專利名稱：列車四軸一組發(fā)電機的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種列車車軸為轉子的列車四軸一組發(fā)電機，尤其是能夠使列車運行車軸旋轉發(fā)電，從而回收機車牽引動力，提高機車功率，實現(xiàn)節(jié)能環(huán)保目的，列車四軸一組發(fā)電機屬于節(jié)能環(huán)保技術領域。
背景技術：
目前公知的廣泛采用的客車軸驅式發(fā)電機，即在客車底架或轉向架上吊掛發(fā)電機，再利用皮帶或萬向軸齒輪等傳動裝置將發(fā)電機和列車車軸連接起來，行車時由車軸驅動發(fā)電機供給車內用電，并為蓄電池充電，客車停車時由蓄電池向列車供電，這種發(fā)電機的不足在于一是需要增加機車牽引力，且進行多次轉換效率低；二是列車中途停站時，須依靠蓄電池供電，不能滿足客車空調等用電設備的全負荷用電需要，它的蓄電量低，功率小；三是發(fā)電機機械傳動部分結構復雜，技術精度和加工工藝要求高，增加了維修工作量；四是客車軸驅式發(fā)電機多采用三角皮帶作為車軸和發(fā)電機之間的傳動方式，在日常運行中，經(jīng)常發(fā)生發(fā)電機皮帶冒煙的故障，威脅著客車的安全運行。《列車DC600V三相逆變電源研究》，作者李敏，西南交通大學碩士研究生學位論文，指導教師王玉松，Pl ;《鐵路客車SLCW發(fā)電機皮帶冒煙事故的原因分析及預防措施》，作者王紹文(太原鐵路局，太原車輛運行車間大同 037005)。
發(fā)明內容本實用新型的目的是為克服現(xiàn)有客車軸驅式發(fā)電機需增加機車牽引動力，發(fā)電量小，效率低，中途經(jīng)停站蓄電池不能滿足列車的全負荷用電需要，客車蓄電量小，機械傳動復雜，技術精度和加工工藝要求高，維修工作量大及常發(fā)生發(fā)電機傳動皮帶冒煙故障，危及行車安全的不足。本實用新型特別提供了一種列車四軸一組發(fā)電機，在列車車軸上加裝了稀土永磁材料，把列車車軸改裝為列車四軸一組發(fā)電機稀土永磁四極轉子，它作為旋轉磁場，再配裝組合定子，制成旋轉磁場式大功率發(fā)電機，實現(xiàn)列車車軸運行旋轉發(fā)電。本列車四軸一組發(fā)電機，每節(jié)列車四根車軸制成四個一組的車軸發(fā)電機組，它發(fā)電量大，節(jié)能環(huán)保。它不需要增加機車牽引力，一次能量轉換實現(xiàn)高效率發(fā)電，列車經(jīng)停站通過大容量蓄電池組充分滿足列車全負荷用電需要，它結構簡單，維修保養(yǎng)方便，不使用皮帶傳動機構，不存在皮帶冒煙事故，運行安全可靠。本實用新型采用的技術方案是本實用新型提供一種列車四軸一組發(fā)電機，其特征在于一種列車車軸為轉子的列車四軸一組發(fā)電機，它的轉子由凹字形軸瓦稀土永磁體制成，采取分體組合式結構安裝在車軸上，利用懸掛裝置把分體組合結構的定子與轉子組裝為發(fā)電機，在現(xiàn)有的列車車軸上沿垂直和水平方向焊接凸字形方軸鍵，利用螺釘組件固定凹字形軸瓦與凸字形方軸鍵組合安裝，凹字形軸瓦垂直車軸方向表面為N極，凹字形軸瓦水平車軸方向表面為S極，把列車四根車軸改裝為發(fā)電機稀土永磁四極轉子，利用龍門懸掛裝置定子采取分體組合式結構與轉子組裝成發(fā)電機，定子內嵌有四對三相繞組，當列車運行車軸旋轉產(chǎn)生旋轉磁場，定子內四對三相繞組做相對切割磁力線運動而產(chǎn)生交流電，輸出交流電采用三角形聯(lián)接經(jīng)硅二極管整流后變?yōu)橹绷麟?，客運列車四軸一組發(fā)電機發(fā)出的直流電一路向客車內大容量蓄電池充電，另一路向客車機車補充供電；貨運列車四軸一組發(fā)電機發(fā)出的直流電直接向貨運機車補充供電，從而提高機車動力，節(jié)能環(huán)保。