RU2185980C1

RU2185980C1 - Railway car power supply generator

Info

Publication number: RU2185980C1
Application number: RU2001118956/28A
Authority: RU
Inventors: К.К. Ким; А.А. Ермолаев
Original assignee: Петербургский государственный университет путей сообщения
Priority date: 2001-07-06
Filing date: 2001-07-06
Publication date: 2002-07-27

Abstract

FIELD: railway transport; electrical engineering. SUBSTANCE: proposed power supply generator has ferromagnetic stator in slots of which winding is placed connected through semiconductor converter and electric accumulator with vehicle electric circuit, and field system in form of alternating polarity similar permanent magnets. Stator is made in form of ferromagnetic plate with milled slots rigidly secured in inner port of bogie side. Field system is plate arranged in parallel with stator ferromagnetic plate and rigidly secured on under-spring beam in mating with ferromagnetic plate of stator. Sizes of cross-section of field system permanent magnet pole are equal to cross sizes of winding turn of ferromagnetic stator. EFFECT: reduced cross sizes of car. 2 cl, 3 dwg

Description

Данное устройство относится к области электротехники, а более конкретно к генераторам электроснабжения железнодорожных вагонов подвижного состава. This device relates to the field of electrical engineering, and more specifically to generators of power supply for railway cars of rolling stock.

Известны устройства - подвагонные генераторы электрического тока с приводом от торца шейки оси колесной пары вагона. К этим генераторам относится подвагонный генератор с редукторно-карданным приводом закрытого типа (Доценко В. Е. Электрическое оборудование и освещение вагонов.- М.: Транспорт, 1964, с.23, рис.17), к примеру типа РК. Known devices - subcar electric current generators driven by the end of the neck axis of the wheelset of the car. These generators include a subcar generator with a closed-type gear-driveshaft drive (V. Dotsenko. Electrical equipment and car lighting. - M.: Transport, 1964, p.23, Fig. 17), for example, RK type.

В подвагонных генераторах с приводом закрытого типа вращение от торца шейки оси колесной пары к валу ротора генератора передается через конический редуктор и карданный вал. Редуктор передает вращательный момент под углом 90^o к оси колесной пары и крепится жестко через промежуточное кольцо к корпусу буксы, а карданный вал снабжен для присоединения к редуктору и генератору упругими резинометаллическими шарнирами на своих концах.In gated generators with a closed drive, the rotation from the end of the neck of the axle of the wheel pair to the shaft of the rotor of the generator is transmitted through a bevel gear and cardan shaft. The gearbox transmits torque at an angle of 90 ^o to the axis of the wheelset and is fixed rigidly through an intermediate ring to the axle box body, and the cardan shaft is equipped with elastic rubber-metal joints at its ends for connecting to the gearbox and generator.

Наличие механического редуктора и карданной передачи обуславливает относительно низкую надежность всего генератора. The presence of a mechanical gearbox and cardan drive causes a relatively low reliability of the entire generator.

Этого недостатка лишен асинхронный трехфазный подвагонный генератор переменного тока, выбранный в качестве прототипа (патент RU 2094269 С1. Подвагонный генератор для электроснабжения пассажирских вагонов /Гулин С.А., Вейтцель 0.0. - Бюл. 30, -1997). Генератор состоит из ферромагнитного статора, в пазах которого уложена электрическая обмотка, и ротора, снабженного системой возбуждения в виде набора одинаковых постоянных магнитов. Статорная обмотка электрически соединена с полупроводниковым преобразователем. Статор с помощью промежуточного фланца и крепежных элементов прикрепляется к торцу корпуса буксы, а ротор жестко связан с приводной осью колесной пары. Вся конструкция помещена в герметичный железный корпус. Как видно, использование данного генератора ведет к увеличению поперечного габаритного размера вагона, что составляет основной недостаток данного генератора. This drawback is deprived of an asynchronous three-phase subcar car alternator selected as a prototype (patent RU 2094269 C1. Sub car generator for power supply of passenger cars / Gulin S. A., Weitzel 0.0. - Bull. 30, -1997). The generator consists of a ferromagnetic stator, in the grooves of which an electric winding is laid, and a rotor equipped with an excitation system in the form of a set of identical permanent magnets. The stator winding is electrically connected to a semiconductor converter. The stator with the help of an intermediate flange and fasteners is attached to the end of the axle box body, and the rotor is rigidly connected to the drive axle of the wheelset. The whole structure is placed in a sealed iron case. As you can see, the use of this generator leads to an increase in the transverse overall size of the car, which is the main disadvantage of this generator.

