变轨距车辆的制作方法

本实用新型实施例涉及轨道车辆技术领域，尤其涉及一种变轨距车辆。

背景技术：

随着全球经济一体化的飞速发展，全国及各地区间商业贸易往来和文化交流日益频繁，跨国间的客货运输增长迅速。在众多的运输方式中，铁路运输以其运量大、安全、快捷及对环境污染小的优势，成为国际联运中首选的运输工具。但世界各国的铁路运输一直保持着多种轨距的现状。这些不同轨距的线路严重阻碍跨国间的铁路运输及经贸活动的发展。因此，采用变轨距车辆为目前使用最多的不同轨距间的联运的模式。

现有变轨距车辆，普遍采用永磁直驱或异步万向轴驱动轮对。由于电机安装于轮对侧面，由于限界影响，将导致变轨距转向架轨距变化范围受限。

综上所述，现有采用永磁直驱或异步万向轴驱动轮对的变轨距车辆，将导致变轨距转向架轨距变化范围受限，进而会影响变轨距车辆的通用性能。

技术实现要素：

本实用新型实施例提供一种变轨距车辆，用以解决现有变轨距车辆轨距变化范围受限的问题。

本实用新型实施例提供一种变轨距车辆，包括：可变轨距转向架和两个可变轨距车轮，两个可变轨距车轮与可变轨距转向架中的车轴连接，并设置在车轴的两端；

可变轨距车轮包括轮毂电机和车轮，轮毂电机安装在车轮的内侧；

轮毂电机，用于驱动车轮绕车轴转动；

可变轨距转向架，用于调整两个可变轨距车轮沿车轴上的相对距离。

在一种可能的实现方式中，轮毂电机包括轮轴，轮轴同轴套设在车轴上。

在一种可能的实现方式中，轮毂电机还包括电机定子和电机转子，电机定子套设在轮轴上，电机转子套设在电机定子上。

在一种可能的实现方式中，电机定子与电机转子之间填充有气隙。

在一种可能的实现方式中，可变轨距转向架包括：导向结构和锁紧机构；

导向结构用于控制可变轨距车轮沿车轴轴向移动；

锁紧机构用于将可变轨距车轮锁定在指定位置。

在一种可能的实现方式中，锁紧机构包括：

套装在车轴上的固定套筒；

套装在固定套筒上的缓解套筒；

设置在缓解套筒与固定套筒之间的复位元件；

固定套筒开有径向通孔，该径向通孔内装有限位滚珠；

缓解套筒内壁面上开有上凹槽，可变轨距车轮轮毂的外壁面上开有至少两个轴向位置不同的下凹槽。

在一种可能的实现方式中，固定套筒和缓解套筒靠近可变轨距车轮的一端设有套装在可变轨距车轮轮毂上的卡盘。

在一种可能的实现方式中，缓解套筒的内壁具有阶梯面，固定套筒的外壁面开有环形凸台，复位元件设置在缓解套筒的阶梯面与固定套筒的环形凸台之间。

在一种可能的实现方式中，复位元件为复位弹簧。

在一种可能的实现方式中，上凹槽和下凹槽均为环形的球面凹槽。

本实用新型实施例提供的变轨距车辆，包括可变轨距转向架和两个可变轨距车轮，两个可变轨距车轮与可变轨距转向架中的车轴连接，并设置在车轴的两端；可变轨距车轮包括轮毂电机和车轮，轮毂电机安装在车轮的内侧；轮毂电机，用于驱动车轮绕车轴转动；可变轨距转向架，用于调整两个可变轨距车轮沿车轴上的相对距离。通过采用与车轮为一体的轮毂电机，直接将电能经磁场变换转换为机械能，减少了传动装置，减轻了车辆重量，增加了转向架的转向空间，扩大了轨距变化范围，实现了轨距变化的多样性，提高了车辆对于多种轨距的适应性。

上述说明仅是本实用新型技术方案的概述，为了能够更清楚了解本实用新型的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本实用新型的较佳实施例并配合附图详细说明如后。

附图说明

此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本实用新型的实施例，并与说明书一起用于解释本实用新型的原理。

图1为本实用新型提供的变轨距车辆一实施例的结构示意图；

图2为本实用新型提供的轮毂电机一实施例的剖面结构示意图；

图3为本实用新型提供的锁紧机构一实施例的剖面结构示意图。

附图标记说明：

1：可变轨距转向架；

2：可变轨距车轮；

21：轮毂电机；

22：车轮；

211：轮轴；

212：电机定子；

213：气隙；

214：电机转子；

215：轮缘；

11：车轴；

12：固定套筒；

13：缓解套筒；

14：限位滚珠；

15：卡盘；

16：复位元件；

17：花键。

通过上述附图，已示出本实用新型明确的实施例，后文中将有更详细的描述。这些附图和文字描述并不是为了通过任何方式限制本实用新型构思的范围，而是通过参考特定实施例为本领域技术人员说明本实用新型的概念。