列車四軸一組發(fā)電機，在現(xiàn)有列車車軸上加裝分體組合式凹字形軸瓦稀土永磁體組件，把列車車軸改裝為發(fā)電機稀土永磁四極轉子，實現(xiàn)列車運行車軸旋轉產(chǎn)生旋轉磁場發(fā)電，補充機車動力。列車四軸一組發(fā)電機，把每節(jié)列車四根車軸改裝為四個發(fā)電機同時發(fā)電，一列火車，多個四軸一組發(fā)電機同時工作發(fā)電，通過串聯(lián)每個發(fā)電機發(fā)出的直流電供給機車，發(fā)電功率大效率高，為機車補充強大動力。列車四軸一組發(fā)電機，將龍門鋼板支架及橫向鋼梁安裝在與車軸軸心對應的列車 轉向架的側架上，在龍門鋼板支架橫向鋼梁下焊接下懸掛凹字形鋼板組件，軸定子上懸掛凸字形鋼板組件與下懸掛凹字形鋼板組件用固定螺栓組件安裝，保證定子與轉子在同一條軸心線上，定子端蓋和定子內徑大于轉子外徑，定子與轉子間留有一定空隙，實現(xiàn)定子與轉子無接觸，轉子相對于定子做無摩擦阻力的旋轉運動，發(fā)電效率高功率大，節(jié)能環(huán)保。列車四軸一組發(fā)電機定子采取蝸桿形散熱片組結構，在列車運行狀態(tài)下，定子蝸桿形散熱片組與外界空氣充分實現(xiàn)熱交換，保證定子線圈繞組在安全的溫度下正常工作。列車四軸一組發(fā)電機定子采取分體組合式結構，上、下部半圓軸定子內四對三相線圈繞組在水平方向任意組合安裝，不影響線圈繞組內電流的輸出。列車四軸一組發(fā)電機產(chǎn)生的三相交流電經(jīng)三角形聯(lián)接通過硅二極管整流電路，將交流電變?yōu)橹绷麟姡熊嚐o論正向或逆向運行，經(jīng)硅二極管整流后輸出的直流電的正負極始終不變，客運列車四軸一組發(fā)電機發(fā)出的直流電一路向客車內大容量蓄電池充電，另一路向客車機車補充供電；貨運列車四軸一組發(fā)電機發(fā)出的直流電直接向貨運機車補充供電，從而提高機車動力，節(jié)能環(huán)保。本實用新型的有益效果是在現(xiàn)有列車車軸上加裝稀土永磁體，把列車車軸改裝為發(fā)電機稀土永磁四極轉子，通過龍門懸掛裝置，實現(xiàn)發(fā)電機定子與轉子的組合安裝。把每節(jié)列車的四根車軸改裝為四個三相交流發(fā)電機組。一列車的總發(fā)電量等于列車節(jié)數(shù)乘以四個發(fā)電機的發(fā)電量。列車四軸一組發(fā)電機產(chǎn)生的有益效果—是一節(jié)列車四根車軸四個發(fā)電機同時發(fā)電，一列火車多個四軸一組發(fā)電機同時工作，發(fā)電量大，效率高，為機車補充電量大；二是一列火車若干組發(fā)電機同時工作向機車供電，補充增加機車牽引動力，節(jié)省機車的燃油消耗，因而節(jié)能環(huán)保；三是列車四軸一組發(fā)電機定子和轉子采取分體組合式結構，因此具有結構簡單，維修安裝方便，運行安全可靠；四是列車四軸一組發(fā)電機采用懸掛裝置實現(xiàn)發(fā)電機定子與轉子的組合安裝，發(fā)電機定子與轉子之間有空隙不用軸承，因此，轉子相對定子做無摩擦阻力旋轉運動，不產(chǎn)生能量損失，發(fā)電效率高；五是列車四軸一組發(fā)電機定子采取分體組合結構，上、下部半圓軸定子內線圈繞組在水平方向任意組合安裝，始終保持定子內四對三相線圈繞組電流的正常輸出；六是發(fā)電機定子采取蝸桿形散熱片組結構，在列車運行狀態(tài)下，蝸桿形散熱片組與外界空氣充分實現(xiàn)熱交換，保證定子線圈繞組在安全的溫度下正常工作；七是發(fā)電機產(chǎn)生的三相交流電經(jīng)硅二極管電路整流后變?yōu)橹绷麟?，客運列車四軸一組發(fā)電機發(fā)出的直流電一路向客車內大容量蓄電池充電，另一路向客車機車補充供電；貨運列車四軸一組發(fā)電機發(fā)出的直流電直接向貨運機車補充供電。
