistung und die Leistung des Rotors 182 steuern. Das heißt, das Leistungssteuerungssystem 197 kann den an den Stator 184 angelegten Strom steuern und den Strom vom Rotor 182 empfangen und die Batterie 198 laden. Außerdem versorgt das Leistungssteuerungssystem 197 die Batterie 198 mit Strom und versorgt den Encodersensor 185, den Beschleunigungssensor 192 und den Temperatursensor 194 mit Strom, damit die Sensoren 185, 192 und 194 die physikalische Größe der Achsbaugruppe 100 erfassen können.
Außerdem versorgt das Leistungssteuerungssystem 197 die drahtlose Kommunikationseinheit 199 mit Strom aus der Batterie 198, um eine drahtlose Kommunikation mit dem Steuerserver 200 oder der peripheren Achsbaugruppe 100 zu ermöglichen.
Die Batterie 198 kann mit dem vom Generator 180 erzeugten Strom geladen werden und die einzelnen Komponenten der Achsensensoreinheit 160 entsprechend der Steuerung durch das Leistungssteuerungssystem 197 mit Strom versorgen. Die Batterie 198 kann eine Sekundärbatterie sein, die aufgeladen und entladen werden kann.
Die drahtlose Kommunikationseinheit 199 wandelt die vom Encodersensor 185, dem Beschleunigungssensor 192 und dem Temperatursensor 194 erfassten physikalischen Größen in Signale um, für die eine drahtlose Kommunikation geeignet ist, und kommuniziert die umgewandelten Signale drahtlos mit dem Steuerserver 200 oder der peripheren Achsbaugruppe 100 über drahtlose Kommunikationsprotokolle wie Bluetooth, Zigbee, WiFi, LTE usw. Das von der drahtlosen Kommunikationseinheit 199 umgewandelte Signal wird über eine drahtlose Antenne 162 an den Steuerserver 200 oder die periphere Achsbaugruppe 100 übertragen. Außerdem kann das Signal von der peripheren Achsbaugruppe 100, dem Steuerserver 200 oder einem Getriebesensormodul 112 über die drahtlose Antenne 162 empfangen werden.
Ein verdrahteter Verbinder 163 kann zusätzlich in die Lagerabdeckung 150 eingebaut werden. Der verdrahtete Verbinder 163 ist elektrisch mit den Komponenten auf der Leiterplatte 186 verbunden, um externe Energie zuzuführen und Daten zu übertragen/zu empfangen, oder er ist verdrahtet mit dem Getriebesensormodul 112, das in der Achsbaugruppe 100 enthalten ist, verbunden, um die Energie an das Getriebesensormodul 112 zuzuführen oder das Signal an das Getriebesensormodul 112 zu übertragen/zu empfangen.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung kann der in der Lagerabdeckung 150 montierbare Generator 180 eine Leistung von etwa 10 W oder mehr erzeugen, wenn eine Abmessung der Lagerabdeckung 150 und eine durchschnittliche Drehzahl der Achse 102 berücksichtigt werden. Bei einer Leistung von 10 W werden die 3-Achsen-Beschleunigung (oder Vibration) (75.000 Daten) der Achsbaugruppe 100, die Temperatur (ein Datenwert) der Achsbaugruppe 100 und die Drehgeschwindigkeit (ein Datenwert) der Achse 102 mit einer Abtastrate von 25 KHz oder mehr pro Sekunde gemessen, um 75.002 Daten über die drahtlose Kommunikation zu übertragen. Um die Frequenzanalyse unter Verwendung der Vibration der Achsbaugruppe 100 durchzuführen, sollten die Daten mit einer Abtastrate von mindestens 10 KHz oder mehr, vorzugsweise 12,5 KHz, abgetastet werden, und gemäß eines Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung, da die Datenabtastung und die drahtlose Kommunikation bei einer Abtastrate von 25 KHz oder mehr durch die Verwendung einer Kapazität des Generators 180, der in der Lagerabdeckung 150 montierbar ist, ermöglicht werden, können ausreichende Daten für die Frequenzanalyse erhalten werden.