具体实施方式

这里将详细地对示例性实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本实用新型相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本实用新型的一些方面相一致的装置和方法的例子。

本实用新型的说明书和权利要求书中的术语“包括”和“具有”以及它们任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。例如包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备没有限定于已列出的步骤或单元，而是可选地还包括没有列出的步骤或单元，或可选地还包括对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

本实用新型中的“第一”和“第二”只起标识作用，而不能理解为指示或暗示顺序关系、相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。“多个”是指两个或两个以上。“和/或”，描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B这三种情况。字符“/”一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。

本实用新型的说明书中通篇提到的“一个实施例”或“一实施例”意味着与实施例有关的特定特征、结构或特性包括在本申请的至少一个实施例中。因此，在整个说明书各处出现的“在一个实施例中”或“在一实施例中”未必一定指相同的实施例。需要说明的是，在不冲突的情况下，本实用新型中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

图1为本实用新型提供的变轨距车辆一实施例的结构示意图。如图1所示，本实施例提供的变轨距车辆，可以包括：可变轨距转向架1和两个可变轨距车轮2。

其中，两个可变轨距车轮2与可变轨距转向架1中的车轴连接，并设置在车轴的两端。

可变轨距车轮2包括轮毂电机21和车轮22，轮毂电机21安装在车轮22的内侧。

轮毂电机21，用于驱动车轮绕车轴转动。

可变轨距转向架1，用于调整两个可变轨距车轮2沿车轴上的相对距离。

可以理解的是，变轨距车辆还可以包括车厢。本实施例对于车厢的尺寸、数量以及材质等不做限制。

可选的，可变轨距转向架1可以与地面变轨距轨道装置配合使用，对可变轨距车轮之间的相对距离进行调整，以使两个可变轨距车轮2之间的相对距离与轨道的轨距相匹配，以满足不同轨距下的运行需求，促进各国之间的互通。

可选的，可变轨距转向架1可以采用液压变换结构实现。

可选的，可变轨距转向架1可以通过限位件对两个可变轨距车轮2在车轴上的位置进行限定。

轮毂电机亦称为车轮内装电机，将动力装置、传动装置和制动装置都整合在一起，简化了机械结构。轮毂电机结构简单，提高了空间利用率以及传动效率。

可选的，本实施例中的轮毂电机21的驱动电机可以采用径向磁场或者轴向磁场的电机。轴向磁通电机的结构更利于热量散发，并且它的定子可以不需要铁心；径向磁通电机定转子之间受力比较均衡。可以根据实际需要进行选取，本实施例对此不做特殊限制。

可选的，轮毂电机21的电机类型可以包括：永磁、感应和开关磁阻式。其中，无刷永磁同步电机可以采用圆柱形径向磁场结构或盘式轴向磁场结构，具有较高的功率密度和效率以及宽广的调速范围；感应电机结构简单、坚固耐用、成本低廉、运行可靠，转矩脉动小，噪声低，不需要位置传感器，转速极限高；开关磁阻式电机结构简单，制造成本低廉。

可选的，轮毂电机21可以包括轮轴、轮毂电机本体和磁编码器，磁编码器可以包括磁极和磁编码芯片，磁极可以与轮毂电机本体固定连接，磁编码芯片可以与轮轴固定连接，轮毂电机本体围绕轮轴转动。

当轮毂电机本体转动时，磁极同步转动，磁编码芯片将磁极的变化转换为编码信号，将编码信号输出。在实际实现时，磁编码器中的磁极可以与轮毂电机本体的侧壁固定连接；磁编码器中的磁编码芯片可以与轮轴的末端固定连接。

在一种可能的实现方式中，磁编码芯片可以采用型号为AM4096磁编码器实现；AM4096磁编码器可以感应S/N极磁铁的旋转，提供精度优于0.1度的绝对位置信息输出；AM4096磁编码器可以提供具有16个磁极(8个磁极对)的UVW(UVW为电机的三相标识)输出、增量式、绝对式、线性、转速器及正弦输出；其分辨率可达12位，即4096步/转，具有可编程零位。AM4096磁编码器可以是3.3V(或5V)低功率装置，电池工作时具有休眠模式。AM4096磁编码器的最高工作速度可达60000转/分，可适应-40℃至+125℃的温度。