以下結合附圖
和實施方式對本實用新型進一步說明。圖I繪出本實用新型列車四軸一組發(fā)電機分體組合式轉子結構示意圖，示意圖中的零部件的標號說明1列車車軸，2凸字形方軸鍵，3凹字形軸瓦稀土永磁體轉子組件，4凹字形軸瓦稀土永磁體轉子組件結合部無縫對接磁路暢通、5車軸及凸字形方軸鍵與凹字形軸瓦結合部環(huán)氧樹脂粘合劑(非磁性材料)，6凸字形方軸鍵與凹字形軸瓦稀土永磁體轉子組件組合非磁性固定螺釘組件。圖2繪出本實用新型列車四軸一組發(fā)電機分體組合式轉子鋁制墊片的分體結構 示意圖，示意圖中的零部件的標號說明1分體組合式轉子鋁制墊片、2轉子墊片非磁性螺釘孔。圖3繪出本實用新型列車四軸一組發(fā)電機分體組合式轉子鋁制墊片的組合結構示意圖，示意圖中的零部件的標號說明I分體組合式轉子鋁制墊片、2轉子墊片非磁性螺釘組件。圖4繪出本實用新型列車四軸一組發(fā)電機分體組合式轉子與分體組合式定子組合安裝結構示意圖，示意圖中的零部件的標號說明I列車車軸、2凸字形方軸鍵、3凹字形軸瓦稀土永磁體轉子組件，4凹字形軸瓦稀土永磁體轉子組件結合部無縫對接磁路暢通，5車軸及凸字形方軸鍵與凹字形軸瓦結合部環(huán)氧樹脂粘合劑(非磁性材料)、6凸字形方軸鍵與凹字形軸瓦組合非磁性固定螺釘組件、7上部半圓軸定子、8下部半圓軸定子、9(ABCXYZ、ABCXYZ)定子內四對三相線圈繞組、10定子蝸桿形散熱片組、11定子組合連接螺栓組件、12上半圓軸定子上懸掛凸字形鋼板組件、13龍門鋼板支架橫向鋼梁焊接下懸掛凹字形鋼板組件、14凸凹字形鋼板組合固定螺栓組件。圖5繪出本實用新型列車四軸一組發(fā)電機龍門鋼板支架懸掛裝置及定子蝸桿形散熱片組結構示意圖，示意圖中的零部件的標號說明I列車車輪、2列車車軸、3發(fā)電機定子左端蓋鋁制外散熱片、4軸定子左端鋁制分體組合式端蓋(內置硅整流及穩(wěn)壓電路)、5下部半圓軸定子、6上下部半圓軸定子蝸桿形散熱片組、7上下部半圓軸定子組合固定螺栓組件、8軸定子右端招制分體組合式端蓋、9上部半圓軸定子、10上部半圓軸定子上懸掛凸字形鋼板組件、11龍門鋼板支架橫向鋼梁焊接下懸掛凹字形鋼板組件、12凸凹字形鋼板組件組合安裝固定螺栓組件、13 軸定子鋁制分體組合式端蓋固定螺釘組件、14列車轉向架側架、15龍門鋼板支架及橫向鋼梁。圖6繪出本實用新型列車四軸一組發(fā)電機定子鋁制分體組合式左端蓋外部的分體結構示意圖，示意圖中的零部件的標號說明1軸定子鋁制分體組合式端蓋固定螺釘組件、2發(fā)電機定子鋁制分體組合式端蓋外散熱片。圖7繪出本實用新型列車四軸一組發(fā)電機定子鋁制分體組合式右端蓋內部的組合結構示意圖，示意圖中的零部件的標號說明I軸定子鋁制分體組合式端蓋固定螺釘組件、2發(fā)電機定子鋁制分體組合式端蓋。圖8繪出本實用新型列車四軸一組發(fā)電機硅二極管整流及電壓控制電路原理圖，圖中的電子元器件及用電設備的符號說明VD1JD2JD3是3只共陽極硅二極管，VVVT2、VT3是3只共陰極晶閘管，VD1 VD6硅整流二極管，K電壓調節(jié)器觸點，M機車電機。
具體實施方式