Ferner sind gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung der Generator 180 und die Achssensoreinheiten 160 einschließlich der Sensoren 185, 192 und 194 alle in der Lagerabdeckung 150 angeordnet, und der mit dem Rotor 182 des Generators 180 verbundene Verlängerungsabschnitt 132 ragt zur Außenseite der Lagerabdeckung 150. Dementsprechend ist die Abdeckbaugruppe 130 gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung in die Achse 102 einbaubar, wenn die Lagerabdeckung 150 mit dem Gehäuse 140 verbunden ist und der Verlängerungsabschnitt 132 mit der Achse 102 verbunden ist. Somit ist die Abdeckbaugruppe 130 gemäß eines Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung ohne eine besondere Änderung der bestehenden Achsbaugruppe des Schienenfahrzeugs einsetzbar.
Außerdem können die von einer Achsbaugruppe 100 erfassten Daten über die drahtlose Kommunikation an die andere Achsbaugruppe 100 in der Nähe des Steuerservers 200 übertragen werden. Bei einer solchen Anordnung kann die Achsbaugruppe 100, die dem Steuerserver 200 am nächsten liegt, alle Daten für jede Achsbaugruppe 100 über die drahtlose Kommunikation an den Steuerserver 200 übertragen. Dementsprechend kann der Stromverbrauch für die drahtlose Kommunikation reduziert und die Kapazität des Generators 180 verringert werden.
Da die Daten über die drahtlose Kommunikationsanordnung übertragen werden, kann ein Kabelbaum zweckmäßig sein.
7 ist eine schematische Draufsicht auf eine Abdeckbaugruppe gemäß eines anderen Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung, und 8 zeigt einen Teil eines Querschnitts entlang der Linie A-A von 7.
Wie in den 7 und 8 dargestellt, kann die Abdeckbaugruppe 130 gemäß eines anderen Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung einen Generator 180 und eine Achssensoreinheit 160 umfassen, und die Achssensoreinheit 160 kann an einem Stator 184 des Generators 180 über einen Halter 300 befestigt werden.
In einem Beispiel kann der Halter 300 eine ringförmige Form haben, die den Generator 180 umgibt. In diesem Fall kann der Halter 300 auf dem Stator 184 montiert werden. In dem anderen Beispiel kann der Halter 300 eine ringförmige Form haben, die die Achse 102 umgibt, und kann an einer Seite des Generators 180 angeordnet sein. In diesem Fall kann der Halter 300 an einer Seite des Stators 184 angebracht werden.
Der Halter 300 umfasst einen ersten und einen zweiten Halter 302 und 304, die abnehmbar miteinander verbunden sind.
Der erste Halter 302, der die Form einer ringförmigen Scheibe hat, umfasst eine äußere und eine innere Umfangsfläche.
Da ein Außendurchmesser des ersten Halters 302 kleiner ist als ein Innendurchmesser des Gehäuses 140, kann die Achssensoreinheit 160 in dem Gehäuse 140 montiert werden, und wenn der Innendurchmesser des ersten Halters 302 größer ist als der Außendurchmesser des Generators 180 oder der Achse 102, kann der erste Halter 302 den Generator 180 oder die Achse 102 umgeben.
Im ersten Halter 302 sind erste und zweite Vorsprünge 314 und 316 ausgebildet, die in radialer Richtung voneinander beabstandet sind, und jeder der ersten und zweiten Vorsprünge 314 und 316 ist in axialer Richtung zu einer Seite hin vorstehend. Zwischen dem ersten und zweiten Vorsprung 314 und 316 befindet sich eine Leiterplatte 186.
Der zweite Halter 304 hat die Form einer ringförmigen Scheibe und eine Größe, die dem ersten und zweiten Vorsprung 314 und 316 entspricht. Nachdem die Leiterplatte 186 zwischen den ersten und zweiten Vorsprüngen 314 und 316 angeordnet ist, wird der zweite Halter 304 mit den ersten und zweiten Vorsprüngen 314 und 316 verbunden, um die Leiterplatte 186 auf dem Halter 300 zu befestigen.
