轴端发电机组件、轴端发电机、车辆转向架及其组装方法与流程

本发明涉及轴端发电装置，尤其涉及轴端发电机组件、轴端发电机、包括该轴端发电机的车辆转向架、车辆转向架的组装方法。

背景技术：

随着铁路机车的发展，越来越多的传感器和机电部件被应用在铁路机车上，电力解决方案成为一个重要需求。为此，提出了(盘式或筒式)轴端发电机作为铁路机车的电力供给源。

当转向架在车轴的轴向有小的游隙时，盘式发电机的输出功率稳定。当转向架在车轴的径向有小的游隙时，筒式发电机的输出功率稳定。然而，当具有传统承载鞍的转向架在车轴的径向和轴向都有大的游隙时，它增加了轴端发电机的安装困难，特别是对于盘式发电机。

在现有的铁路轴端发电机中，转子直接安装到轴端，而定子安装到轴箱或承载鞍。另外，转子、定子、端盖等常常在发电机组件提供商处生产，而在整机厂商的车间组装。对于整机厂商来说，装配流程长、操作复杂、公差控制要求严格。这是因为，需要精确地控制制造公差和装配公差才能确保转子和定子的相对位置。

通常，在铁路机车行驶期间，车轴与轴箱或车轴与承载鞍之间的游隙会发生变化，这使得定子和转子之间的气隙发生变化，从而影响轴端发电机的运行和稳定电力的供应。例如，车轴与轴箱或车轴与承载鞍之间的游隙的变化会导致转子和定子之间的气隙变动，甚至产生转子和定子之间的刮擦。

技术实现要素：

鉴于上述现有技术中存在的问题，本发明提出了轴端发电机组件、轴端发电机、包括该轴端发电机的车辆转向架、车辆转向架的组装方法。该轴端发电机组件减轻或消除了车轴与轴箱或车轴与承载鞍之间的轴向游隙对轴端发电机造成的不利影响。

提供一种轴端发电机组件，其包括：

压紧端盖，其被构造成能够安装到车辆的车轴而与所述车轴一起旋转；以及

轴端发电机，其包括转子和定子，所述定子被构造成能够固定安装到车辆的转向架的固定部，

其中，所述压紧端盖包括沿所述轴端发电机的轴向延伸的第一轴向插接构件，所述轴端发电机包括与所述转子非转动连接的沿所述轴向延伸的第二轴向插接构件，所述第一轴向插接构件和所述第二轴向插接构件被构造成能够彼此轴向插接成：所述第一轴向插接构件和所述第二轴向插接构件能够彼此相对轴向移动而实质上不能相对转动。

在至少一个实施方式中，所述第一轴向插接构件包括类插销结构，该类插销结构的横截面为非圆形，所述第二轴向插接构件包括与所述类插销结构形状匹配的轴向孔，或者

所述第二轴向插接构件包括类插销结构，该类插销结构的横截面为非圆形，所述第一轴向插接构件包括与所述类插销结构形状匹配的轴向孔。

在至少一个实施方式中，所述第一轴向插接构件包括多个插销，所述第二轴向插接构件包括能够分别与所述插销轴向插接的多个轴向孔，或者

所述第二轴向插接构件包括多个插销，所述第一轴向插接构件包括能够分别与所述插销轴向插接的多个轴向孔。

在至少一个实施方式中，所述第一轴向插接构件为第一花键构件，所述第二轴向插接构件为第二花键构件。

在至少一个实施方式中，所述压紧端盖包括：盘状的第一安装部，其被构造成能够安装到所述车轴的轴端；以及沿所述车轴的轴向从所述第一安装部伸出的所述第一轴向插接构件。

在至少一个实施方式中，所述压紧端盖还包括：多个螺钉孔，所述多个螺钉孔围绕所述第一轴向插接构件地设置于所述第一安装部；第一环状凸条，其从所述第一安装部的外周缘远离所述第一轴向插接构件地延伸，

