一种机车轴端永磁同步发电机的制作方法

本发明涉及轨道交通领域，尤其是涉及一种应用于机车轴端的永磁同步发电机。

背景技术：

在现有技术中，由于铁路机车一般需要不断地拆解编组，而除机车外其它的车厢和转向架普遍缺少电源，这与实际的使用需求存在较大的差距。机车一般在60km/h～120km/h运行，机车车轴的转速约为245n/min～416n/min，以前设计的发电机只作为电子防滑器和在线监测的用电需求，功率都比较小，一般只有几十瓦到几百瓦，因此远远不能满足实际的使用需求。

如附图1所示，为现有技术中机车车轴轴端的结构示意图，在车轴1的端部外侧设置有轴箱12，在轴箱12与车轴1之间设置有轴承，轴承端压板13通过螺栓固定在车轴1的端部，轴箱端盖固定在轴箱12的外侧。而早期铁路机车所用的轴端发电机，主要包括定子、转子，电机安装转向架上，通过机车轮轴带动发电机发电，其主要作用是为机车车厢提供辅助电源，所以普遍采用皮带传动。现有铁路机车轴端发电机挂载在构架的前后两端，在车轴处加装皮带轮与发电机相连。然而这种设计结构复杂、重量体积大，输出的功率也大，并且此种发电机对转向架的改动较大，在机车转向架上加装非常困难。其次，由于现有发电机与机车轴直接相连，发电机需要承受车辆运行时的振动与冲击，因此发电机的可靠性及轻量化尤其重要，提高发电机的功率密度和可靠性是关键的难点。

此外，国外的铁路机车车轴发电机，如：FAG公司生产的轴承带集成发电装置，在轴承内圈布置有永磁体作为转子，在轴箱盖中以线圈作为定子，发电装置为轴承诊断和故障信息检测等功能提供电源。这种设备的最高输出功率为100W，供电电源为6V～14V，供电能力太弱。在现有条件下当机车无火回送时，机车车厢上缺少电源，无法提供的电源供设备和随车人员使用，不能充分满足机车无火回送时的用电设备使用需求，尤其是在冬、夏两季致使车内环境十分恶劣，且该套轴承装置价格非常昂贵。同时，基于车辆轻量化设计的要求，机车车轴发电机的重量和安装空间都受到车辆限制，在现有的重量限制、安装空间严格限制的条件下，现有发电机是难以满足要求的。因此，为了改善随车人员的乘车条件，急需研发一种能够为车厢提供足够电源的发电设备。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种机车轴端永磁同步发电机，解决机车无火回送时，无法提供的有效电源供司机室使用的技术问题。

为了实现上述目的，本发明具体提供了一种机车轴端永磁同步发电机的技术实现方案，一种机车轴端永磁同步发电机，包括：

与机车转向架的轴箱固定连接的机座；

压装在所述机座内部的定子；

布置在所述定子内的转子，所述转子与机车的车轴固定连接，所述转子采用永磁体励磁方式，并采用空心杯式结构；

以及布置在所述机座末端的端盖，所述机座和端盖形成对所述定子、转子的密封结构；

当所述机车运行，车轮转动后，所述车轴转动并带动所述转子转动，所述永磁同步发电机发出电能。

优选的，所述定子过盈压装在所述机座的内部。

优选的，所述定子包括定子铁心和定子绕组，所述定子铁心由硅钢片叠成，所述硅钢片上开设有用于嵌装所述定子绕组的定子槽。

优选的，所述转子包括转子挡板、防护圈、永磁体和空心轴，所述防护圈采用隔磁材料。在所述空心轴的外表面沿轴向间隔布置有若干隔板，所述永磁体布置在相邻隔板构成的安装槽中，所述防护圈套设在所述空心轴上，并将所述永磁体固定在所述安装槽中。所述转子挡板设置在所述空心轴上，并位于所述安装槽的两端，通过螺栓二实现所述空心轴与所述车轴轴端之间的固定连接。