Der Halter 300 kann elektrisch mit dem Generator 180 und der Achsensensoreinheit 160 verbunden sein. Beispielsweise kann der Halter 300 einen ersten Verbinder, der elektrisch mit dem Generator 180 verbunden ist, einen zweiten Verbinder, der elektrisch mit der Leiterplatte 186 verbunden ist, und einen internen Draht, der den ersten Verbinderund den zweiten Verbinder elektrisch verbindet, umfassen. Dementsprechend kann, wenn die Leiterplatte 186 auf dem Halter 300 montiert ist, ein Verbinderstift der Leiterplatte 186 mit dem zweiten Verbinder des Halters 300 verbunden werden, wodurch eine elektrische Verbindung zwischen dem Halter 300 und der Leiterplatte 186 hergestellt werden kann. Wenn der mit der Leiterplatte 186 bestückte Halter 300 am Außenumfang des Generators 180 montiert ist, kann der Verbinderstift des Generators 180 mit dem ersten Verbinder des Halters 300 verbunden werden, wodurch die elektrische Verbindung zwischen der Leiterplatte 186 und dem Generator 180 hergestellt werden kann.
Alternativ können der Generator 180 und die Achsensensoreinheit 160 drahtlos verbunden werden.
Der Halter 300 schützt die Achsensensoreinheit 160 einschließlich der Leiterplatte 186 vor äußeren Einflüssen. Das heißt, dass die Leiterplatte 186 in Form einer dünnen Platte durch den Halter 300 auf dem Generator 180 montiert ist, um die Leiterplatte 186 und die darauf montierte Achssensoreinheit 160 vor äußeren Einflüssen zu schützen. Der Halter 300 kann außerdem eine Schutzschicht 310 enthalten, die auf der Leiterplatte 186 angebracht ist, um die Leiterplatte 186 weiter zu schützen. Nachdem die Leiterplatte 186 auf dem Halter 300 montiert ist, kann die Schutzschicht 310 auf der Leiterplatte 186 durch Silikon oder Epoxid gebildet werden.
In einem Beispiel kann vor der Montage der Leiterplatte 186 auf dem Halter 300 die Schutzschicht 310 durch Silikon oder Epoxid auf dem Halter 300 gebildet werden, und die Leiterplatte 186 kann ebenfalls darauf montiert werden.
In einem Beispiel können der erste Halter 302 und der zweite Halter 304 miteinander verschraubt werden. Zu diesem Zweck können die Schraubenlöcher 306 und 308 an Stellen angebracht werden, die dem ersten und zweiten Vorsprung 314 und 316 bzw. dem zweiten Halter 304 entsprechen. In dieser Beschreibung ist beispielhaft dargestellt, dass der erste und der zweite Halter 302 und 304 schraubgekoppelt sind, aber die Kopplung des ersten und des zweiten Halters 302 und 304 ist nicht darauf beschränkt. Es können verschiedene Kopplungsanordnungen angewandt werden, die in der Lage sind, den ersten und zweiten Halter 302 und 304 lösbar miteinander zu verbinden. Der erste und zweite Halter 302 und 304 sind lösbar miteinander verbunden, so dass bei einem Defekt der Achssensoreinheit 160 diese leicht ausgetauscht werden kann.
Um den Austausch fehlerhafter Komponenten der Achsensensoreinheit 160 weiter zu erleichtern, kann die Leiterplatte 186 in zwei oder mehr Funktionsmodule unterteilt und auf dem Halter 300 montiert werden, wie in 9 und 10 dargestellt.
9 ist eine schematische Draufsicht auf eine Abdeckbaugruppe gemäß eines weiteren Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung, und 10 zeigt einen Teil eines Querschnitts entlang der Linie B-B von 9.
Wie in 9 beispielhaft dargestellt, kann die Leiterplatte 186 in vier Funktionsmodule unterteilt sein, z.B. ein drahtloses Kommunikationsmodul 186a, ein Leistungsmodul 186b, ein Betriebsmodul 186c und ein Sensormodul 186d.
Das drahtlose Kommunikationsmodul 186a kann eine drahtlose Kommunikationseinheit 199 und eine diese unterstützende Schaltung umfassen, das Leistungsmodul 186b kann ein Leistungssteuerungssystem 197, eine Batterie 198 und eine diese unterstützende Schaltung umfassen, das Betriebsmodul 186c kann eine das drahtlose Kommunikationsmodul 186a, das Leistungsmodul 186b und das Sensormodul 186d unterstützende Schaltung umfassen, und das Sensormodul 186d kann einen Encodersensor 185, einen Beschleunigungssensor 192, einen Temperatursensor 194 und eine diese unterstützende Schaltung umfassen.
