轴端永磁发电装置及含有该发电装置的转向架

1.本实用新型涉及铁路车辆发电技术领域，尤其涉及轴端永磁发电装置及含有该发电装置的转向架。


背景技术：

2.轨道列车的速度不断的突破，随之带来的能耗也不断增加，为了保证列车的安稳运行，满足列车整体的供电需要，充分利用列车动能，提高运输效率，因此设计一种合理实用转向架轴端发电装置有重要的意义。
3.现有技术中，在转向架上安装发电装置需要在转向架单独布置，且采用皮带传动，因此转向架轴需要单独设计；由于电机在转向架上不能中心对称，因此其动力学参数匹配较困难。同时由于增加了电机的簧间质量，转向架的动力学性能会变差。而且，转向架上带有发电装置的转向架一般是客车转向架，其构架为整体结构，可以固定、安装；对于货车这种三大件式的转向架，由于构架会产生菱形变形，因此传统的转向架发电装置没法安装。
4.专利“一种铁路货车轴端盘式永磁发电装置(专利号：201210561240.x)”将发电装置安装在列车车轴上，解决了发电装置占用了转向架较大空间、轴单独设计、货车转向架无法安装等问题，但该装置将定子结构与转子结构包覆在轴箱端盖内部，并通过轴箱端盖与套设于车轴上的轴箱轴承座固定连接，轴箱端盖以车轴为安装基础，此结构使得轴箱轴承座、定子结构、转子结构与车轴直径需配套使用。


技术实现要素：

5.本实用新型要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种可以解决上述问题的轴端永磁发电装置及含有该发电装置的转向架。
6.为解决上述技术问题，本实用新型采用以下技术方案：一种轴端永磁发电装置，包括定子组件和转子组件，所述转子组件安装在转向架的转轴轴端并随转轴转动，所述定子组件固装在转向架的架体上，所述定子组件与转子组件之间形成径向和/或轴向距离均可调的工作空间、且定子组件和与转子组件的相对位置满足产生电磁感应电流的相应要求。
7.作为上述技术方案的进一步改进：
8.所述架体上安装有承载鞍，所述定子组件通过承载鞍与架体连接。
9.所述承载鞍包括鞍座和机罩，所述鞍座安装在架体上，所述定子组件安装在机罩上，所述机罩安装在鞍座上并对定子组件和转子组件形成遮罩。
10.所述机罩包括固定板和设置在固定板上的壳体，所述定子组件固装在固定板上并被壳体遮罩，所述壳体与鞍座连接并对转子组件形成遮罩。
11.所述壳体包括上壳和下壳，所述上壳与固定板一体成型，所述下壳与上壳形成可拆卸连接。
12.所述鞍座与上壳上设置有鞍座与上壳安装时用于定位的定位结构。
13.所述定子组件和转子组件呈同轴布置。
14.所述转轴轴端安装有端盖，所述转子组件固装在端盖远离所述转轴的一侧表面。
15.所述定子组件包括电磁线圈绕组，所述电磁线圈绕组上开设有螺纹孔，所述电磁线圈绕组和所述固定板通过螺栓与螺纹孔形成紧固连接。
16.所述定位结构包括开设于鞍座上的定位孔、安设于所述上壳上与定位孔配合的定位凸台。
17.所述转子组件包括底座和安设在底座上的盘式永磁铁，所述底座固装在端盖远离所述转轴的一侧表面，所述盘式永磁铁与电磁线圈绕组之间形成径向和/或轴向距离均可调的工作空间，且两者的相对位置满足产生电磁感应电流的相应要求。
18.所述固定板上设置有装配孔，所述定子组件固装在装配孔内并被壳体遮罩，所述壳体与鞍座连接并对转子组件形成遮罩。
19.所述定子组件包括电磁线圈、线圈前压盖和线圈后压盖，所述电磁线圈套装在装配孔内，所述线圈前压盖和线圈后压盖分别压装在电磁线圈的前后端并与固定板紧固连接。
