用于机车牵引电机的速度传感器系统和安装构造的制作方法
【专利摘要】一种用于机车牵引电机的速度传感器系统，其具有与每个车轮转向架相邻的电机架头，所述系统包括：安装支架，其能在距电机的旋转轴线预定距离处附装至架头；和传感器支撑部分，其能从内表面延伸通过通风口并且在端部处具有中空的管状部分，用于可释放地接纳和定位独立的传感器组件，以便使传感器自身相对于牵引电机的电枢齿轮表面精确地定位。
【专利说明】
用于机车牵引电机的速度传感器系统和安装构造
【技术领域】
[0001]本发明总体上涉及牵引电机速度检测领域，并且尤其涉及用于机车牵引电机的改进的速度传感器安装构造。
【背景技术】
[0002]机车典型地采用大型柴油机来驱动交流发电机，或者通过外部供电提供动力。来自交流发电机或外部电源的电力传导至位于机车平台下面的牵引电机。牵引电机将电力转换成旋转机械动力，并且当接合并通过轴供给时，驱动车轮。通过牵引电机使车轮转动而沿其轨道驱动机车。
[0003]供给至每个牵引电机的电力受到控制或调节，以避免驱动轮中任何一个空转或锁定。为了适当地控制牵引电机的操作并且控制制动过程中的牵引和车轮旋转，必须获得与每个相应牵引电机的转速相对应的信号。因而，需要用于每个旋转轴的牵引电机速度传感器。
[0004]传统的机车牵引电机包括形成电机架的一部分的电机架头。电机架典型地连接至支撑框架的转向架(机车)悬架，并且转向架经由机车主梁连接至支撑平台的平台悬架。架头布置在大致竖直的平面中，并且包括多个通风口。
[0005]由于极端的温度、振动和冲击载荷、灰尘和化学污染以及磁场，机车牵引电机的环境是极苛刻的。因而，速度传感器设计必须在其使用环境内使其耐久性最大化。另外，安装这些组件中的一个包含了大量的劳动、时间和成本。但不幸的是，由于苛刻的操作环境，传感器自身要求定期更换。
[0006]现有技术已知牵引电机速度传感器组件包括壳体，该壳体横过通风口附装在电机架头上。与壳体一体形成并且与传感器自身以实体线路连接的传感器部分从壳体的底部伸出并且朝向旋转轴线延伸通过通风口。
【发明内容】
[0007]本发明的发明人认识到了上述设计的问题。首先，由于传感器与组件形成一体，并且因而无法借助现有技术设备单独更换，因此包括安装基座的整个组件必须被拆除和更换，需要大量劳动、时间和成本。另一方面，根据本发明的系统允许传感器组件单独更换，而不必丢弃和更换安装基座。因而基座仅需要购买一次。
[0008]根据一方面，速度传感器系统包括专门设计的安装支架和传感器组件。所述安装支架包括底部，该底部的宽度足以在机车牵引电机的架头的外部上跨过通风口的外部。所述底部能在距电机的旋转轴线预定距离处附装至所述架头。传感器支撑部分从内表面与所述转动轴线大致平行地延伸通过所述通风口，并且在其端部处具有螺纹孔管状部分，用于可释放地接纳传感器组件，所述管状部分与电机的旋转轴线大致垂直地延伸并且具有带螺纹孔的内部，该螺纹孔构造成接纳、对准并定位所述传感器组件。
[0009]所述传感器组件自身包括传感器壳体或壳，以及相连的电缆，传感器元件自身在所述传感器壳体内。传感器壳体具有外表面，该外表面构造成与中空的管状部分的内部构造互补。根据另一方面，传感器壳体的外币设有肩部，该肩部与中空的管状部分的内壁上的配合肩部接合。所述肩部的尺寸相对于传感器壳体的端部设计成当坐落在管内时，传感器将在安装支架内相对于牵引电机旋转轴线适当地定位和对准。传感器壳体中容纳有电子传感器，并且设有用于将传感器壳体固定至传感器支撑部分的紧固件。最后，电缆部分连接至传感器壳体，以将所述传感器连接至外部信号处理源。
[0010]另一方面是用于机车牵引电机的速度传感器，其构造成在与电机相邻的支撑支架中是可更换的。当被更换并安装时，其自身落座在与电机电枢齿轮相邻的适当位置，而不需要调整。
[0011]当结合附图阅读以下详细说明时，本发明的各种特征和方面将变得明显，附图的简要说明如下。
【专利附图】
【附图说明】