Wie in 10 dargestellt, umfasst der Halter 300 ferner mindestens zwei Speichen 313, die den ersten und den zweiten Vorsprung 314 und 316 miteinander verbinden und die jeweiligen Funktionsmodule 186a, 186b, 186c und 186d unterteilen und Zwischenräume bilden, an denen die jeweiligen Funktionsmodule 186a, 186b, 186c und 186d angebracht werden können, um die jeweiligen Funktionsmodule 186a, 186b, 186c und 186d leicht vom Halter 300 zu trennen.
In 9 sind vier Funktionsmodule 186a, 186b, 186c und 186d sowie vier Speichen 313 dargestellt, aber die Anzahl der Funktionsmodule und die Anzahl der Speichen sind nicht auf vier beschränkt. Wenn zum Beispiel zwei Funktionsmodule vorhanden sind, kann die Anzahl der Speichen 313 zwei betragen.
Darüber hinaus kann ein Fülldamm 312 zwischen der Schutzschicht 310 und dem Halter 300 (z. B. einer Peripherie des zweiten Halters 304 und der Speiche 313) angeordnet sein, um jedes der Funktionsmodule 186a, 186b, 186c und 186d leicht vom Halter 300 zu trennen. Der Fülldamm 312 verbindet die Schutzschicht 310 und den Halter 300, so dass die Schutzschicht 310 (die an jedem Funktionsmodul befestigt ist) leicht vom Halter 300 getrennt werden kann. Wenn der zweite Halter 304 vom ersten Halter 302 getrennt wird, werden die Schutzschicht 310 und die einzelnen Funktionsmodule 186a, 186b, 186c und 186d am zweiten Halter 304 befestigt. Wenn der Fülldamm 312, der die Schutzschicht 310 umgibt, an der das zu ersetzende Funktionsmodul befestigt ist, aus dem zweiten Halter 304 entfernt wird, können die zu ersetzende Funktion und die am Funktionsmodul befestigte Schutzschicht 310 vom zweiten Halter 304 getrennt werden. Danach wird ein neues Funktionsmodul auf dem ersten Halter 302 angeordnet und der zweite Halter 304 mit dem ersten Halter 302 verbunden. Danach wird der Fülldamm 312 an der Peripherie des zweiten Halters 300 und der Speiche 313 befestigt und die Schutzschicht 310 auf dem Funktionsmodul gebildet, um das Funktionsmodul zu ersetzen. Dementsprechend kann das Funktionsmodul leicht ausgetauscht werden. Da nur das fehlerhafte Funktionsmodul ausgetauscht wird, können außerdem die Wartungskosten gesenkt werden.
Wie bereits erwähnt, kann der Halter 300 ein elektrisches Verbindungsmittel zur elektrischen Verbindung der einzelnen Funktionsmodule 186a, 186b, 186c und 186d der Leiterplatte 186 und des Generators 180 umfassen. In einem Beispiel kann das elektrische Verbindungsmittel ein Verbinder und der Verbinderstift sein.
Nachfolgend wird unter Bezugnahme auf die 11 und 12 ein Montageverfahren der Achsbaugruppe 100 gemäß eines Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung beschrieben.
11 ist eine Querschnittsansicht, die einige Komponenten einer Achsbaugruppe gemäß eines Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung zeigt, und 12 ist eine Querschnittsansicht, die einige Komponenten einer Achsbaugruppe gemäß eines anderen Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung zeigt.
Die in 11 dargestellte Achsbaugruppe 100 umfasst ferner ein Achsgehäuse 320, einen Fahrzeuggeschwindigkeitssensor 330, einen Verbindungsadapter 340 und ein Geschwindigkeitssensorgehäuse 350.
Zunächst wird der Verlängerungsabschnitt 132 mit der Achse 102 verbunden. Das heißt, der Verlängerungsabschnitt 132 ist an einem Ende der Achse 102 angeordnet, und die Achse 102 und der Verlängerungsabschnitt 132 sind durch ein Kopplungsmittel wie einen Bolzen 134 usw. gekoppelt. An einer bestimmten Stelle des Verlängerungsabschnitts 132 kann eine Keilnut 135 ausgebildet sein.
