跨座式单轨车辆的驱动结构的制作方法
【专利摘要】本实用新型公开了跨座式单轨车辆的驱动结构，采用永磁电机取代交流三相异步电机，节能降耗，在满足车辆正常运行的情况下，驱动电机的重量和外形尺寸大大减小；且该永磁电机内部设置有防过载结构，防止电机过载时对传动系统造成损坏，从而取消联轴节传动装置，这样驱动与传动系统连接更紧凑，在保证车辆正常运行的情况下，节约空间，方便转向架上其他机构的结构形式及功能的实现。
【专利说明】
跨座式单轨车辆的驱动结构
技术领域
[0001]本实用新型涉及跨座式单轨列车的转向架技术领域，特别涉及一种跨座式单轨列车转向架的驱动结构。
【背景技术】
[0002]跨座式单轨交通是一种典型的城市轨道交通制式，具有地形适应性强、爬坡能力大、转弯半径小、土地资源占用少、噪音低、建设周期短、造价低等独特优势。在多制式城轨交通中，高架线路运行综合优势明显。独特的优势决定该制式有着进一步推广和广泛应用的空间。
[0003]但是由于跨座式单轨列车的转向架技术是2004年从日本引进，至今依然停留在日本20世纪80年代的技术水平，电机采用交流三相异步电机，为满足车辆的输出功率及扭矩，消耗大量电能，且其外形尺寸庞大，重量大，不能满足日益提高的节能环保的要求。
[0004]现有结构中，交流三相异步电机作为驱动电机，运用联轴节与传动系统相连，此种连接方式占用转向架的较大空间，限制了转向架上相应机构的结构形式。
【实用新型内容】
[0005]有鉴于此，本实用新型提供了一种跨座式单轨车辆的驱动结构，采用永磁电机取代交流三相异步电机作为跨座式单轨车辆的驱动电机，节能降耗，在满足车辆正常运行的情况下，驱动电机的重量和外形尺寸大大减小。
[0006]为实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案:
[0007]跨座式单轨车辆的驱动结构，包括布置于转向架上的永磁电机;所述永磁电机内部设置有防过载结构，所述永磁电机的输出轴与所述传动系统的输入轴通过齿轮啮合。
[0008]优选的，其特征在于，所述防过载结构为所述永磁电机的转子与所述输出轴之间的柔性连接结构。
[0009]优选的，所述柔性连接结构包括摩擦环;所述转子与所述摩擦环通过键槽配合，所述输出轴与所述摩擦环过盈配合。
[0010]优选的，所述摩擦环的外圆周面设置有平键，所述转子的内圆周面设置有相应的键槽。
[0011]优选的，所述平键的数量为三个，间隔120°设置在所述摩擦环的外圆周面。
[0012]优选的，所述永磁电机的输出轴平行于所述传动系统的输入轴。
[0013]优选的，所述永磁电机的壳体与所述传动系统的壳体固定连接。
[0014]优选的，所述永磁电机的壳体与所述传动系统壳体的通过螺栓和/或螺钉连接。
[0015]从上述的技术方案可以看出，本实用新型提供的跨座式单轨车辆的驱动结构，采用永磁电机取代交流三相异步电机，节能降耗，在满足车辆正常运行的情况下，驱动电机的重量和外形尺寸大大减小;且该永磁电机内部设置有防过载结构，防止电机过载时对传动系统造成损坏，从而取消联轴节传动装置，这样驱动与传动系统连接更紧凑，在保证车辆正常运行的情况下，节约空间，方便转向架上其他机构的结构形式及功能的实现。
【附图说明】
[0016]为了更清楚地说明本实用新型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地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，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附图。
[0017]图1为本实用新型实施例提供的永磁电机在跨座式单轨列车上的布置图；
[0018]图2为本实用新型实施例提供的电机内部防过载结构的端面示意图；
[0019]图3为本实用新型实施例提供的电机内部防过载结构的径面剖视示意图。
[0020]其中，I为永磁电机的定子;2为永磁电机的转子;3为永磁电机的输出轴;4为减速机构;5为转向架的宽侧梁;6为摩擦环。
【具体实施方式】
[0021]本实用新型公开了跨座式单轨车辆的驱动结构，采用永磁电机取代交流三相异步电机作为跨座式单轨车辆的驱动电机，节能降耗，在满足车辆正常运行的情况下，驱动电机的重量和外形尺寸大大减小。
[0022]下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
[0023]请参阅图1-图3，图1为本实用新型实施例提供的永磁电机在跨座式单轨列车上的布置图；图2为本实用新型实施例提供的电机内部防过载结构的端面示意图；图3为本实用新型实施例提供的电机内部防过载结构的径面剖视示意图。