优选的，所述转子挡板、防护圈和空心轴焊接成一个整体。

优选的，所述永磁体由稀土永磁材料制成，并采用弧形瓦片径向充磁结构。

优选的，所述永磁体沿所述空心轴的外表面径向均匀布置，相邻所述永磁体的磁场方向相反。

优选的，在所述空心轴上设置有用于安装所述螺栓二的开口。

优选的，所述永磁同步发电机的供电功率在3kVA～5kVA之间。

优选的，所述机座通过螺栓一与所述轴箱固定连接。

通过实施上述本发明提供的机车轴端永磁同步发电机的技术方案，具有如下有益效果：

(1)本发明解决了现有铁路机车车轴发电机存在的占用空间和重量大、价格昂贵，且供电能力弱，无法以满足机车无火回送时的用电设备使用需求的技术问题，能够满足车辆轻量化，以及重量和安装空间的限制要求，同时满足车辆系统的整体要求和用电功率要求；

(2)本发明通过设计空心杯式转子，空心轴圆周上设计均布的槽形，采用瓦片弧形径向充磁的永磁体，使得发电机本体内无轴承结构，极大地简化了发电机的结构，减轻了发电机的重量，消除了发电机轴承的故障风险，性能更加可靠；

(3)本发明由于转子上没有冲片结构，只有简单的空心轴，转子的重量较小，安装在车轴上，对车轴重量的增加基本可以忽略，且对车轴的轴承毫无影响，发电机的外形为短粗形，基本没有增加车轴轴箱的轴向伸出长度，能够很好地满足电机尺寸设计的要求。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单的介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的实施例。

图1是现有技术中机车车轴轴端的结构剖视图；

图2是本发明机车轴端永磁同步发电机一种具体实施方式的安装结构剖视图；

图3是本发明机车轴端永磁同步发电机一种具体实施方式的结构剖视图；

图4是本发明机车轴端永磁同步发电机一种具体实施方式中转子的外部结构示意图；

图5是本发明机车轴端永磁同步发电机一种具体实施方式中转子的内部结构剖视图；

图6是本发明机车轴端永磁同步发电机一种具体实施方式的装配结构示意图。

图中：1-车轴，2-机座，3-螺栓一，4-定子铁心，5-定子绕组，6-端盖，7-转子挡板，8-防护圈，9-永磁体，10-空心轴，11-螺栓二，12-轴箱，13-轴承端压板，14-轴箱端盖，15-开口，16-隔板，17-安装槽。

具体实施方式

为了引用和清楚起见，将下文中使用的技术名词、简写或缩写记载如下：

同步发电机：一种常用的交流发电机，发出的电源频率f与转子的转速n之间具有固定不变的关系f=pn/60=pns/60，ns为同步转速；

稀土永磁体：目前主要应用的是稀土钴永磁体和钕铁硼永磁体，都是高剩磁、高矫顽力、高磁能积的永磁材料。

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

如附图2至附图6所示，给出了本发明机车轴端永磁同步发电机的具体实施例，下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明。

如附图2和3所示，一种机车轴端永磁同步发电机的具体实施例，包括：

与机车转向架的轴箱12固定连接的机座2，机座2通过螺栓一3与轴箱12固定连接；

压装在机座2内部的定子；

布置在定子内的转子，转子与机车的车轴1固定连接，转子采用永磁体励磁方式，并采用空心杯式结构；

以及布置在机座2末端的端盖6，机座2和端盖6形成对定子、转子的密封结构；

当机车运行，车轮转动后，车轴1转动并带动转子转动，永磁同步发电机发出电能。

嵌线的定子过盈压装在机座2的内部，再将机座2通过螺栓二11固定在转向架的轴箱12上，机座2的尾部通过端盖6罩住，防尘、防水、安全可靠。定子进一步包括定子铁心4和定子绕组5，定子铁心4由冲制的硅钢片叠成，硅钢片上开设有用于嵌装定子绕组5的定子槽，在定子铁心4的定子槽中嵌装有定子绕组5，用来产生感应电势。

如附图4和附图5所示，转子进一步采用空心杯式结构，并包括转子挡板7、防护圈8、永磁体9和空心轴10，防护圈8采用隔磁材料。在空心轴10的外表面沿周向间隔布置有若干隔板16，永磁体9布置在相邻隔板16构成的安装槽17中。防护圈8套设在空心轴10上，并将永磁体9固定在安装槽17中，再在空心轴10上压入转子挡板7。转子挡板7设置在空心轴10上，并位于安装槽17的两端。作为本发明一种典型的具体实施例，转子挡板7、防护圈8和空心轴10焊接成一个整体。用转子挡板7和防护圈8对永磁体9进行固定和防护，将转子挡板7、永磁体9和空心轴10形成一个整体。在空心轴10上设置有用于安装螺栓二11的开口15，通过螺栓二11实现空心轴10与车轴1轴端之间的固定连接。将永磁同步发电机安装在轴箱12上，当车辆运行时，通过车轴1与电机轴(空心轴10)传递扭矩，车轴1转动时带动永磁同步发电机的整个转子一起转动，永磁同步发电机发出电能。永磁同步发电机的转子采用空心杯的结构形式，大大地减轻了转子的重量，在空心轴10上安装螺栓二11的位置进行开口设计，避免了对车轴1的改动，方便了转子的固定及安装。