Перед авторами стояла задача уменьшения поперечного габаритного размера вагона за счет расположения генератора под днищем вагона. The authors were faced with the task of reducing the transverse overall dimension of the car due to the location of the generator under the bottom of the car.

Технический результат достигается тем, что в генераторе электроснабжения железнодорожного вагона, содержащем ферромагнитный статор, в пазах которого расположена обмотка, соединенная через полупроводниковый преобразователь и электрический накопитель с бортовой электрической цепью, систему возбуждения, представляющую собой набор одинаковых постоянных магнитов с чередующейся полярностью, статор выполнен в виде ферромагнитной пластины с выфрезерованными пазами, жестко закрепленной во внутреннем окне боковины тележки, а система возбуждения представляет собой пластину, расположенную параллельно ферромагнитной пластине статора, и жестко закрепленную на подрессорной балке ответно ферромагнитной пластине статора, размеры поперечного сечения полюса постоянного магнита системы возбуждения равны поперечным размерам витка электрической обмотки ферромагнитного статора. The technical result is achieved by the fact that in the power supply generator of a railway carriage containing a ferromagnetic stator, in the grooves of which is a winding connected through a semiconductor converter and an electrical storage device with an onboard electrical circuit, an excitation system, which is a set of identical permanent magnets with alternating polarity, is made in in the form of a ferromagnetic plate with milled grooves, rigidly fixed in the inner window of the sidewall of the trolley, and the excitation system REPRESENTATIONS is a plate disposed parallel to the ferromagnetic stator plate and is rigidly secured to the beam responsively podressornoy ferromagnetic plate stator pole cross-sectional dimensions of the permanent magnet field system coil of transverse dimensions equal to the electric winding of the ferromagnetic stator.

Генератор электроснабжения железнодорожного вагона поясняется чертежами, где на фиг. 1 показана конструктивная схема генератора; на фиг.2 - система возбуждения из постоянных магнитов и обмотка статора, выполненная по петлевой схеме; на фиг.3 - система возбуждения из постоянных магнитов и обмотка статора, выполненная по волновой схеме. The power supply generator of the railway car is illustrated by drawings, where in FIG. 1 shows a structural diagram of a generator; figure 2 - the excitation system of permanent magnets and the stator winding, made according to the loop scheme; figure 3 - system of excitation from permanent magnets and the stator winding, made according to the wave circuit.

Ферромагнитный статор 1 (фиг.1) жестко закреплен во внутреннем окне боковины 2 коробчатой конструкции. В боковине 2 закреплены подшипниковые узлы 3 колес 4. Статор 1 представляет пластину, в которой выфрезерованы пазы. В пазах уложена электрическая обмотка 5 (может быть выполнена по петлевой или волновой схеме), которая соединена через преобразовательный блок 6 и накопитель 7 с бортовой электрической цепью вагона. Система возбуждения, представляющая собой набор одинаковых постоянных магнитов 8 чередующейся полярности, жестко закрепленные на подрессорной балке 9. Балка 9 подпружинена с помощью рессор 10. The ferromagnetic stator 1 (figure 1) is rigidly fixed in the inner window of the sidewall 2 of the box-shaped structure. Bearing assemblies 3 of the wheels 4 are fixed in the sidewall 2. The stator 1 is a plate in which grooves are milled. An electric winding 5 is laid in the grooves (it can be made according to a loop or wave circuit), which is connected through the converter unit 6 and the drive 7 to the on-board electrical circuit of the car. The excitation system, which is a set of identical permanent magnets 8 of alternating polarity, is rigidly fixed to the sprung beam 9. The beam 9 is spring loaded with springs 10.