Danach werden der Generator 180 und die Achsensensoreinheit 160, die über den Halter 300 miteinander verbunden sind, mit dem Achsgehäuse 320 gekoppelt. Dabei sind der Generator 180 und die Achsensensoreinheit 160 in der Lagerabdeckung 150 angeordnet, und die Lagerabdeckung 150 ist mit dem Halter 300 verbunden. Das Achsgehäuse 320 hat eine im Wesentlichen zylindrische Form, und der Generator 180 und die Achssensoreinheit 160 sind an einer inneren Umfangsfläche des Achsgehäuses 320 angebracht. Der Verbindungsadapter 340 dient zur Verbindung des Halters 300, der den Generator 180 und die Achssensoreinheit 160 mit dem Achsgehäuse 320 verbindet. Zu diesem Zweck umfasst der Verbindungsadapter 340 einen zylindrischen Teil 342 und einen Scheibenteil 344. Der zylindrische Abschnitt 342 kann mit der inneren Umfangsfläche des Achsgehäuses 320 durch die Kupplungsmittel wie den Bolzen 346 usw. gekoppelt werden, und der Scheibenteil 344 kann mit dem Halter 300 durch die Kupplungsmittel 346 usw. gekoppelt werden. Infolgedessen ist die Achsensensoreinheit 160 durch den Halter 300 mit dem Generator 180 gekoppelt und der Scheibenteil 344 des Verbindungsadapters 340 ist mit dem Halter 300 gekoppelt. Danach wird der zylindrische Teil 342 des Verbindungsadapters 340 mit der inneren Umfangsfläche des Achsgehäuses 320 verbunden.
Nachdem der Generator 180 und die Achssensoreinheit 160 mit dem Achsgehäuse 320 gekoppelt sind, wird das Achsgehäuse 320 an der inneren Umfangsfläche des Gehäuses 140 montiert. Das Achsgehäuse 320 kann an das Gehäuse 140 gepresst oder mit dem Gehäuse 140 durch ein Kupplungsmittel, wie z. B. einen Bolzen, verbunden werden. Beim Anpressen des Achsgehäuses 320 an das Gehäuse 140 wird der Generator 180 mit dem Verlängerungsabschnitt 132 funktionsfähig verbunden. Zu diesem Zweck ist die Keilnut 136 an der inneren Umfangsfläche des Rotors 182 des Generators 180 ausgebildet, und die Keilnut 136 des Rotors 182 ist mit der Keilnut 135 des Verlängerungsabschnitts 132 keilgekoppelt. Wenn die Achse 102 und/oder der Verlängerungsabschnitt 132 rotiert, rotiert folglich auch der Rotor 182 mit. Außerdem bildet die Lagerabdeckung 150 einen vorbestimmten Spalt zur äußeren Umfangsfläche eines Endabschnitts des Verlängerungsabschnitts 132. Ein Ende des Verlängerungsabschnitts 132 dringt in die Lagerabdeckung 150 ein, ohne sich mit der Lagerabdeckung 150 zu drehen.
Danach wird an einem Ende des Verlängerungsabschnitts 132 eine Geschwindigkeitsplatte 330 angebracht. An der äußeren Umfangsfläche der Geschwindigkeitsplatte 330 sind in gleichmäßigen Abständen Geschwindigkeitszähne 332 ausgebildet, und die Geschwindigkeitszähne 332 können eine Stromänderung erzeugen, die proportional zu einer Rotationsgeschwindigkeit in einem Geschwindigkeitssensor (nicht dargestellt) ist. Die Geschwindigkeitsplatte 330 ist ohne Rotationsbeeinträchtigung der Lagerabdeckung 150 angeordnet und mit dem Verlängerungsabschnitt 132 durch die Kupplungsmittel wie den Bolzen 334 usw. gekoppelt.
Dementsprechend ist die Geschwindigkeitsplatte 330 zusammen mit dem Verlängerungsabschnitt 132 drehbar.
Schließlich ist an einem Ende des Achsgehäuses 320 ein Geschwindigkeitssensorgehäuse 350 angebracht.
Die in 12 dargestellte Achsbaugruppe 100 umfasst ferner das Achsgehäuse 320, den Bodenrotor 172 und den Verbindungsadapter 340.