20.所述转子组件包括柱式永磁铁和底座，所述底座固装在端盖远离所述转轴的一侧表面，所述柱式永磁铁安装在底座上并与电磁线圈之间形成径向和/或轴向距离均可调的工作空间，且两者的相对位置满足产生电磁感应电流的相应要求。
21.所述转子组件还包括散热风扇，所述散热风扇安装在底座上，所述下壳上布置有进风孔，所述线圈前压盖上布置有出风孔。
22.所述定位结构包括安设于鞍座上的定位销、以及安设于所述上壳上与定位销配合的销孔。
23.本实用新型还公开了一种含有上述发电装置的转向架，包括架体、两根以上的转轴以及所述的永磁发电装置，发电装置包括定子组件和转子组件，所述转子组件安装在转向架的转轴轴端并随转轴转动，所述定子组件固装在转向架的架体上，所述定子组件与转子组件之间形成径向和/或轴向距离均可调的工作空间，且定子组件和与转子组件的相对位置满足产生电磁感应电流的相应要求。
24.与现有技术相比，本实用新型的优点在于：
25.1、本实用新型具有轴向尺寸小、体积小、拆装方便、生产成本低、可靠性高、维护简单、实用性强且不会改变车轴原有内部结构等优点，实现了由机械能转化为电能的目的。
26.2、本实用新型不需要独立安装轴承，安装有定子组件的机罩不以转轴为安装基础，根据对电能的所需，可在一定空间内增大转子及定子的尺寸。
附图说明
27.图1是实施例1的转向架结构示意图；
28.图2是实施例1的发电装置结构示意图；
29.图3是实施例1的机罩结构示意图；
30.图4是实施例1的发电装置整流原理图；
31.图5是实施例2的转向架结构示意图；
32.图6是实施例2的发电装置结构示意图；
33.图7是实施例2的机罩结构示意图；
34.图8是实施例2的发电装置整流原理图。
35.图中各标号表示：1、定子组件；11、电磁线圈绕组；111、螺纹孔；12、电磁线圈；13、线圈前压盖；131、出风孔；14、线圈后压盖；2、转子组件；21、盘式永磁铁；22、底座；23、柱式永磁铁；24、散热风扇；3、转轴；31、端盖；4、架体；5、承载鞍；51、鞍座；511、定位孔；512、定位销；52、机罩；521、固定板；5211、装配孔；522、壳体；5221、上壳；52211、定位凸台；52212、销孔；5222、下壳；52221、进风孔。
具体实施方式
36.以下将结合说明书附图和具体实施例对本实用新型做进一步详细说明。
37.轴端永磁发电装置的实施例1：
38.如图1至图4所示，本实施例的轴端永磁发电装置，包括定子组件1和转子组件2，转子组件2安装在转向架的转轴3轴端并随转轴3转动，定子组件1固装在转向架的架体4上，定子组件1与转子组件2之间形成径向和/或轴向距离均可调的工作空间、且定子组件1和与转子组件2的相对位置满足产生电磁感应电流的相应要求。当车体正常运行时，转轴3带着转子组件2转动，定子组件1做切割磁力线的运动来造成磁感应电动势，再根据定子组件1的电磁线圈接线端构成一个控制回路，便产生了电流量，实现了由机械能转化为电能的目的，在机械能转化为电能的整个过程中，定子组件1和转子组件2之间没有接触，也不需要独立轴承，定子组件1和转子组件2之间允许径向和/或轴向相对运动，不需要固定定位，安装精度要求较低。整个发电装置的顶部与底部均不超出转向架，因此不占用转向架上方的空间，避免增加整个车体的设计高度，同时无需对转轴3进行钻孔，避免降低转轴3的强度，本实施例中只有转子组件2安装在转向架的转轴3轴端，定子组件1安装在架体4上，定子组件1、转子组件2以及转轴3轴端未形成一个全包式结构，且不以转轴3为安装基础，由此，当需满足较大电能时，整个发电装置在不超出转向架的上下空间内可以增大定子组件1与转子组件2的尺寸。本方案中的转子组件2安装在转轴3轴端外表面，定子组件1安装在转轴3轴端外侧，从而方便定子组件1和转子组件2的安装与拆卸。该发电装置所感应出的电流为交流电，并可经过整流变压为24v，12v，5v三种电压值，当该发电装置通过整流后的电压高于电池电压时，发电装置可给电池供电；当该发电装置通过整流后的电压低于电池电压时，发电装置通过电路和电池隔断，不影响电池的正常工作状态。