[0024]本实用新型实施例提供的跨座式单轨车辆的驱动结构，其核心改进点在于，包括布置于转向架上的永磁电机;且永磁电机内部设置有防过载结构，该永磁电机的输出轴3直接连接于传动系统的输入轴，两者齿轮啮合。
[0025]永磁电机与传统电励磁电机唯一区别为传统的电励磁电机是通过在励磁绕组中通入电流来产生磁场的，而永磁电机是通过永磁体来建立磁场，并由此引起两者分析方法存在差异。
[0026]永磁电机取消了磁力绕组，用永磁体取代，磁场稳定性，提高了电机可靠性。交流三相异步电机在驱动负载时，很少情况是在满功率运行，这是因为:一方面用户在电机选型时，一般是依据负载的极限工况来确定电机功率，而极限工况出现的机会是很少的，同时，为防止在异常工况时烧损电机，用户也会进一步给电机的功率留裕量;另一方面，设计者在设计电机时，为保证电机的可靠性，通常会在用户要求的功率基础上，进一步留一定的功率裕量，这样导致电机在60%的负荷下工作时，效率下降15%，功率因数下降30%，能力指标下降40%。而永磁电机的效率和功率因数下降甚微，当电机只有20%负荷时，其能力指标仍能为满负荷80%以上。
[0027]永磁电机起动力矩大，较好地解决了目前存在的“大马拉小车”的现象，节省了设备的投入费用，提高了系统的运行效能。例如可以用较小容量的37KW永磁电机代替较大容量45-55KW的Y系列电机。
[0028]由于永磁电机的磁场是由永磁体产生的，从而避免通过励磁电流来产生磁场而导致的励磁损耗(铜耗)；普通电机在运作的时候首先需要励磁才能开始运转，在启动的时候是最耗电能的，普通的电机需要消耗大量的励磁电流，而永磁电机彻底去掉了励磁线圈，运行起初不用耗大量的电能先去励磁，直接靠它本身的永磁体就能很快而且节能的启动，由于他去掉了励磁线圈，在运行中也会省去转动时的它所要消耗的那部分电能，能节能。
[0029]永磁电机电流小，电机定子铜耗降低，更节能，电机配套的电源，如逆变器，变压器等，容量可以更低，同时其他辅助配套设施如开关，电缆等规格可以更小，相应系统运行成本更低。在电机配套系统允许的情况下，可以将电机的极数设计的更高，相应电机的体积可以做得更小，电机的直接材料成本更低。
[0030]转子无电阻损耗，定子绕组几乎不存在无功电流，因而电机温升低，同体积、同重量的永磁电机功率可提高30%左右；同功率容量的永磁电机体积、重量、所用材料可减少30%。采用永磁电机运用于跨座式单轨车辆，可以降低供电电压(目前跨座式单轨供电电压采用DC1500V，采用永磁电机后供电电压可采用DC750V)，某一款跨座式单轨车辆通过计算米用永磁电机后，比米用交流二相异步电机重量降低约70%，体积减小60%。
[0031]目前跨座式单轨采用交流三相异步电机输出后，采用联轴节将动力传递给减速箱，采用联轴节的作用主要是传递速度、扭矩，还有一个作用就是在电机短路过载时，对驱动传动系统的一个保护作用。采用永磁电机可以在电机内部设置防过载装置，防止电机过载时对传动系统造成损坏，从而取消联轴节传动装置，这样驱动与传动系统连接更紧凑，在保证车辆正常运行的情况下，节约空间，方便转向架上其他机构的结构形式及功能的实现。
[0032]过载保护的实现方式有很多种，比如在电机主电路中设置热继电器。作为优选，防过载结构为设置在永磁电机的转子2与输出轴3之间的柔性连接结构。当电机短路、过载，转速超出电机额定转速时，转子2与电机输出轴3发生相对运动，从而避免过高转速的输出造成对电机及传动系统的损坏，起到取代联轴节的功能。
[0033]在本方案提供的具体实施例中，柔性连接结构包括摩擦环6;转子2与摩擦环6通过键槽过盈配合，输出轴3与摩擦环6过盈配合。此防过载原理是运用过盈摩擦的自我保护功能。电机输出轴3与摩擦环6过盈配合，通过控制过盈量以及接触面的摩擦系数来控制电机输出轴3与摩擦环6发生相对运动的负荷。摩擦环6与电机输出轴3发生相对运动，优先磨损摩擦环6(通过提高输出轴3接触面的表面硬度)，摩擦产生的热量大部分通过输出轴3传递到外部，少部分直接通过空气存在于电机内部，由于永磁电机永磁体对温度比较敏感，此部分热量可以通过电机内部冷却系统进行控制(温升过快，加快电机冷却系统内、夕卜部循环)，从而保证永磁体在许用的温度环境下正常工作。过载后，电机只需更换摩擦环6即可重新使用。当然，上述柔性连接结构还可以通过滚珠式扭矩限制器实现。
[0034]为了进一步优化上述的技术方案，摩擦环6的外圆周面设置有平键，转子2的内圆周面设置有相应的键槽。平键在转子2工作时通过剪切力传递动力和扭矩，能够满足电机正反转的要求。