Размеры (а•b) поперечного сечения полюса постоянного магнита 11 (фиг.2) равны размерам (T•L) витка обмотки 12,
а=Т, b=L.The dimensions (a • b) of the cross section of the pole of the permanent magnet 11 (figure 2) are equal to the dimensions (T • L) of the coil of the winding 12,
a = T, b = L.

На фиг. 3 показан случай волнового исполнения, здесь позицией 13 обозначен постоянный магнит, а позицией 14 - виток обмотки. In FIG. Figure 3 shows the case of wave execution, here the position 13 denotes a permanent magnet, and the position 14 - coil winding.

Работа заявляемого генератора электроснабжения происходит следующим образом. При движении вагона из-за неровностей путевого полотна, стыков рельсов колеса 4 получают вертикальные ускорения, которые через подшипниковые узлы 3 передаются на боковину 2, в результате чего последняя совершает вертикальные колебания относительно подрессорной балки 9, которая подпружинена рессорами 10. Вертикальные колебания совершают постоянные магниты 8 системы возбуждения относительно витков электрической обмотки 5, расположенной в пазах ферромагнитного статора 1. The operation of the inventive power generator is as follows. When the car moves due to irregularities of the track, the joints of the rails of the wheel 4 receive vertical accelerations, which are transmitted through the bearing assemblies 3 to the sidewall 2, as a result of which the latter performs vertical vibrations relative to the sprung beam 9, which is spring-loaded with springs 10. Vertical vibrations are made by permanent magnets 8 of the excitation system relative to the turns of the electric winding 5 located in the grooves of the ferromagnetic stator 1.

В результате этого вертикального движения происходит изменение магнитного потока (Φ) постоянного магнита 8, сцепляющегося с витком обмотки 5. Согласно закону Фарадея в витке обмотки 5 наводится ЭДС
E = -dΦ/dz
и по обмотке начинает протекать электрический ток, который выпрямляется преобразовательным блоком 6 и поступает либо в накопитель 7, либо в бортовую электрическую цепь.As a result of this vertical movement, a change in the magnetic flux (Φ) of the permanent magnet 8 engages with the coil of the winding 5. According to the Faraday law, an EMF is induced in the coil of the winding 5
E = -dΦ / dz
and an electric current begins to flow through the winding, which is rectified by the converter unit 6 and enters either the drive 7 or the on-board electrical circuit.

Из-за того что магнитный поток, созданный индуцированным током в витке обмотки 5, направлен навстречу магнитному потоку постоянного магнита, в результате их взаимодействия возникает электромагнитная сила, направленная навстречу смещению боковины 2. Due to the fact that the magnetic flux created by the induced current in the coil of the winding 5 is directed towards the magnetic flux of the permanent magnet, as a result of their interaction, an electromagnetic force arises directed towards the displacement of the sidewall 2.

Как можно заметить, что использование данного генератора электроснабжения железнодорожного вагона по сравнению с прототипом не приводит к увеличению поперечного габарита вагона, а также позволяет частично демпфировать вертикальные колебания вагона. As you can see, the use of this generator of power supply of a railway carriage in comparison with the prototype does not increase the transverse dimension of the carriage, and also allows you to partially damp the vertical vibrations of the carriage.

Claims

1. The power supply generator of a railway carriage, containing a ferromagnetic stator, in the grooves of which is a winding connected through a semiconductor converter and an electrical storage device with an on-board electrical circuit, an excitation system, which is a set of identical permanent magnets with alternating polarity, characterized in that the stator is made in the form a ferromagnetic plate with milled grooves, rigidly fixed in the inner window of the sidewall of the trolley, and the excitation system represents bout plate disposed parallel to the ferromagnetic plate and the stator is rigidly fixed to the beam responsively podressornoy ferromagnetic stator plate.

2. The power supply generator of the railway car according to claim 1, characterized in that the cross-sectional dimensions of the pole of the permanent magnet of the excitation system are equal to the transverse dimensions of the coil of the electric winding of the ferromagnetic stator.