39.本实施例中，架体4上安装有承载鞍5，定子组件1通过承载鞍5与架体4连接。
40.本实施例中，承载鞍5包括鞍座51和机罩52，鞍座51安装在架体4上，定子组件1安装在机罩52上，机罩52安装在鞍座51上并对定子组件1和转子组件2形成遮罩。机罩52用于对定子组件1进行安装的载体，鞍座51将机罩52与转向架的架体4进行连接，定子组件1与转子组件2不相互接触，定子组件1与转子组件2相互配合形成感应电流，安装时，将定子组件1安装在机罩52内，鞍座51的一端与机罩52螺栓连接，鞍座51的另一端与转向架的架体4螺栓连接。
41.本实施例中，机罩52包括固定板521和设置在固定板521上的壳体522，定子组件1固装在固定板521上并被壳体522遮罩，壳体522与鞍座51连接并对转子组件2形成遮罩。壳体522通过螺栓可拆卸连接在鞍座51上，壳体522与固定板521通过螺栓连接。
42.本实施例中，壳体522包括上壳5221和下壳5222，上壳5221与固定板521一体成型，
下壳5222与上壳5221形成可拆卸连接。
43.本实施例中，鞍座51与上壳5221上设置有鞍座51与上壳5221安装时用于定位的定位结构。安装时，先将鞍座51与上壳5221上的定位结构进行定位，再拧上鞍座51与上壳5221上的螺栓固定。
44.本实施例中，定子组件1和转子组件2呈同轴布置。定子组件1和转子组件2同轴时磁通量最大，效果最优。
45.本实施例中，转轴3轴端安装有端盖31，转子组件2固装在端盖31远离转轴3的一侧表面。转子组件2安装在端盖31的外表面，方便转子组件2的安装与拆卸。
46.本实施例中，定子组件1包括电磁线圈绕组11，电磁线圈绕组11上开设有螺纹孔111，电磁线圈绕组11和固定板521通过螺栓与螺纹孔111形成紧固连接。以电磁线圈绕组11为定子，避免在高速运转的过程中，电磁线圈绕组11会加速磨损，造成后期发电不稳定，该发电装置无法满足预期供电量时，可通过将电磁线圈绕组11(定子)采取并联的方式，来产生各异感应2倍的电压，实现更大的发电量以满足运行用电需求。螺纹孔111均匀分布在电磁线圈绕组11上，电磁线圈绕组11由绕线板、缠绕在绕线板上的电磁线圈、线圈前端盖和线圈前端盖构成，线圈前端盖与线圈后端盖将电磁线圈包覆在内。安装时，用螺栓将电磁线圈绕组11固定在固定板521上。
47.本实施例中，定位结构包括开设于鞍座51上的定位孔511、安设于上壳5221上与定位孔511配合的定位凸台52211。
48.本实施例中，转子组件2包括底座22和安设在底座22上的盘式永磁铁21，底座22固装在端盖31远离转轴3的一侧表面，盘式永磁铁21与电磁线圈绕组11之间形成轴向距离均可调的工作空间，且两者的相对位置满足产生电磁感应电流的相应要求。盘式永磁铁21是由数个永磁铁呈圆周阵列布置在永磁盘上，盘式永磁铁21随着转轴3高速旋转，电磁线圈绕组11做切割磁力线的运动来造成磁感应电动势，再通过电磁线圈绕组11接线端构成一个控制回路，便产生了电流量。永磁盘上永磁铁的数量可以根据所需的发电功率来决定，该发电装置无法满足预期供电量时，可以采用增加永磁铁的数量提高磁通量，来实现更大的发电量以满足运行用电需求。盘式永磁铁21与电磁线圈绕组11在发电的过程中没有接触，考虑到转轴3的轴向跳动，给电磁线圈绕组11和盘式永磁铁21之间设置合适的间隙，保证二者不接触的情况下，还有足够的磁通量通过线圈。该发电装置采用转子旋转感应电流的方式，对该发电装置的加工和安装精度要求较低，且不影响转向架的正常工作，提高了机械的可靠性。