其中，在通过穿过所述螺钉孔的螺钉将所述压紧端盖安装到所述轴端时，所述第一环状凸条的轴向远端面压抵所述车轴的轴端面。

在至少一个实施方式中，所述压紧端盖形成为单件式结构。

在至少一个实施方式中，所述第一花键构件为外花键轴，所述第二花键构件为内花键套，或者

所述第一花键构件为内花键套，所述第二花键构件为外花键轴。

在至少一个实施方式中，所述转子包括转子铁芯，所述第二轴向插接构件一体地形成于所述转子铁芯。

在至少一个实施方式中，所述转子和所述定子经由轴承彼此定位。

在至少一个实施方式中，所述轴端发电机还包括被构造成容纳所述转子和所述定子的至少主要部分的壳体，所述定子固定安装于所述壳体，所述转子经由轴承能转动地安装于所述壳体。

在至少一个实施方式中，所述轴端发电机为筒式发电机，所述定子至少部分地围绕所述转子。

在至少一个实施方式中，所述壳体包括壳体主体和端盖，所述转子在其轴向一端经由第一轴承支撑于所述壳体主体，所述转子在其轴向另一端经由第二轴承支撑于所述端盖。

在至少一个实施方式中，所述第二轴承在所述第二轴向插接构件的外周面支撑所述转子。

在至少一个实施方式中，所述定子通过热装而与所述壳体主体形成过盈配合。

在至少一个实施方式中，所述壳体被构造成能够经由所述壳体上的第二安装部固定安装到所述转向架的轴箱或承载鞍，所述端盖包括被构造成能够与所述轴箱或所述承载鞍形成配合的第二环状凸条。

在至少一个实施方式中，所述轴端发电机组件还包括固定安装到所述壳体上的外壳，所述外壳包括第三安装部，所述第三安装部被构造成能够固定安装到所述转向架的轴箱或承载鞍。

在至少一个实施方式中，所述轴端发电机为盘式发电机。

在至少一个实施方式中，所述第二轴向插接构件与所述转子的转子铁芯独立地形成后安装到所述转子铁芯。

在至少一个实施方式中，所述第一轴向插接构件为花键轴，所述第二轴向插接构件为花键套，所述花键套经由多个沿径向延伸的螺钉固定到所述转子的朝向所述压紧端盖延伸的轴。

提供一种轴端发电机，其包括转子和定子，所述定子被构造成能够固定安装到车辆的转向架的固定部，

其中，所述轴端发电机还包括与所述转子非转动连接的、能够与形成于车轴或者与所述车轴非转动连接的第一轴向插接构件轴向插接的第二轴向插接构件，所述第一轴向插接构件和所述第二轴向插接构件被构造成能够彼此轴向插接成：所述第一轴向插接构件和所述第二轴向插接构件能够彼此相对轴向移动而实质上不能相对转动。

提供一种车辆转向架，其包括根据本发明的轴端发电机。

一种车辆转向架的组装方法，其用于在车辆转向架中组装根据本发明的轴端发电机组件，所述组装方法包括如下步骤：

将所述压紧端盖安装到所述车轴；以及

在使所述第一轴向插接构件和所述第二轴向插接构件轴向插接的状态下，将所述轴端发电机安装到所述转向架的轴箱或承载鞍。

在至少一个实施方式中，在所述定子和所述转子预安装在所述轴端发电机的壳体内的情况下，将所述轴端发电机安装到所述轴箱或所述承载鞍。

在本发明的轴端发电机组件中，通过轴向插接结构实现车轴到发电机的转子的扭矩传递。在发电机工作时，轴向插接结构在可靠地传递转矩的同时允许车轴和轴箱(固定部)或车轴和承载鞍(固定部)之间的轴向相对移位，使得该相对位移不会影响转子和定子之间的(轴向)相对位置。因而，在本发明的轴端发电机组件中，可以提高发电机的发电效率。