[0035]在本方案提供的具体实施例中，平键的数量为三个，间隔120°设置在摩擦环6的外圆周面，转子2内圆周相应的位置分别开设有三个键槽，其结构可以参照图2所示。本领域技术人员还能够实际需要设计其他形式关于轴线中心对称的键槽结构，在此不再赘述。
[0036]现有的结构中，三相异步电机与具有伞齿轮的变速齿轮箱通过联轴节相连，此时电机轴与变速箱的输入轴是相互垂直的。为了进一步优化上述的技术方案，使永磁电机的输出轴3平行于传动系统的传动轴，结构紧凑，传动效率高，动力损失小。传动系统的传动轴包括其输入轴和输出轴，还可以是两者之间的其他轴，上述各轴均为平行设置。具体的，如图1所示，永磁电机的输出轴3与传动系统中减速机构4的输入轴共线。
[0037]另外，目前的电机和变速箱是分别安装在转向架上的。在本方案中，变速箱固定转向架上，将永磁电机的壳体与传动系统的壳体固定连接，即永磁电机是通过传动系统(如变速箱)固定安装在转向架上的。此时，电机与减速机构4形成一个整体，当车体受到冲击时，永磁电机与减速机构4的跳动幅度和跳动节奏一致，避免齿轮之间发生错位，避免电机与齿轮箱之间产生异响，提高转向架的抗冲击能力。
[0038]作为优选，永磁电机的壳体与传动系统壳体的通过螺栓和/或螺钉固定连接。其结构可以参照图1所示，减速机构4安装在转向架的宽侧梁5上，永磁电机与减速机构4固定连接，可以设置在转向架内侧或者外侧(优选)。
[0039]传动系统有多种结构形式。在本方案提供的具体实施例中，永磁电机的输出轴3直接连接于传动系统中减速机构4的输入轴，两者通过齿轮啮合。
[0040]本实用新型实施例还提供给了一种应用上述驱动结构的转向架，和应用上述转向架的跨座式单轨车辆。
[0041]通过上述结构，在保证车辆正常运行的情况下，节约了很多的空间，方便转向架上其他机构的结构形式及功能的实现。在本实施方案中设置了抗侧滚扭杆机构(图中未示出)，提升跨座式单轨车辆运行的可靠性、舒适性。
[0042]综上所述，本实用新型实施例提供的跨座式单轨车辆的驱动结构，采用永磁电机取代交流三相异步电机作为驱动，节能降耗，在满足车辆正常运行的情况下，驱动电机的重量和外形尺寸大大减小;且该永磁电机内部设置有防过载结构，防止电机过载时对传动系统造成损坏，从而取消联轴节传动装置，这样驱动与传动系统连接更紧凑，在保证车辆正常运行的情况下，节约空间，方便转向架上其他机构的结构形式及功能的实现。
[0043]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。
[0044]对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本实用新型。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本实用新型的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本实用新型将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
【主权项】
1.跨座式单轨车辆的驱动结构，其特征在于，包括布置于转向架上的永磁电机;所述永磁电机内部设置有防过载结构，所述永磁电机的输出轴(3)与传动系统的输入轴通过齿轮啮合。2.根据权利要求1所述的跨座式单轨车辆的驱动结构，其特征在于，所述防过载结构为所述永磁电机的转子(2)与所述输出轴(3)之间的柔性连接结构。3.根据权利要求2所述的跨座式单轨车辆的驱动结构，其特征在于，所述柔性连接结构包括摩擦环(6);所述转子(2)与所述摩擦环(6)通过键槽配合，所述输出轴(3)与所述摩擦环(6)过盈配合。4.根据权利要求3所述的跨座式单轨车辆的驱动结构，其特征在于，所述摩擦环(6)的外圆周面设置有平键，所述转子(2)的内圆周面设置有相应的键槽。5.根据权利要求4所述的跨座式单轨车辆的驱动结构，其特征在于，所述平键的数量为三个，间隔120°设置在所述摩擦环(6)的外圆周面。6.根据权利要求1-5任意一项所述的跨座式单轨车辆的驱动结构，其特征在于，所述永磁电机的输出轴(3)平行于所述传动系统的传动轴。7.根据权利要求1-5任意一项所述的跨座式单轨车辆的驱动结构，其特征在于，所述永磁电机的壳体与所述传动系统的壳体固定连接。8.根据权利要求7所述的跨座式单轨车辆的驱动结构，其特征在于，所述永磁电机的壳体与所述传动系统壳体的通过螺栓和/或螺钉连接。
【文档编号】B61C3/00GK205498932SQ201521142948
【公开日】2016年8月24日
【申请日】2015年12月31日
【发明人】张洋, 杨百岭, 丁治雨, 伯均华, 吕红, 王舜, 寇文娟, 赵鹏
【申请人】重庆长客轨道车辆有限公司