轴端发电机组件的制作方法

本发明涉及轨道车辆技术领域。具体地，本发明涉及一种用于轨道车辆的轴端发电机组件。

背景技术：

在传统的铁路货运列车中通常并不设置电源，这是因为在早期的货运列车中很少有电气部件。但是，随着技术的发展，例如传感器和机电一体化部件等越来越多的电气元件也开始应用于货运列车，使得电源解决方案也成为了货运列车中一项关键的需求。

本申请人已经提出了使用轴箱发电机作为铁路货运列车中电气部件的电源的解决方案。轴箱发电机直接装配在转向架的轴箱中，进而通过轴箱安装到列车上，这为轴箱发电机提供了稳定的运行条件。这种轴箱发电机便于安装、可靠性高并且成本经济性优异。

然而，一些轨道车辆并不使用轴箱结构，而是代之以承载鞍。在这种列车中，承载鞍支撑着列车的有效负载。常规的承载鞍为轴端发电机的运行带来了巨大的挑战。发电机的定子只能在一侧固定到承载鞍，而这种非对称的安装方式会不可避免地引起定子的振动和漂移。

本申请人的专利申请cn110431730a调整了承载鞍的结构。其中，通过两半壳体扣合来形成包覆式的承载鞍，提高结构强度，从而能够为轴端发电机提供稳定的结构支撑。但这种设计大幅度地改变了承载鞍的原有构造，使得生产成本显著提高。

技术实现要素：

因此，本发明需要解决的技术问题是，提供一种改进的轴端发电机组件。

上述技术问题通过根据本发明的一种轴端发电机组件而得到解决。该轴端发电机组件包括轴承装置、承载结构和发电机，承载结构安装在轴承装置的外部，发电机安装在承载结构上。其中，该轴端发电机组件还包括：凸轮端盖，其位于轴承装置的端部的轴向外侧，并且用于与支撑轴承装置的支撑轴抗扭连接；顶杆，其在凸轮端盖的径向外侧可滑动地安装在承载结构上；曲轴，其与发电机的输入轴抗扭连接；和连杆，其一端与顶杆可相对转动地连接，另一端与曲轴可相对转动地连接；其中，凸轮端盖能够在相对于承载结构转动时推抵顶杆相对于承载结构滑动，进而通过连杆和曲轴驱动发电机。顶杆、连杆和曲轴共同组成了曲柄滑块机构，用于在轴向方向上压紧轴承内圈的凸轮端盖随着支撑轴一起转动，并且在转动期间通过凸轮轮廓来驱动顶杆相对于承载结构滑动，使得支撑轴的转动运动首先转换为顶杆的线性运动。顶杆继而通过连杆驱动曲轴，使得顶杆的线性运动再次转换为曲轴的转动。通过这一系列的传动机构可以将来自轴承装置的支撑轴的扭矩传递至不与支撑轴对中布置的发电机处，使得可以根据需求灵活地布置发电机的位置，以便获得更优化的布局方式以及更稳定的支撑结构。

根据本发明的一个优选实施例，发电机可以位于轴承装置的径向外侧，特别是偏置地位于轴承装置的一侧，而非沿周向环绕轴承装置。因此，可以采用体量更小、特别是横截面积更小的发电机，以便将发电机整体地容纳在例如承载鞍等偏置式的承载结构中，使得发电机能够获得稳定的支撑，从而更加可靠地运行。

根据本发明的另一优选实施例，顶杆相对于承载结构的滑动方向可以垂直于轴承装置的转动轴线，并且可以进一步优选地沿轴承装置的径向方向布置。由于凸轮端盖在垂直于轴承装置的转动轴线的平面中转动，因此这种布置方式确保了凸轮端盖能够平顺地驱动顶杆滑动。

根据本发明的另一优选实施例，该轴端发电机组件还可以包括固定在承载结构上的引导套，顶杆可滑动地安装在引导套中。引导套可以平顺地引导顶杆相对于承载结构进行线性运动。

根据本发明的另一优选实施例，该轴端发电机组件还可以包括弹性件，该弹性件沿顶杆的滑动方向安装在顶杆与引导套之间，从而通过自身的弹性变形来对顶杆施加预紧力，使得顶杆可以始终保持抵接凸轮端盖以进行往复运动。这种弹性件例如可以是套设在顶杆的径向外侧的螺旋弹簧。