在本申请中，转向架的固定部是指转向架的不随车轴转动的部分。换言之，在车辆运行期间，车轴相对于该固定部转动。该固定部包括但不限于支撑于车轴的轴箱或承载鞍。

附图说明

图1示出了根据本发明的一个实施方式的轴端发电机组件的轴向截面图，其中省略了用于安装轴端发电机的外壳。

图2示出了根据本发明的一个实施方式的轴端发电机组件的立体图。

图3示出了根据本发明的一个实施方式的发电机的轴向截面图。

图4a至图4e示出了根据本发明的一些变型例的轴向插接结构的横截面图。

附图标记说明

10轴端发电机；11内花键套；111内花键；13端盖；131端盖的螺钉孔；132、133、136端盖的环状凸条；134中央凹陷部；135中央孔；14壳体主体；141壳体主体的螺钉孔；142壳体主体的环状凸条；143环形台阶；144壳体主体的底壁；145壳体主体的周壁；15转子；151转子铁芯；152磁体；153凸出轴；155薄部；16定子；161定子铁芯；162线圈；17第一轴承；18第二轴承；20压紧端盖；21压紧端盖的安装部；22外花键轴；221外花键；23压紧端盖的环状凸条；231轴向远端面；25压紧端盖的螺钉孔；30外壳；31外壳的周壁；32凸耳；321凸耳的安装孔；

a轴向；r径向；

22a、22b、22c、22d、22e第一轴向插接结构；11a、11b、11c、11d、11e第二轴向插接结构；111a、111b、222c、222d、111e轴向孔。

具体实施方式

下面参照附图描述本发明的示例性实施方式。应当理解，这些具体的说明仅用于示教本领域技术人员如何实施本发明，而不用于穷举本发明的所有可行的方式，也不用于限制本发明的范围。

本发明描述了轴端发电机组件、轴端发电机、包括该轴端发电机的车辆转向架、车辆转向架的组装方法。

在图1和图3中，a表示轴端发电机(以下，也简称为“发电机”)10的轴向，应当理解，发电机10的轴向a与本发明的轴端发电机组件所要安装到的车轴的轴向、压紧端盖20的轴向，发电机10的转子15、定子16的轴向沿相同的方向延伸。r表示发电机10的径向，径向r与轴向a垂直。

应当理解，在图1中仅概略性地示出了发电机10，而未示出发电机10的内部结构。图1至图3中的部分结构有所差别，这些结构差别不是必须的并且可以适当地替换或组合。

首先，参照图1至图3说明根据本发明的实施方式的轴端发电机组件的概略构造。该轴端发电机组件包括发电机10、压紧端盖20和外壳30。

发电机10包括转子15、定子16和壳体。壳体包括壳体主体14和端盖13，壳体主体14和端盖13可以沿轴向a彼此配合。转子15和定子16的至少主要部分收纳在壳体主体14和端盖13围成的内腔中。转子15经由第一轴承17、第二轴承18而由壳体主体14和端盖13可转动地支撑。定子16可以例如热装到壳体主体14中，从而通过过盈配合相对于壳体主体14保持固定。在转子15的中央部位形成内花键套11。内花键套11的内周面的形成内花键111的凸条和凹槽沿着发电机10的轴向a延伸。

压紧端盖20包括盘状的安装部21(第一安装部)和从安装部21的中央沿轴向a伸出的外花键轴22。安装部21中设置有多个螺钉孔25，可以经由穿过螺钉孔25的螺钉将压紧端盖20安装到车轴。外花键轴22的至少远端部分形成有外花键221，形成外花键221的凸条和凹槽沿着发电机10的轴向a延伸。外花键221可以与转子15的内花键套11的内花键111配合。通过外花键轴22和内花键套11的精密滑动配合，可以吸收车轴和轴箱或车轴和承载鞍之间的轴向a上的制造公差和装配公差。同时，外花键轴22和内花键套11之间的可以相对轴向移动的滑动配合可以吸收铁路机车工作时车轴和轴箱或车轴和承载鞍之间的相对轴向移位。

外壳30可以用于容纳发电机10。外壳30可以通过螺栓/螺钉等各种部件或手段相对于发电机10的壳体主体14和端盖13固定地安装到发电机10。外壳30用于将发电机10安装到围绕或部分围绕车轴设置的轴箱或承载鞍。