Zunächst wird der Verlängerungsabschnitt 132 mit der Achse 102 verbunden. Das heißt, der Verlängerungsabschnitt 132 ist an einem Ende der Achse 102 angeordnet, und die Achse 102 und der Verlängerungsabschnitt 132 sind durch ein Kopplungsmittel wie einen Bolzen 134 usw. gekoppelt. An einer bestimmten Stelle des Verlängerungsabschnitts 132 kann eine Keilnut 135 ausgebildet sein.
Der Generator 180 und die Achsensensoreinheit 160, die über den Halter 300 miteinander verbunden sind, sind mit dem Achsgehäuse 320 gekoppelt. Das Achsgehäuse 320 hat eine im Wesentlichen zylindrische Form, und der Generator 180 und die Achssensoreinheit 160 sind an einer inneren Umfangsfläche des Achsgehäuses 320 angebracht. Der Verbindungsadapter 340 dient zur Verbindung des Halters 300, der den Generator 180 und die Achssensoreinheit 160 mit dem Achsgehäuse 320 verbindet. Zu diesem Zweck umfasst der Verbindungsadapter 340 einen zylindrischen Teil 342 und einen Scheibenteil 344. Der zylindrische Abschnitt 342 kann mit der inneren Umfangsfläche des Achsgehäuses 320 durch die Kupplungsmittel wie den Bolzen 346 usw. gekoppelt werden, und der Scheibenteil 344 kann mit dem Halter 300 durch die Kupplungsmittel 346 usw. gekoppelt werden. Infolgedessen ist die Achsensensoreinheit 160 durch den Halter 300 mit dem Generator 180 gekoppelt und der Scheibenteil 344 des Verbindungsadapters 340 ist mit dem Halter 300 gekoppelt. Danach wird der zylindrische Teil 342 des Verbindungsadapters 340 mit der inneren Umfangsfläche des Achsgehäuses 320 verbunden.
Nachdem der Generator 180 und die Achssensoreinheit 160 mit dem Achsgehäuse 320 gekoppelt sind, wird das Achsgehäuse 320 an der inneren Umfangsfläche des Gehäuses 130 montiert. Das Achsgehäuse 320 kann an das Gehäuse 140 gepresst oder mit dem Gehäuse 140 durch ein Kupplungsmittel, wie z. B. einen Bolzen, verbunden werden. Beim Anpressen des Achsgehäuses 320 an das Gehäuse 140 wird der Generator 180 mit dem Verlängerungsabschnitt 132 funktionsfähig verbunden. Zu diesem Zweck ist die Keilnut 136 an der inneren Umfangsfläche des Rotors 182 des Generators 180 ausgebildet, und die Keilnut 136 des Rotors 182 ist mit der Keilnut 135 des Verlängerungsabschnitts 132 keilgekoppelt.
Wenn die Achse 102 und/oder der Verlängerungsabschnitt 132 rotiert, rotiert folglich auch der Rotor 182 mit.
Außerdem bildet die Lagerabdeckung 150 einen vorbestimmten Spalt zur äußeren Umfangsfläche eines Endabschnitts des Verlängerungsabschnitts 132. Ein Ende des Verlängerungsabschnitts 132 dringt in die Lagerabdeckung 150 ein, ohne sich mit der Lagerabdeckung 150 zu drehen.
Der Bodenrotor 172 wird über die darin installierte Bürste zum Achsgehäuse 320 geführt. Der Bodenrotor 172 ist an dem Verlängerungsabschnitt 132 durch ein Kopplungsmittel wie einen Bolzen 174 usw. befestigt. Dementsprechend ist der Bodenrotor 172 zusammen mit dem Verlängerungsabschnitt 132 drehbar.
Zuletzt wird die Bodenabdeckung 170 an einem Ende des Achsgehäuses 320 montiert.
Obwohl diese Erfindung im Zusammenhang mit den derzeit als praktisch angesehenen Ausführungsbeispielen beschrieben wurde, ist die Erfindung nicht auf die offengelegten Ausführungsbeispiele beschränkt. Vielmehr soll sie verschiedene Modifikationen und gleichwertige Anordnungen abdecken, die in den Geist und den Anwendungsbereich der beigefügten Ansprüche fallen.