根据本发明的另一优选实施例，顶杆可以具有朝向凸轮端盖的第一端和背向凸轮端盖的第二端，顶杆在第一端具有凸缘，弹性件抵接在凸缘与引导套之间，连杆与第二端连接。因此，可以通过弹性件和连杆来限制顶杆相对于引导套的滑动范围，防止顶杆从引导套脱落。

根据本发明的另一优选实施例，该轴端发电机组件可以包括两个发电机并且针对于每个发电机分别包括一个连杆和一个曲轴，两个发电机在轴承装置的周向方向上分别位于顶杆的两侧，并且分别通过相应的曲轴和相应的连杆与顶杆连接。

根据本发明的另一优选实施例，承载结构可以是安装在轴承装置的一侧上的承载鞍。在这种情况下，承载鞍优选地可以具有空腔，发电机、顶杆、连杆和曲轴可以安装在空腔中。因此，承载鞍可以为发电机提供稳定的支撑，确保发电机平稳地运行。

附图说明

以下结合附图进一步描述本发明。图中以相同的附图标记来代表功能相同的元件。其中：

图1示出根据本发明的实施例的轴端发电机组件的分解立体图；和

图2示出根据本发明的实施例的轴端发电机组件的传动机构和发电机的立体图。

具体实施方式

以下将结合附图描述根据本发明的轴端发电机组件的具体实施方式。下面的详细描述和附图用于示例性地说明本发明的原理，本发明不限于所描述的优选实施例，本发明的保护范围由权利要求书限定。

根据本发明的实施例，提供了一种用于轨道车辆的轴端发电机组件，其例如可以安装在轨道车辆的转向架上，以便将轴承装置、发电机和支撑结构集成在一起。图1至图2示出了根据本发明的轴端发电机组件的一个实施例。

图1示出了根据该实施例的轴端发电机组件的分解立体图。如图1所示，该轴端发电机组件包括轴承装置1、承载鞍2、发电机4和传动机构。轴承装置1具有同轴布置的内圈和外圈。其中，轴承装置1的内圈同轴地固定在支撑轴(通常为轨道车辆的轮轴，未示出)的径向外侧。作为轴承装置1的承载结构，承载鞍2固定在轴承装置1的外圈的径向外侧。承载鞍2关于轴承装置1偏置地定位，换言之，承载鞍2并不沿周向包围轴承装置1，而是仅固定在轴承装置1的侧表面的一侧。

该轴端发电机的传动机构包括凸轮端盖3、顶杆5、连杆7和曲轴8。如图1所示，凸轮端盖3是在垂直于轴承装置1的转动轴线的平面中延伸的、大致平板形的凸轮。凸轮端盖3在轴承装置1的端部的轴向外侧与支撑轴抗扭连接、特别是固定连接，从而能够在轴承装置1的轴向外部随着支撑轴一起相对于轴承装置1的外圈及承载鞍2转动，同时还可以在轴向方向上压紧轴承装置1的内圈，以便防止轴承装置1的内圈脱落。凸轮端盖3例如可以通过多个螺栓11固定在支撑轴的端部上，也可以通过其他方式与支撑轴抗扭连接。

发电机4大致呈圆柱形，其安装在承载鞍2的内部，从而与承载鞍2一起偏置地位于轴承装置1的径向外侧。换言之，在垂直于轴承装置1的转动轴线的平面中观察，发电机4的截面圆与轴承装置1的截面圆相离。承载鞍2在靠近凸轮端盖3的轴向一端具有空腔和盖板10。承载鞍2的空腔朝向凸轮端盖3所在的一端开放，盖板10例如通过多个螺钉12可拆卸地固定在承载鞍2上，从而封闭空腔。传动机构中的顶杆5、连杆7和曲轴8均安装在承载鞍2的空腔中。

图2示出了该轴端发电机组件的传动机构和发电机4的立体图。如图2所示，大致呈圆柱形的顶杆5可滑动地安装在承载鞍2中，其滑动方向优选地垂直于轴承装置1的转动轴线。特别优选地，顶杆5相对于承载鞍2的滑动方向可以沿轴承装置1的径向方向布置，换言之，其滑动方向的延长线与轴承装置1的转动轴线垂直相交。