49.轴端永磁发电装置的实施例2：
50.如图5至图8所示，本实用新型轴端永磁发电装置的第2种实施例，该发电装置与实例1的发电装置基本相同，区别仅在于：
51.本实施例中，固定板521上设置有装配孔5211，定子组件1固装在装配孔5211内并被壳体522遮罩，壳体522与鞍座51连接并对转子组件2形成遮罩。壳体522通过螺栓可拆卸连接在鞍座51上，壳体522与固定板521通过螺栓连接，装配孔5211为通孔，定子组件1镶嵌在装配孔5211内。
52.本实施例中，定子组件1包括电磁线圈12、线圈前压盖13和线圈后压盖14，电磁线圈12套装在装配孔5211内，线圈前压盖13和线圈后压盖14分别压装在电磁线圈12的前后端
并与固定板521紧固连接。以电磁线圈12为定子，避免在高速运转的过程中，电磁线圈12会加速磨损，造成后期发电不稳定，该发电装置无法满足预期供电量时，可通过将电磁线圈12(定子)采取并联的方式，来产生各异感应2倍的电压，实现更大的发电量以满足运行用电需求。安装时，电磁线圈12安装在装配孔5211内，通过线圈前压盖13和线圈后压盖14将电磁线圈12固定。
53.本实施例中，转子组件2包括柱式永磁铁23和底座22，底座22固装在端盖31远离转轴3的一侧表面，柱式永磁铁23安装在底座22上并与电磁线圈12之间形成径向距离均可调的工作空间，且两者的相对位置满足产生电磁感应电流的相应要求。
54.本实施例中，转子组件2还包括散热风扇24，散热风扇24安装在底座22上，下壳5222上布置有进风孔52221，线圈前压盖13上布置有出风孔131。转子组件2高速旋转，发电过程中产生大量热量，散热风扇24用于将外部的空气从进风孔52221抽进，将机罩52形成的遮罩内的热风排出，使机罩52内部与机罩52外部空气形成外循环，便于发电装置散热，避免影响发电效果。
55.本实施例中，定位结构包括安设于鞍座51上的定位销512、以及安设于上壳5221上与定位销512配合的销孔52212。安装时，先将定位销512插入销孔52212中，再将鞍座51与上壳5221通过螺栓拧紧。
56.含有上述发电装置的转向架实施例1
57.本实施例的转向架，包括架体4、两根以上的转轴3以及上述的永磁发电装置，发电装置包括定子组件1和转子组件2，转子组件2安装在转向架的转轴3轴端并随转轴3转动，定子组件1固装在转向架的架体4上，定子组件1与转子组件2之间形成径向距离均可调的工作空间、且定子组件1和与转子组件2的相对位置满足产生电磁感应电流的相应要求。
58.虽然本实用新型已以较佳实施例揭示如上，然而并非用以限定本实用新型。任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本实用新型技术方案范围的情况下，都可利用上述揭示的技术内容对本实用新型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，凡是未脱离本实用新型技术方案的内容，依据本实用新型技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均应落在本实用新型技术方案保护的范围内。