將現(xiàn)有的列車車軸改裝為發(fā)電機稀土永磁四極轉子，列車四軸一組發(fā)電機分體組合式轉子的結構示意圖，如圖I所示在列車車軸I上焊接凸字形方軸鍵2，用環(huán)氧樹脂粘合劑(非磁性材料)5將列車車軸I及凸字形方軸鍵2與凹字形軸瓦稀土永磁體轉子組件3粘合。再用非磁性固定螺釘組件6加固凸字形方軸鍵2與凹字形軸瓦稀土永磁體轉子組件 3。列車車軸I垂直方向凹字形軸瓦稀土永磁體表面為一對N極，列車車軸I水平方向凹字形軸瓦稀土永磁體轉子組件表面為一對S極，將列車車軸I改裝為發(fā)電機稀土永磁四極轉子。為防止漏磁，用圖3所示的轉子墊片非磁性螺釘組件2通過圖2所示的轉子墊片非磁性螺釘孔2在轉子左右端加裝分體組合式轉子鋁制墊片1，安裝后的分體組合式轉子鋁制墊片的組合結構如圖3所示。利用龍門鋼板支架懸掛裝置將列車四軸一組發(fā)電機轉子與定子組合安裝，列車四軸一組發(fā)電機分體組合式轉子與分體組合式定子組合安裝結構示意圖，如圖4所示上部半圓軸定子7通過上懸掛凸字形鋼板組件12與龍門鋼板支架橫向鋼梁焊接下懸掛凹字形鋼板13組合安裝，由凸凹字形鋼板螺栓組件14固定。上、下部半圓軸定子7、8用定子組合連接螺栓組件11固定。實現(xiàn)上、下部半圓軸定子7、8與列車車軸I (轉子)在同一條軸心線上，定子內徑大于轉子外徑，定子與轉子之間留有一定空隙，在軸定子兩端加裝帶外散熱片的鋁制分體組合式端蓋充分散熱并防止漏磁，定子左端蓋內安裝有硅二極管整流電路及穩(wěn)壓裝置。圖8是列車四軸一組發(fā)電機硅二極管整流及電壓控制電路原理圖。3只共陽極硅二極管VD1JD2JD3與3只共陰極晶閘管VVVT2、VT3組成三相半控橋式整流電路。另外由硅整流二極管VD1 VD6組成三相全波整流電路，為晶閘管控制極提供觸發(fā)電壓，與電壓調節(jié)器的一個觸點相接，另一個觸點則與晶閘管的控制極相連，電壓調節(jié)器的線圈并接在三相半控橋的輸出端，電壓控制原理如下低速時觸點K閉合，晶閘管控制極獲得正向觸發(fā)電壓而導通，當轉速達到一定值時，整流橋可向蓄電池和負載提供全波整流電壓。當整流輸出電壓隨轉速升高而升高到超過額定一電壓時，觸點K斷開(因線圈吸力增大)，晶閘管因失去正向觸發(fā)電壓而截止，因而整流輸出電壓下降。當整流電壓降到一定值時，電壓調節(jié)器線圈中電流減小吸力減小而使K閉合，3只晶閘管重新被觸發(fā)導通，又使整流輸出電壓回升。如此反復，便可使輸出電壓控制在規(guī)定范圍內。(觸點式調節(jié)器目前已經(jīng)由電子式或電腦控制的調節(jié)器所代替)。列車四軸一組發(fā)電機定子采取分體組合式結構，上部半圓軸定子和下部半圓軸定子內四對線圈繞組在水平方向任意組合安裝，不影響線圈繞組內電流的輸出。列車四軸一組發(fā)電機龍門鋼板支架懸掛裝置及定子蝸桿形散熱片組結構示意圖，如圖5所示將龍門鋼板支架及橫向鋼梁15安裝在與車軸軸心對應的列車轉向架側架14上，在龍門鋼板支架橫向鋼梁15下焊接下懸掛凹字形鋼板組件11，軸定子上懸掛凸字形鋼板組件10與下懸掛凹字形鋼板組件11用固定螺栓組件12組合安裝，再用固定螺栓組件7固定組裝上、下部半圓軸定子9、5，保證定子與轉子在同一條軸心線上。為充分散熱并防止漏磁，用圖6所示的軸定子鋁制分體組合式端蓋固定螺釘組件I在軸定子兩端加裝發(fā)電機定子鋁制分體組合式端蓋外散熱片2，組合安裝后如圖7所示。左、右定子端蓋4、8和定子內徑大于轉子外徑，定子與轉子間留有一定空隙，實現(xiàn)定子與轉子無接觸，轉子相對于定子做無摩擦阻力的旋轉運動，定子內四對三相線圈繞組做相對切割磁力線運動而產(chǎn)生三相交流電，列車四軸一組發(fā)電機產(chǎn)生的三相交流電經(jīng)三角形聯(lián)接通過硅二極管整流電路，將交流電變?yōu)橹绷麟姡熊嚐o論正向或逆向運行，經(jīng)硅二極管整流后輸出的直流電的正負極始終不變?？