[0012]图1是机车电机架头的侧视图，本发明的牵引电机速度传感器组件安装在该机车电机架头上；
[0013]图2是图1的牵引电机速度传感器组件的侧视图；
[0014]图3A是本发明的安装壳体单独的后视图；
[0015]图3B是图3A的安装壳体的侧视图；
[0016]图3C是图3A的安装壳体的端部视图；
[0017]图4是图1的牵引电机速度传感器组件的分解侧视图；
[0018]图5是所述牵引电机速度传感器组件的侧视图，示出部分组装的牵引电机速度传感器；
[0019]图6是完全组装的牵引电机速度传感器组件的侧视图；和
[0020]图7是传感器壳体的分解图，示出速度传感器自身及其信号处理板。
【具体实施方式】
[0021]本发明的某些示例性实施例在下文中描述并在附图中示出。所描述的实施例仅是为了说明本发明的目的并且不应被认为是限制本发明的范围，本发明的范围当然仅由下文中的权利要求限定。本领域技术人员将能做出本发明的其他实施例和所述实施例的特定变型和改进，并且所有这种可替代实施例、变型和改进都在本发明的范围内。
[0022]总体上，本发明一方面是要提供一种用于监测牵引电机的速度的速度传感器系统，其中可以比通过更换整个速度检测系统更容易且经济地更换速度检测元件。为此，传感器组件可更换地安装在不需要被更换的支撑支架内。传感器组件包括检测元件(传感器)和相关联的电缆，所述检测元件封装在可以从支撑支架拆卸并被更换的传感器壳体中。本发明的重要方面在于壳体和支撑该壳体的支撑支架的表面构造成当传感器壳体或壳完全落座时，传感器相对于被检测的点击的齿轮精确地定位，并且不需要进一步校准或调整。下文是对以证明可工作的一个实施例的说明。
[0023]现在总体上参照附图，示出本发明的一个方面，并且涉及总体上以100示出的用于机车牵引电机的速度传感器系统。首先参见图1和2，速度传感器系统100示出为安装在传统电机架头10上，该电机架头形成机车的电机架的一部分。架头10布置在大致竖直的平面中，并且包括多个通风口 12。如本领域已知，电机(未示出)包括静止的定子部分和旋转的电枢22，该电枢提供输出轴20绕旋转轴线X_X(参见图2)的旋转。
[0024]如图2所示，速度传感器系统100的一个优选实施例包括安装支架105和传感器组件140，所述安装支架具有底部110和传感器支撑部分120。为了确保支架105具有足够的长度和对其所安装的包括在操作期间预期振动的环境的耐久性，支架105的一个实施例是由不锈钢的实心块加工的。这也确保了所安装的系统100的必要的精确度，如下文较详细地所述，并且避免了焊接。在该实施例中，支架105是由300系列不锈钢加工的。使用不锈钢是因为其不会生锈或腐蚀，因此确保能重新使用。最好如图3A至3C所示，底部110包括在相对侧上的凸缘部分112，每个凸缘部分都包括用于安装在架头10的外侧上的多个安装孔114。包括凸缘部分112的底部110足够宽以横跨穿过机车牵引电机的架头10形成的通风口 12。参见图1。诸如螺栓的传统的螺纹紧固件116将底部110的凸缘部分112固定至架头10。如图3A至3C所示，所述安装孔114中的至少两个可以包括引导套筒114a，所述引导套筒从底部的内表面IlOa向外突出，以确保架头10中的安装孔与电机电枢齿轮22之间的精确间隔。在所示的实施例中，底部110还包括长形狭槽118，用于给由此穿过的信号电缆160提供路径。
[0025]传感器支撑部分120形成为从底部110的内表面IlOa大致垂直地向外延伸，以便当安装时，传感器支撑部分120将位于与输出轴20基本平行并且因而与电机的旋转轴线(图2)基本平行的路径中。本领域技术人员将理解，并且如图2所示，电枢齿轮22的表面22a与牵引电机速度传感器组件140的传感器顶部142a之间的精确关系对于牵引电机速度传感器的准确且适当的功能性是至关重要的。如图2所示，输出轴20包括具有旋转外边缘22a的电枢齿轮22。要求在旋转外边缘22a与传感器壳体142的前端142a之间具有能严格保持的精确气隙G(根据齿距.020”-.150”)。