当磁极转动一圈时，磁编码芯片(相当于上述磁性旋转位置传感器)可以输出4096个编码信号，或者4000个编码信号；以输出4096个编码信号为例，当磁编码模块直接与驱动轮连接时，对驱动轮的运动控制精度约为0.088度；相对于霍尔传感器，磁编码芯片可以大大提高轮毂电机的控制精度。可以理解，不同型号的磁编码芯片，可以输出不同数量的编码信号，本实施例对此不作限定。

本实用新型实施例提供的变轨距车辆，包括可变轨距转向架和两个可变轨距车轮，两个可变轨距车轮与可变轨距转向架中的车轴连接，并设置在车轴的两端；可变轨距车轮包括轮毂电机和车轮，轮毂电机安装在车轮的内侧；轮毂电机，用于驱动车轮绕车轴转动；可变轨距转向架，用于调整两个可变轨距车轮沿车轴上的相对距离。通过采用与车轮为一体的轮毂电机，直接将电能经磁场变换转换为机械能，减少了传动装置，减轻了车辆重量，增加了转向架的转向空间，扩大了轨距变化范围，实现了轨距变化的多样性，提高了车辆对于多种轨距的适应性。

可选的，轮毂电机21可以包括轮轴，轮轴同轴套设在车轴上。

可选的，轮毂电机21还可以包括电机定子和电机转子，电机定子套设在轮轴上，电机转子套设在电机定子上。

可选的，电机定子与电机转子之间填充有气隙。

图2为本实用新型提供的轮毂电机一实施例的剖面结构示意图。如图2所示，本实施例提供的轮毂电机可以包括：轮轴211、电机定子212、气隙213和电子转子214。

其中，轮轴211同轴套设在车轴上，电机定子212套设在轮轴211上，电机转子214套设在电机定子212上，电机定子212与电机转子214之间填充有气隙213。轮缘215位于最外部。

可选的，电机转子214可以与一转子托架连接，转子托架上可以设有至少一个环状凸起，轮毂上设有与环状凸起对应的环状凹陷，环状凸起与环状凹陷相互嵌套形成迷宫密封结构，轮毂电机定子设有一定轴，定轴穿过转子托架与轮毂连接。通过设置迷宫密封结构辅助连接电机和轮毂，保证了电机的工作环境相对干净，可以有效避免颗粒状粉尘和水的侵蚀而引起的各种电机故障。

可选的，电机定子212可以包括定子铁芯、定子绕组和机座，电机定子212主要用于产生旋转磁场。其中，定子绕组根据电动机的磁极数与绕组分布形成实际磁极数的关系，可以分为显极式与庶极式两种类型。其中，显极式绕组中，每个(组)线圈形成一个磁极，绕组的线圈(组)数与磁极数相等。在显极式绕组中，为了要使磁极的极性N和S相互间隔，相邻两个线圈(组)里的电流方向必须相反，即相邻两个线圈(组)的连接方式必须尾端接尾端，首端接首端，也即反接串联方式。庶极式绕组中，每个(组)线圈形成两个磁极，绕组的线圈(组)数为磁极数的一半，因为另半数磁极由线圈(组)产生磁极的磁力线共同形成。在庶极式绕组中，每个线圈(组)所形成的磁极的极性都相同，因而所有线圈(组)里的电流方向都相同，即相邻两个线圈(组)的连接方式应该是尾端接首端，即顺接串联方式。

可选的，电机转子214用于在旋转磁场中被磁力线切割进而产生并输出电流。

可选的，气隙213的宽度可以调节。例如，气隙的可调节范围可以设置为3～6mm。

本实施例提供的轮毂电机，包括轮轴、电机定子、气隙和电子转子，结构简单，可以减少传动装置，减轻车辆装置，电能直接经磁场变换转换为机械能，提高了效率。包括了本实施例提供的轮毂电机的变轨距车辆，直接将电能经磁场变换转换为机械能，减少了传动装置，减轻了车辆重量，增加了转向架的转向空间，扩大了轨距变化范围，实现了轨距变化的多样性，提高了车辆对于多种轨距的适应性。