下面，参照图1至图3说明根据本发明的一个实施方式的轴端发电机组件的进一步的结构细节。

壳体主体14为包括底壁144和周壁145的带底的大致圆筒状结构。底壁144的中央部位设置有朝向端盖13伸出的环状凸条142，环状凸条142用于支撑第一轴承17的外圈。周壁145中设置有多个螺钉孔141。在周壁145的内周面设置有环形台阶143，用于对定子16进行轴向限位。

端盖13为带中央孔135的大致圆盘状。中央孔135用于允许压紧端盖20的外花键轴22插入到转子15的内花键套11中。如图3所示，内花键套11的一部分可以穿过中央孔135。这缩短了转子15与压紧端盖20之间的轴向距离，进而减小了轴端发电机组件的轴向尺寸。

端盖13包括朝向壳体主体14伸出的环状凸条132，环状凸条132用于支撑第二轴承18的外圈。端盖13还包括设置于其外周部的多个螺钉孔131，可以通过穿过壳体主体14的螺钉孔141而螺纹连接到螺钉孔131的螺钉将壳体主体14和端盖13固定在一起。当然，本发明不限于此。

端盖13还包括位于螺钉孔131的内周侧的朝向壳体主体14伸出的环状凸条133。环状凸条133可以用于支撑壳体主体14的周壁145的远端部，用于安装螺钉之前实现壳体主体14和端盖13之间的相对定位。端盖13还包括远离壳体主体14地沿轴向a伸出的环状凸条136(第二环状凸条)。环状凸条136用于与轴箱的凹槽安装为小间隙配合，从而实现轴箱和发电机10之间的高精度的同轴装配。该环状凸条136可以包括例如15度左右的倒角，这便于将环状凸条136插入到轴箱的凹槽中。

如图1和图2所示，在一个非限制性的示例中，端盖13包括在其面对压紧端盖20的一侧形成的中央凹陷部134，中央凹陷部134朝向壳体主体14侧凹陷。转子15的外花键套11可以从该中央凹陷部134的底面朝向压紧端盖20的安装部21伸出。中央凹陷部134可以容纳用于将压紧端盖20安装到轴端的螺钉的头部的至少一部分，从而在防止该螺钉与发电机10干涉的同时减小轴端发电机组件的轴向尺寸。如图3所示，该中央凹陷部134不是必需的。

转子15包括转子铁芯151和安装到转子铁芯151的外周部的磁体152。转子铁芯151的中央部包括朝向壳体主体14的底壁144凸出的凸出轴153和朝向端盖13伸出的内花键套11。凸出轴153用于支撑第一轴承17的内圈，内花键套11的外周面支撑第二轴承18的内圈。这样，经由第一轴承17和第二轴承18将转子15的轴向两端可转动地支撑于壳体主体14和端盖13。

转子铁芯151包括轴向厚度较小的薄部155，用于减轻转子15的重量。

定子16为大致圆筒状，并包括定子铁芯161和安装到定子铁芯161的线圈162。应当理解，本发明不限于转子15包括磁体而定子16包括线圈。转子15包括线圈而定子16包括磁体也是可以的。

如图1和图2所示，在一个非限制性的示例中，压紧端盖20还包括从安装部21的外周缘沿轴向a朝向外花键轴22所在侧的相反侧伸出的环状凸条23(第一环状凸条)。在通过穿过螺钉孔25的螺钉将压紧端盖20安装到车轴的轴端时，环状凸条23的轴向远端面231压紧车轴的轴端面。与将安装部21的主表面安装到轴端面相比，更容易保证环状凸条23的轴向远端面231的平面度，从而更容易实现压紧端盖20到车轴的可靠的固定安装。

如图2所示，外壳30包括周壁31和从周壁31的轴向一端朝向径向外侧伸出的多个(图2中为四个)凸耳32(第三安装部)。凸耳32中设置有安装孔321，可以通过穿过安装孔321的螺钉或螺栓(和螺母)将外壳30安装到围绕车轴设置的轴箱或承载鞍。