[0026]在所示实施例中，传感器支撑部分120包括从具有凸缘112的底部110的前端(或与电机相邻的端部)延伸的传感器安装部分122和从传感器安装部分122延伸的一对相对的、间隔开且基本平行的角撑板128。角撑板在机车的操作期间给传感器支撑部分120提供额外的刚性。传感器安装部分122包括与底部110形成一体的大致矩形的块。仍在所示实施例中，除了中空管状部分124加工成完全穿过所述块的上部之外，所述块优选地由实心不锈钢(或其他适当的材料)制成。
[0027]如图3A至3C所示，中空管状部分124包括三个大致圆形的同心中空部分124a、124b和124c，其每个都具有不同直径，如下文较详细地说明。中空部分124a的前敞开端具有第一直径，该第一直径的尺寸设计成接纳传感器壳体的前端142a。中间中空部分124b具有第二直径，该第二直径稍大于前中空部分124a的直径。最后，后中空部分124c的直径稍大于中间中空部分124b，并且设有螺纹以接纳和固定传感器壳体的后端。应理解，当以这种方式形成时，部分124a和部分124b的直径差异形成有效地用作止挡部的“肩部” 124d，当传感器壳体安装在中空管状部分124中时，其配合肩部142f接合抵靠在所述止挡部上。这确保了电枢齿轮与上述传感器顶部之间的精确关系。仍如图3A和3C所示，横过并且完全穿过传感器支撑部分120钻出大致圆柱形的通孔124e，并且该通孔大致垂直于中空管状部分124的轴线。圆柱形通孔124e形成为使其稍微侵入到中间中空部分124b中。一旦形成圆柱形通孔124e，第一不锈钢销就被压配合到通孔124e中，所述第一不锈钢销优选地是辊销125，其长度对应于支撑部分120的宽度。如下文所述，辊销125在传感器组件140的适当对准和定位中起到关键作用。
[0028]现在参见图4至6，示出传感器组件140的构造和安装。包括电缆160的传感器组件140优选地组装为一单元并且插入到安装支架中。如图4的分解图所示，传感器组件140包括管状前部传感器壳体或壳142，其容纳接近传感器150、后壳体部件148、螺纹连接器146和电缆160。传感器壳体142的外表面构造成与中空管状部分124的内部构造互补。
[0029]如上所述并且如图7所示，接近传感器150适当地对准并且密封在传感器壳142内。如在此所使用的，“接近传感器”通常是指能在没有任何物理接触的情况下检测附近物体，即齿轮或励磁器，的存在以准确地测量轴的转速的电子器件。这种传感器可以是在这种环境中常用的霍尔效应传感器。这种传感器设置在长筒部分中，传感器在其前端以检测轴上旋转齿轮的速度。
[0030]如图7所示，具有接线端和集成电路的霍尔效应传感器150借助导线152从霍尔传感器150连接至电缆，所述导线延伸通过后部壳体部件148并且连接至电缆160中对应的导线162。虽然示出和描述了霍尔效应传感器，但也可以使用其他类型的传感器，例如具有类似特征的磁记录传感器或元件，只要它们与具有底部和传感器支撑装置的安装支架兼容即可。
[0031]传感器壳142在其前部142a处是密封的，以从环境保护接近传感器150。通常，端部142a可以用适于环境的灌注混合物或不锈钢屏障密封。传感器壳142是由300系列不锈钢加工的大致中空的圆柱形管。最好如图4所示，传感器壳142包括具有第一直径的前部142c和具有稍大直径的后部142d。前部142c与后部142d之间的直径差异形成“肩部”142f，该肩部最终接合在中空管状部分124的中间中空部分124b与前中空部分124a之间的“肩部”124d。从以下说明将较好地理解，后部142d的外侧也形成/加工成使其具有大致平表面142e。平表面142e接合并且支靠在辊销125上，这确保了在传感器安装部分122的中空管状部分124中传感器组件140的适当旋转对准。