Claims

Abdeckbaugruppe, die in einer Achsbaugruppe installiert ist, die eine Achse, die sich unter Verwendung einer von einer Kraftquelle übertragenen Kraft dreht, ein Gehäuse, das einen Endabschnitt der Achse umgibt, und ein Lager aufweist, das zwischen dem einen Endabschnitt der Achse und dem Gehäuse angeordnet ist, um die Achse drehbar an dem Gehäuse zu lagern, wobei die Abdeckbaugruppe Folgendes umfasst: eine Lagerabdeckung mit einem darin befindlichen Raum; einen Generator mit einem Rotor, der funktionell mit der Achse verbunden ist und zusammen mit der Achse rotiert, und einem Stator, der den Rotor in einer radialen Richtung umgibt, während er einen vorbestimmten Abstand von dem Rotor in der radialen Richtung beibehält; eine Leiterplatte (PCB), die elektrisch mit dem Generator verbunden ist, einen Eingang an den Stator anlegt und einen Ausgang vom Rotor empfängt; mindestens einen Sensor, der auf der Leiterplatte angebracht ist und mindestens eine physikalische Größe der Achsbaugruppe erfasst; und eine drahtlose Antenne, die an der Lagerabdeckung angebracht ist und in der Lage ist, drahtlos Daten zu übertragen, die mindestens einer physikalischen Größe entsprechen, die von dem mindestens einen Sensor erfasst wird, wobei der Generator, die Leiterplatte und mindestens ein Sensor in einem durch eine Lagerabdeckung gebildeten Raum angeordnet sind.
Die Abdeckbaugruppe nach Anspruch 1, wobei: ein Encoder, der sich mit dem Rotor dreht, auf dem Rotor montiert ist und ein Encodersensor, der die Drehung des Encoders erfasst, am Stator montiert ist.
Die Abdeckbaugruppe nach Anspruch 1, wobei: der mindestens eine Sensor einen Beschleunigungssensor, der die Beschleunigung der Achsbaugruppe misst, und einen Temperatursensor, der die Temperatur der Achsbaugruppe misst, umfasst.
Die Abdeckbaugruppe nach Anspruch 1, ferner umfassend: ein Leistungssteuerungssystem, das auf der Leiterplatte montiert ist und den an den Stator angelegten Eingang und den Ausgang des Rotors steuert; eine auf der Leiterplatte montierte Batterie, die die Leistung des Rotors aufnimmt und durch das Leistungssteuerungssystem geladen wird; und ein drahtloses Kommunikationsmodul, das auf der Leiterplatte montiert ist und den Datenaustausch durch drahtlose Kommunikation ermöglicht.
Die Abdeckbaugruppe nach Anspruch 1, ferner umfassend: eine Bodenabdeckung, die auf einer Seite der Lagerabdeckung angebracht ist; und einen Bodenrotor, der mit einem Ende der Achse verbunden ist und sich zusammen mit der Achse dreht, und der in die Bodenabdeckung hineinragt, indem er die Lagerabdeckung durchdringt.
Die Abdeckbaugruppe nach Anspruch 1, wobei: der Rotor und der Stator so konfiguriert sind, dass sie eine Leistung von 10 W oder mehr erzeugen.
Die Abdeckbaugruppe nach Anspruch 1, wobei: der mindestens eine Sensor so konfiguriert ist, dass er mindestens eine physikalische Größe der Achsbaugruppe mit einer Abtastrate von 10 KHz oder mehr erfasst.
Die Abdeckbaugruppe nach Anspruch 1, ferner umfassend: einen Halter, der auf dem Stator montiert ist und die Leiterplatte elektrisch mit dem Generator verbindet, wobei die Leiterplatte auf dem Halter montiert ist.
Die Abdeckbaugruppe nach Anspruch 8, wobei: der Halter einen ersten und einen zweiten Halter umfasst, die lösbar miteinander verbunden sind, und die Leiterplatte zwischen dem ersten und dem zweiten Halter angeordnet ist und durch Kopplung des ersten und des zweiten Halters an dem Halter befestigt ist.