为了引导顶杆5的滑动运动，该轴端发电机组件还可以优选地包括固定在承载鞍2上的引导套6。顶杆5沿滑动方向穿过引导套6。顶杆5沿滑动方向具有朝向凸轮端盖3的第一端和背向凸轮端盖3的第二端。顶杆5的第一端用于抵接凸轮端盖3的凸轮形侧表面，当凸轮端盖3相对于承载鞍2转动时，其凸轮形侧表面可以驱动顶杆5沿着引导套6滑动。为了使第一端保持抵接凸轮端盖3，在顶杆5上可以设置有弹性件9。弹性件9例如可以是围绕在顶杆5的径向外侧的螺旋弹簧，其沿顶杆5的滑动方向抵接在顶杆5与引导套6之间，从而通过自身的弹性变形对顶杆5施加预紧力，使得顶杆5始终抵接凸轮端盖3。因此，顶杆5在凸轮端盖3的驱动下沿滑动方向进行往复式的线性运动。优选地，顶杆5在第一端处具有环状的凸缘13，弹性件9可以沿滑动方向抵接在凸缘13与引导套6之间。顶杆5在第二端处与连杆7可转动地相互连接。因此，顶杆5通过弹性件9和连杆7约束在引导套6中，而不会从引导套6脱落。

连杆7为细长的杆件。连杆7的一端与顶杆5的第二端可转动地连接，另一端与曲轴8可转动地连接。曲轴8与发电机4的输入轴(未示出)抗扭连接。曲轴8例如可以为板状结构或杆状结构。曲轴8与连杆7的枢转连接点相对于曲轴8自身的转动轴线偏置地布置。当顶杆5沿引导套6进行往复运动时，顶杆5的这种线性运动将通过连杆7传递至曲轴8，并且转换为曲轴8围绕自身的转动轴线的转动运动。通过设计连杆7和曲轴8的尺寸，可以选择性地使曲轴8进行连续转动或者进行往复摆动。曲轴8将扭矩传递至发电机4的输入轴，从而驱动发电机4进行发电。

在本实施例中，发电机4是圆柱形的标准化发电机，其具有比常规轴端发电机更小的直径和较长的轴向长度。可以根据所需的发电功率来选择发电机4的轴向长度。在根据本实施例的轴端发电机组件中，可以设置仅一个发电机4，也可以设置两个相同的发电机4。如图2所示，当该轴端发电机组件包括两个发电机4时，这两个发电机4可以通过同一个顶杆5和两组独立的连杆-曲轴机构来驱动。具体地，这两个发电机4可以在轴承装置1的周向方向上布置在顶杆5的两侧，并且分别通过各自的连杆7和曲轴8来与顶杆5连接。因此，顶杆5可以同时驱动两个发电机4。

在根据本发明的一个替代实施例中，承载结构也可以是完整地封装轴承装置1的轴箱。在这种情况下，发电机4和传动机构可以安装在轴箱的壳体中。此外，由于传动机构的存在，发电机4可以布置在更多可能的位置处，例如既可以与轴承装置1偏置地布置，也可以与轴承装置1同轴地布置。

在根据本发明的轴端发电机组件中，由于使用连杆滑块式的传动机构来将支撑轴上的扭矩引入到发电机中，因此不论承载结构采用轴箱还是承载鞍的形式，发电机的安装位置都具有很高的灵活性，发电机既可以与轴承装置同轴地布置，也可以如上述实施例中一样偏置地布置在轴承装置的径向外侧。这使得可以进一步将发电机集成到体积较小的承载鞍中，从而为发电机提供稳定的支撑结构，确保发电机平稳地运行。这种设计也避免了对现有承载鞍的外形结构的明显改动，使得设计和生产成本大大降低。

虽然在上述说明中示例性地描述了可能的实施例，但是应当理解到，仍然通过所有已知的和此外技术人员容易想到的技术特征和实施方式的组合存在大量实施例的变化。此外还应该理解到，示例性的实施方式仅仅作为一个例子，这种实施例绝不以任何形式限制本发明的保护范围、应用和构造。通过前述说明更多地是向技术人员提供一种用于转化至少一个示例性实施方式的技术指导，其中，只要不脱离权利要求书的保护范围，便可以进行各种改变，尤其是关于所述部件的功能和结构方面的改变。

附图标记表

1轴承装置

2承载鞍

3凸轮端盖

4发电机

5顶杆

6引导套

7连杆

8曲轴

9弹性件

10盖板

11螺栓

12螺钉

13凸缘