应当理解，凸耳32的数量不限于图中的四个，但是优选为两个、三个或更多个。例如，在将外壳30安装到部分围绕车轴设置的承载鞍时，可以设置两个凸耳32。

考虑到轴端发电机的工作环境通常比较恶劣，外壳30为发电机10提供了进一步的保护。而且，通过仅改变外壳30的结构就可以把相同的发电机10安装到不同结构的诸如轴箱或承载鞍的固定部，这提高了本发明的轴端发电机的适应性。然而，可以通过例如将凸耳32直接设置在端盖13上而省略外壳30。

在组装包括该轴端发电机的转向架时，将压紧端盖20安装到车轴，并且，在使外花键轴22和内花键套11形成花键接合的状态下，将发电机10安装到转向架的轴箱或承载鞍。在本申请中，首先组装好发电机10再将整个发电机10安装到轴箱或承载鞍。换言之，在定子16和转子15预安装在发电机10的壳体内的情况下，将发电机10安装到轴箱或承载鞍。

下面说明本发明的上述实施方式的部分有益效果。

如上所述，在本实施方式中，不是将轴端发电机的各部件分开地安装到车轴和轴箱或车轴和承载鞍，而是将发电机10装配成一个整体，将整个发电机10安装于轴箱或承载鞍。这便于发电机组件的运输，简化了整机厂的安装过程，在整机厂不需要特殊的工装夹具来安装轴端发电机组件。

由于将发电机10装配成一个整体，定子16和转子15之间的气隙是固定的。定子16和转子15之间的相对旋转通过轴承保证，通过花键结构由车轴带动转子15旋转。花键结构允许车轴和发电机10之间的轴向相对位移，避免了由于车轴和轴箱或车轴和承载鞍的制造公差和安装公差对定子和转子之间的相对位置造成影响。因而，特别是在发电机呈现为盘式发电机的情况下，可以减小转子和定子之间的气隙，提高发电机的发电效率。在发电机10工作时，花键结构在可靠地传递转矩的同时允许车轴和轴箱或车轴和承载鞍之间的轴向相对移位。发电机10的电力输出不受车轴和轴箱或车轴和承载鞍之间的间隙或相对位移的影响，电力输出稳定。

本发明的花键结构占用的空间小，为发电机10留下了更多的有效空间，便于磁体和线圈的布置。

本发明的上述轴端发电机组件不需要改变现有的转向架的结构。

应当理解，上述实施方式仅是示例性的，不用于限制本发明。本领域技术人员可以在本发明的教导下对上述实施方式做出各种变型和改变，而不脱离本发明的范围。例如：

(1)在上述实施方式中，在压紧端盖20上形成外花键轴22而在转子15上形成内花键套11。这样充分利用了转子15的径向内部的空间，减小了轴端发电机组件的轴向尺寸。然而，本发明不限于此。例如，可以在压紧端盖20上形成内花键套而在转子15上形成外花键轴。

压紧端盖20的外花键轴或内花键套构成本申请中的第一花键构件(第一轴向插接构件)，转子15的内花键套或外花键轴构成本申请中的第二花键构件(第二轴向插接构件)。

花键结构仅是本发明的轴向插接结构的一个示例。本领域技术人员在本发明的教导下还可以想到许多其它类型的轴向插接结构，该轴向插接结构能够将车轴的转动传递到发电机的转子，同时允许车轴和发电机的转子之间的轴向距离发生改变。

例如，如图4a所示，压紧端盖20的朝向发电机的一侧设置有第一轴向插接构件22a，该第一轴向插接构件22a为大致插销形式并且具有长圆形的横截面。转子15的朝向车轴的一侧设置有第二轴向插接构件11a，该第二轴向插接构件11a具有与第一轴向插接构件22a适配的横截面为长圆形的轴向孔111a。