[0032]大致圆柱形的孔142g也被钻孔或加工通过后部142d的相对壁。一旦传感器150定位在壳142内，其导线152由此向后延伸，优选地是辊销144的第二销就压配合通过每个孔，其导线由此向后延伸。当辊销144被插入和安装时，该辊销将是基本水平定向，大致平行于底部120并且基本垂直于壳142的主轴线。
[0033]螺纹连接器146包括杨螺纹或衬套部分146a，其构造成接合中空部分124c的阴螺纹部分124f。衬套部分146a也是中空的，具有内部圆柱形直径。螺纹连接器146终止为六角螺母146b，其便于螺纹衬套146a与安装支架120中的螺纹部分124f接合，最好如图4所示。
[0034]螺纹连接器146在148d的外径上滑动并且变成受约束的自由转动螺纹衬套。螺纹衬套部分146a的端壁的直径与传感器壳142的后部142d的相邻端壁大致相同。因而当连接器146紧固到螺纹部分124f中时，传感器壳142将被保持就位。
[0035]148a被压到142b中，导线从传感器150延伸通过其中。辊销提供在压合过程中的对准。第二辊销提供前部壳体和后部壳体之间的保持力。
[0036]后部壳体部件148构造成与销144适当地对准并且配合接合，该销压配合通过前传感器本体的后部壳体部分142d。后部壳体部件148包括前部148a、中间部分148d和后部148e。前部148a包括大致圆柱形配合表面或肩部，其直径的尺寸设计成压配合或摩擦接合前传感器本体或壳体142的后壳体部分142d的内径。注意:前部148a可以包括在端部附近的轻微锥度，以便于插入到壳体142中。通过在圆柱形配合表面148a的每侧上的相对壁加工有狭槽148b，在配合表面148a的前端148c处敞开。随着后壳体部件148插入到传感器壳142中，狭槽148b将落座在销144上，由此确保电缆160的退出角度。电缆160也是传感器组件140的一部分并且包括连接至来自传感器150的导线152的导线162，该导线152延伸通过后壳体部件148。中间部分148d包括允许导线152通过的基本中空的本体。最后，后部壳体部分148e的头部尺寸大于后部壳体部分148的其他部分，并且该后部壳体部分148e是中空的以提供用于电缆160的转弯半径。课题部分148e的侧壁中的开口允许连接软管/电缆支架套筒148f，该软管/电缆支架套筒当安装时大致垂直于电极头部120向外延伸。辊销125与平部142e的对准确保了该定向。
[0037]如图4至6所示，本发明的一个方面是容易更换传感器组件140，其中具有底部110和传感器支撑部分120的类型的安装支架在距电机的旋转轴线X-X预定距离处事先安装通过电机架头10的通风口 12，并且其中传感器支撑部分从底部110的内表面延伸通过通风口，以可释放地接纳传感器组件140。
[0038]在安装支架被去除并且上述传感器组件被去除的情况下，开始安装替代传感器组件140。新的替代传感器组件140对准并且紧固到安装支架110中。
[0039]当容纳检测元件和信号处理电路的传感器壳体142的前部接下来插入到中空管状部分124中时，中空管状部分124的平对准表面124e与辊销125对准，该辊销突出到中空管状部分124中并且横过其宽度水平地延伸。壳体142被插入，直到肩部或止挡部142f接合安装支架105的中空管状部分124的中间中空部分124b的肩部或止挡部124d为止。此时，不可能进一步插入，并且传感器壳体142的前端142a精确地对准和定位，具有用于组件140正常工作所需的精确气隙G。
[0040]接下来螺纹连接器的衬套部分146a螺纹旋拧到中空管状部分124的后部中空部分124c的阴螺纹部分124f中。如此组装的衬套146的前端接合传感器壳142的端壁已将其保持就位。
[0041]当安装时，电缆160将朝向电机架头向外延伸，以沿着架头10的外部布设。电缆160的末端随后连接至机车电机控制系统。电缆160可以是任何适当的电缆，但优选的是6导体20规格屏蔽电缆，其全都由外部防护柔性管覆盖。适于该操作环境的任何适当的电缆都将在此工作良好。