永磁体9由稀土永磁材料制成，并进一步采用弧形瓦片径向充磁结构，这种结构能放置更多的永磁体9，以进一步提高气隙磁密。空心轴10的圆周上设计有均布的槽形，用于安装和固定永磁体9，永磁体9沿空心轴10的外表面径向均匀布置，相邻永磁体9的磁场方向相反，省去了转子冲片，结构简单可靠。永磁同步发电机的供电功率在3kVA～5kVA之间。定子和转子均采用独立结构，永磁同步发电机设计采用无轴承结构，转子直接悬挂安装在车轴1的端部，大大缩短了永磁同步发电机的长度，满足了电机减小体积和减轻重量的要求，同时也除去了电机轴承故障的风险，提高了发电机的可靠性。

如附图6所示，本发明具体实施例描述的机车轴端永磁同步发电机在安装时无需改动原车轴上的现有轴承和密封结构，只需将轴承端压板13和轴箱端盖14拆下，再将转子部分安装于原轴承端压板13处，将定子部分连同重新设计的端盖6装上，与轴箱12的箱体连接所需紧固件可完全沿用原有零件。机车轴端永磁同步发电机被整体密封在轴箱12内，耐振动，防尘、防水性能好，永磁同步发电机的定子、转子均为独立结构，重量轻，安装及拆卸简单，不需要专用的吊装设备。

本发明具体实施例描述的机车轴端永磁同步发电机提出了一种机车轴端电源的技术方案，针对车厢转向架的轴箱体结构特点，采用永磁同步发电结构，机车轴端永磁同步发电机包括转子和定子两部分，转子采用永磁体励磁方式，转轴采用空心杯体的结构形式，通过螺栓与车轴端部连接。机座2与轴箱12连接，当车辆运行时机车轴端永磁同步发电机产生电能，机车轴端永磁同步发电机的供电功率在3kVA～5kVA之间，能够为目前的无火回送车厢提供足够的电源供车厢设备和随车人员使用，很好地满足车厢设备和人员的用电需求，同时发电机具有较高的可靠性和安全性。而如果采用传统的永磁同步发电机或直流发电机两类发电机则存在重量过大的问题，同样功率大小的发电机是本发明永磁同步发电机的两倍以上，且传统发电机的轴承故障率高，需要经常维护，维修成本高。

通过实施本发明具体实施例描述的机车轴端永磁同步发电机的技术方案，能够产生如下技术效果：

(1)本发明解决了现有铁路机车车轴发电机存在的占用空间和重量大、价格昂贵，且供电能力弱，无法以满足机车无火回送时的用电设备使用需求的技术问题，能够满足车辆轻量化，以及重量和安装空间的限制要求，同时满足车辆系统的整体要求和用电功率要求；

(2)本发明具体实施例描述的机车轴端永磁同步发电机通过设计空心杯式转子，空心轴圆周上设计均布的槽形，采用瓦片弧形径向充磁的永磁体，使得发电机本体内无轴承结构，极大地简化了发电机的结构，减轻了发电机的重量，消除了发电机轴承的故障风险，性能更加可靠；

(3)本发明具体实施例描述的机车轴端永磁同步发电机由于转子上没有冲片结构，只有简单的空心轴，因此转子的重量较小，安装在车轴上，对车轴重量的增加基本可以忽略，且对车轴的轴承毫无影响，发电机的外形为短粗形，基本没有增加车轴轴箱的轴向伸出长度，能够很好地满足电机尺寸设计的要求。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制。虽然本发明已以较佳实施例揭示如上，然而并非用以限定本发明。任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本发明的精神实质和技术方案的情况下，都可利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同替换、等效变化及修饰，均仍属于本发明技术方案保护的范围。