可选的，可变轨距转向架1可以包括：导向结构和锁紧机构。

其中，导向结构可以用于控制可变轨距车轮沿车轴轴向移动，锁紧机构可以用于将可变轨距车轮锁定在指定位置。

可选的，导向结构可以包括开设在车轴上轴向设置的键槽，可轴向移动的可变轨距车轮与车轴之间间隙配合并通过花键连接，花键可以设置在键槽内。

可选的，可以设置多条键槽。例如，可以均匀设置六条键槽。

可选的，在可变轨距车轮外端部可以设置防尘橡胶罩，可以对车轮外端起到防尘保护作用。

可选的，该锁紧机构设置在车轮轮毂与车轴之间用将车轮锁定在车轴上的不同位置而调整两个车轮之间的距离，车轴上设有导引车轮轴向移动的导向结构，导向结构将车轮调整至指定位置后，由锁紧机构将车轮锁定在该指定位置。可以根据不同的轨距，移动车轮至需要的位置，并通过锁紧机构锁紧在该位置，即可实现变轨距，同时保证了轮对有足够的灵活性、可靠性及准确性。

可选的，锁紧机构可以包括：

套装在车轴上的固定套筒；

套装在固定套筒上的缓解套筒；

设置在缓解套筒与固定套筒之间的复位元件；

固定套筒开有径向通孔，该径向通孔内装有限位滚珠；

缓解套筒内壁面上开有上凹槽，可变轨距车轮轮毂的外壁面上开有至少两个轴向位置不同的下凹槽。

可选的，固定套筒和缓解套筒靠近可变轨距车轮的一端设有套装在可变轨距车轮轮毂上的卡盘。

可选的，缓解套筒的内壁具有阶梯面，固定套筒的外壁面开有环形凸台，复位元件设置在缓解套筒的阶梯面与固定套筒的环形凸台之间。

可选的，复位元件可以为复位弹簧。

可选的，上凹槽和下凹槽均可以为环形的球面凹槽。

图3为本实用新型提供的锁紧机构一实施例的剖面结构示意图。如图3所示，本实施例提供的锁紧机构可以包括：车轴11、固定套筒12、缓解套筒13、限位滚珠14、卡盘15、复位元件16和花键17。

其中，固定套筒12套装在车轴11上，缓解套筒13套装在固定套筒12上，在缓解套筒13与固定套筒12之间设置有复位元件16，固定套筒12开有径向通孔，该径向通孔内装有限位滚珠14，缓解套筒13内壁面上开有上凹槽，可变轨距车轮轮毂的外壁面上开有至少两个轴向位置不同的下凹槽。固定套筒13和缓解套筒12靠近可变轨距车轮的一端设有套装在可变轨距车轮轮毂上的卡盘15，可变轨距车轮2与车轴11之间间隙配合并通过花键17连接。缓解套筒13内壁面上开有上凹槽，可变轨距车轮轮毂的外壁面上开有至少两个轴向位置不同的下凹槽。

可选的，固定套筒12和缓解套筒13靠近可变轨距车轮2的一端设有套装在可变轨距车轮轮毂上的卡盘15。

可选的，缓解套筒13的内壁具有阶梯面，固定套筒12的外壁面开有环形凸台，复位元件16设置在缓解套筒13的阶梯面与固定套筒的12环形凸台之间。

可选的，复位元件16可以为复位弹簧。

可选的，上凹槽和下凹槽均可以为环形的球面凹槽。

本实施例中的卡盘15设定缓解套筒13的回复终点位置，并对固定套筒12和可变轨距车轮配合面起到保护作用，代替了单一功能的卡环。

本实施例中，可变轨距车轮2与车轴11通过花键连接，解锁后，可变轨距车轮2可在花键17的轴向引导下移动，达到改变轨距的目的，结构更加合理、紧凑。将限位球面凹槽设置在内侧车轮轮辋上，作为变轨距过程中不同轨距的卡位。

当可变轨距车轮沿轴向移动时，缓解套筒13的上凹槽与至少两个下凹槽配合使限位滚珠14的上部位于上凹槽内、限位滚珠14的下部位于不同的下凹槽内而将车轮锁定在至少两个不同的位置。由此，限位滚珠14通过间隙配合安装在圆柱孔内，并与车轮轮毂上的球面凹槽配合，起到锁紧车轮的作用。缓解套筒13内壁上的下凹槽在车轮锁紧机构解锁时起到释放限位滚珠14的作用。

锁紧机构通过复位元件16实现自动复位功能，复位元件16提供锁紧机构重新锁紧后缓解套筒13的回复力。

本实施例提供的锁紧机构包括车轴、固定套筒、缓解套筒、限位滚珠、卡盘、复位元件和花键，结构紧凑合理，通过限位滚珠与上、下凹槽的配合，实现了锁紧车轮的作用。

本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其，对于设备或系统实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述得比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的范围。