Die Abdeckbaugruppe nach Anspruch 9, wobei: der erste Halter einen ersten und einen zweiten Vorsprung aufweist, die in radialer Richtung voneinander beabstandet sind und in axialer Richtung jeweils zu einer Seite hin vorstehen, die Leiterplatte zwischen dem ersten und dem zweiten Vorsprung angeordnet ist, und der zweite Halter mit dem ersten und zweiten Vorsprung gekuppelt ist.
Die Abdeckbaugruppe nach Anspruch 8, wobei: die Leiterplatte abnehmbar an dem Halter befestigt ist.
Die Abdeckbaugruppe nach Anspruch 8, ferner umfassend: eine auf der Leiterplatte angebrachte Schutzschicht.
Die Abdeckbaugruppe nach Anspruch 12, wobei: die Leiterplatte in zwei oder mehr Funktionsmodule unterteilt und abnehmbar auf dem Halter befestigt ist.
Die Abdeckbaugruppe nach Anspruch 10, wobei: der Halter außerdem mindestens zwei Speichen aufweist, die den ersten und den zweiten Vorsprung miteinander verbinden, und die Leiterplatte in zwei oder mehr Funktionsmodule unterteilt und abnehmbar auf einem durch den ersten und zweiten Vorsprung und Speichen gebildeten Raum montiert ist.
Die Abdeckbaugruppe nach Anspruch 14, ferner umfassend: eine auf der Leiterplatte angebrachte Schutzschicht, wobei ein Fülldamm zwischen der Schutzschicht und einer Peripherie und einer Speiche des zweiten Halters angeordnet ist.
Eine Achsbaugruppe, umfassend: eine Abdeckbaugruppe nach Anspruch 1; einen Halter, der auf einem Stator montiert ist und eine Leiterplatte elektrisch mit dem Generator verbindet; einen Verlängerungsabschnitt, der funktionsfähig mit einem Endabschnitt einer Achse verbunden ist und sich in einer axialen Richtung erstreckt; eine Lagerabdeckung, die mit dem Halter verbunden ist und in dem der Generator und die Leiterplatte angeordnet sind; ein Achsgehäuse, das an einer inneren Umfangsfläche eines Endabschnitts eines Gehäuses angebracht ist; und einen Verbindungsadapter zur Montage des Halters am Achsgehäuse, wobei die Leiterplatte auf dem Halter montiert ist, und der Verlängerungsabschnitt und ein Rotor des Generators über eine Keilnut gekoppelt sind.
Die Achsbaugruppe nach Anspruch 16, wobei: ein Ende des Verlängerungsabschnitts eine Lagerabdeckung durchdringt, ohne in die Lagerabdeckung einzugreifen, und die Achsbaugruppe außerdem umfasst: eine an einem Ende des Verlängerungsabschnitts angebrachte Geschwindigkeitsplatte und ein an einem Ende des Achsgehäuses angebrachtes Geschwindigkeitssensorgehäuse.
Die Achsbaugruppe nach Anspruch 16, wobei: ein Ende des Verlängerungsabschnitts eine Lagerabdeckung durchdringt, ohne in die Lagerabdeckung einzugreifen, und die Achsbaugruppe außerdem umfasst: einen Bodenrotor, der an einem Ende des Verlängerungsabschnitts angebracht ist, und eine Bodenabdeckung, die an einem Ende des Achsgehäuses angebracht ist.
Die Achsbaugruppe nach Anspruch 16, ferner umfassend: ein Getriebe, das die Rotationsgeschwindigkeit der Leistung einer Leistungsquelle über eine Vielzahl von Zahnrädern ändert und die Leistung, deren Drehzahl geändert wird, auf die Achse überträgt; ein Getriebesensormodul, das so konfiguriert ist, dass es mindestens eine der folgenden Größen erfasst: Beschleunigungen, Drehgeschwindigkeiten und Temperaturen der Vielzahl von Zahnrädern; und einen verdrahteten Verbinder, der auf der Lagerabdeckung montiert und mit der Leiterplatte verbunden ist, um die Stromversorgung zu gewährleisten.
Die Achsbaugruppe nach Anspruch 19, wobei: ein Messwert des Getriebesensormoduls drahtlos über die drahtlose Antenne oder kabelgebunden über den verdrahteten Verbinder an die Leiterplatte übertragen wird.