[0042]虽然已借助示例性实施例说明了本发明，但应立即，如本领域技术人员将理解，可以利用变型和修改而不脱离本发明的精神和范围。这种变型和修改被认为是在所附权利要求及其等同方案的界限和范围之内。
【权利要求】
1.一种用于机车牵引电机的速度传感器系统，所述机车牵引电机具有与每个车轮转向架相邻的电机架头，所述架头包括通风口，所述系统包括: (a)安装支架，其包括: (i)底部，该底部的宽度足以在所述架头的外部上跨过所述通风口中的一个通风口，所述底部具有内表面，该内表面能在距电机的旋转轴线预定距离处附装至所述架头的外表面； (ii)传感器支撑部分，其尺寸设计成能从所述外表面延伸通过所述通风口，传感器支撑部分在其端部处具有中空的管状部分，用于可释放地接纳具有管状壳的传感器组件，所述中空的管状部分与电机的旋转轴线大致垂直地延伸并且具有内壁，该内壁构造成接纳、对准并定位所述传感器组件的管状壳； (b)可拆卸地保持在所述中空的管状部分内的传感器组件，其包括: (i)管状传感器壳，其容纳与一端相邻的速度传感器并且具有外表面，该外表面构造成与所述中空的管状部分的内部构造互补，其中当落座在所述管中时，所述传感器将相对于所述牵引电机在安装支架内适当地定位和对准； (ii)用于将所述传感器壳紧固至传感器支撑部分的紧固件；和 (iii)电子壳体部分，其连接至所述传感器壳，以将所述传感器电子地连接至外部信号处理源。
2.根据权利要求1所述的速度传感器系统，其特征在于，所述安装支架还包括相对的凸缘部分，以将所述支架安装至架头，以便使传感器支撑部分延伸通过所述一个通风口。
3.根据权利要求1所述的速度传感器系统，其特征在于，所述中空的管状部分的内壁包括肩部，该肩部接纳并且落座所述传感器壳上的对应的肩部，以使其相对于牵引电机适当地定位。
4.根据权利要求3所述的速度传感器系统，还包括在所述传感器壳和所述中空的管状部分的内壁上的对准元件，其用于使传感器壳相对于牵引电机适当地对准。
5.根据权利要求4所述的速度传感器系统，其特征在于，所述对准元件包括销和在传感器壳的外表面上的平的配合表面，该销大致垂直于所述中空的管状部分延伸并且突出到所述中空的管状部分中。
6.根据权利要求1所述的速度传感器系统，其特征在于，所述传感器是接近传感器。
7.根据权利要求6所述的速度传感器系统，其特征在于，所述传感器是霍尔效应传感器。
8.根据权利要求1所述的速度传感器系统，其特征在于，所述紧固件是螺纹衬套。
9.根据权利要求7所述的速度传感器系统，其特征在于，所述电子壳体部分包括用于与辊销配合对准和接合的槽。
10.一种用于机车牵引电机的速度传感器，所述机车牵引电机具有与待监测的牵引电机相邻固定的安装支架，所述安装支架包括传感器支撑部分，该传感器支撑部分具有中空的管状部分，所述中空的管状部分具有用于可释放地接纳速度传感器的内部构造，所述传感器包括: (i)管状传感器壳； (ii)在其中与一端相邻的速度传感器元件； (iii)所述传感器壳包括外表面，该外表面构造成与所述中空的管状部分的内部构造互补，其中当落座在所述管状部分内时，所述传感器将相对于所述牵引电机在安装支架内适当地定位和对准；和 (iv)电缆，其具有连接至传感器元件的导线，所述传感器元件附装至所述传感器壳。
11.根据权利要求9所述的速度传感器，其特征在于，所述传感器壳包括在外表面上的肩部，该肩部当安装时接纳并落座抵靠在所述管状部分的内表面上的对应肩部上，以实现定位功能。
12.根据权利要求9所述的速度传感器，还包括在所述传感器壳的外表面上的平表面，当组装至所述安装支架时，所述平表面与延伸通过其中空的管状部分的销配合。
13.根据权利要求9所述的速度传感器，其特征在于，所述传感器是霍尔效应传感器。
【文档编号】G01P1/02GK104272116SQ201380024071
【公开日】2015年1月7日 申请日期:2013年5月6日 优先权日:2012年5月9日
【发明者】威廉·L·史密斯 申请人:威廉·L·史密斯