如图4b所示，在另一示例中，压紧端盖20的朝向发电机的一侧设置有第一轴向插接构件22b，该第一轴向插接构件22b为大致插销形式并且具有椭圆形的横截面。转子15的朝向车轴的一侧设置有第二轴向插接构件11b，该第二轴向插接构件11b具有与第一轴向插接构件22b适配的横截面为椭圆形的轴向孔111b。

如图4c所示，在另一示例中，压紧端盖20的朝向发电机的一侧设置有第一轴向插接构件22c，该第一轴向插接构件22c具有横截面为三角形的轴向孔222c。转子15的朝向车轴的一侧设置有第二轴向插接构件11c，该第二轴向插接构件11c为大致插销形式并且具有三角形的横截面。该第一轴向插接构件22c和第二轴向插接构件11c构成上述轴向插接结构。

如图4d所示，在另一示例中，压紧端盖20的朝向发电机的一侧设置有第一轴向插接构件22d，该第一轴向插接构件22d具有横截面为大致四边形的轴向孔222c。转子15的朝向车轴的一侧设置有第二轴向插接构件11d，该第二轴向插接构件11d为大致插销形式并且具有大致四边形的横截面。该第一轴向插接构件22d和第二轴向插接构件11d构成上述轴向插接结构。

在图4a至图4d所示的示例中，第一轴向插接构件和第二轴向插接构件通过横截面为非圆形的结构实现转矩的传递。应当理解，本发明的非圆形的结构不限于上述具体的示例。

如图4e所示，在另一示例中，压紧端盖20的朝向发电机的一侧设置有第一轴向插接构件22e，该第一轴向插接构件22e为多个插销形式。转子15的朝向车轴的一侧设置有第二轴向插接构件11e，该第二轴向插接构件11b具有与第一轴向插接构件22e适配的多个轴向孔111e。

应当理解，在上述第一轴向插接构件、第二轴向插接构件和插销具有非圆形的横截面的情况下，它们不必在它们的整个长度(轴向)上具有非圆形的横截面，只要在它们的部分长度上具有非圆形的横截面即可。

(2)在上述实施方式中，发电机10为定子16围绕转子15而形成的筒式发电机。这便于内花键套或外花键轴的形成，并且可以使用直径较小的轴承来支撑转子15。然而，本发明不限于此。例如，本发明可以实施为转子围绕定子而形成的筒式发电机。另外，可以使用轴瓦等来代替轴承。

另外，本发明还可以实现为转子和定子沿轴向a彼此相对的盘式发电机。可以在盘式发电机的转子上设置外花键轴或内花键套。转子和定子可以经由轴承直接或间接相互支撑，例如，转子可以经由轴承支撑于发电机的壳体，从而允许转子相对于定子旋转。

(3)在上述实施方式中，直接在转子15上一体地形成内花键套11并且直接在压紧端盖20上一体地形成外花键轴22。这样，减小了部件的尺寸和重量。然而，本发明不限于此。例如，可以通过胀紧套等部件或手段将单独形成的内花键套和外花键轴固定到转子15和压紧端盖20。

在一个未图示的示例中，经由多个轴向延伸的螺钉将内花键套固定到转子15的朝向车轴延伸的轴上。

在另一未图示的示例中，省略压紧端盖20而直接在车轴上形成或安装第一轴向插接构件。例如，车轴或者说其一部分自身可以作为第一轴向插接构件，该第一轴向插接构件可以是插销形式，尤其可以形成有轴向孔。另外，可以在车轴上形成螺钉孔，经由螺钉将第一轴向插接构件安装到车轴。螺钉或者螺纹可以作为第一轴向插接构件的一部分。

例如，在图4e所示的示例中，可以在车轴上形成多个螺纹孔，将带有外螺纹的插销形式的第一轴向插接构件22e安装到车轴。

(4)本发明不限于将发电机10安装到轴箱或承载鞍，还可以将发电机10安装到转向架的其它固定部。在必要的时候，可以根据安装位置适当地改变发电机的壳体或外壳的相应安装结构。

(5)本发明不限于应用于铁路机车，而是还可以应用于不需要在轨道上行驶的其它车辆。