瓦\列車四軸一組發(fā)電機發(fā)出的直流電一路向客車內大容量蓄電池充電，另一路直流電向客運機車補充供電；貨運列車四軸一組發(fā)電機的直流電直接向貨運機車補充供電，從而提高機車動力，節(jié)能環(huán)保。將每節(jié)列車上的四根車軸都按上述方法改裝為列車四軸一組發(fā)電機，當列車運行車軸旋轉即發(fā)電機轉子旋轉，稀土永磁四極轉子產(chǎn)生旋轉磁場，發(fā)電機定子內線圈繞組做相對切割轉子磁力線運動而產(chǎn)生三相交流電，軸定子內線圈繞組產(chǎn)生的熱量經(jīng)軸定子蝸桿形散熱片組在列車運行狀態(tài)下與外界空氣充分實現(xiàn)熱交換，進而實現(xiàn)定子線圈繞組熱交 換，保證定子線圈繞組在安全的溫度條件下工作。本實用新型適用于一切客運列車和貨運列車車軸改裝為稀土永磁四極轉子發(fā)電機發(fā)電，補充客運列車和貨運列車用電及機車牽弓I用電。
權利要求1.一種列車車軸為轉子的列車四軸一組發(fā)電機，其特征是它的轉子由凹字形軸瓦稀土永磁體制成，采取分體組合式結構安裝在車軸上，利用懸掛裝置把分體組合結構的定子與轉子組裝為發(fā)電機，在現(xiàn)有的列車車軸上沿垂直和水平方向焊接凸字形方軸鍵，利用螺釘組件固定凹字形軸瓦與凸字形方軸鍵組合安裝，凹字形軸瓦垂直車軸方向表面為N極，凹字形軸瓦水平車軸方向表面為S極，把列車四根車軸改裝為發(fā)電機稀土永磁四極轉子，利用龍門懸掛裝置定子采取分體組合式結構與轉子組裝成發(fā)電機，定子內嵌有四對三相繞組，當列車運行車軸旋轉產(chǎn)生旋轉磁場，定子內四對三相繞組做相對切割磁力線運動而產(chǎn)生交流電，輸出交流電采用三角形聯(lián)接經(jīng)硅二極管整流后變?yōu)橹绷麟?，客運列車四軸一組發(fā)電機發(fā)出的直流電一路向客車內大容量蓄電池充電，另一路向客車機車補充供電；貨運列車四軸一組發(fā)電機發(fā)出的直流電直接向貨運機車補充供電，從而提高機車動力，節(jié)能環(huán)保。
2.根據(jù)權利要求I所述的列車四軸一組發(fā)電機，其特征是在現(xiàn)有列車車軸上加裝分體組合式凹字形軸瓦稀土永磁體組件，把列車車軸改裝為發(fā)電機稀土永磁四極轉子，實現(xiàn)列車運行車軸旋轉產(chǎn)生旋轉磁場發(fā)電，補充機車動力。
3.根據(jù)權利要求I所述的列車四軸一組發(fā)電機，其特征是每節(jié)列車四根車軸改裝為四個發(fā)電機同時發(fā)電，一列火車，多個四軸一組發(fā)電機同時工作發(fā)電，通過串聯(lián)每個發(fā)電機發(fā)出的直流電供給機車，發(fā)電功率大效率高，為機車補充強大動力。
4.根據(jù)權利要求I所述的列車四軸一組發(fā)電機，其特征是將龍門鋼板支架及橫向鋼梁安裝在與車軸軸心對應的列車轉向架的側架上，在龍門鋼板支架橫向鋼梁下焊接下懸掛凹字形鋼板組件，軸定子上懸掛凸字形鋼板組件與下懸掛凹字形鋼板組件用固定螺栓組件安裝，保證定子與轉子在同一條軸心線上，定子端蓋和定子內徑大于轉子外徑，定子與轉子間留有一定空隙，實現(xiàn)定子與轉子無接觸，轉子相對于定子做無摩擦阻力的旋轉運動，發(fā)電效率高功率大，節(jié)能環(huán)保。
5.根據(jù)權利要求I所述的列車四軸一組發(fā)電機，其特征是發(fā)電機定子采取蝸桿形散熱片組結構，在列車運行狀態(tài)下，定子蝸桿形散熱片組與外界空氣充分實現(xiàn)熱交換，保證定子線圈繞組在安全的溫度下正常工作。
6.根據(jù)權利要求I所述的列車四軸一組發(fā)電機，其特征是發(fā)電機定子采取分體組合式結構，上、下部半圓軸定子內四對三相線圈繞組在水平方向任意組合安裝，不影響線圈繞組內電流的輸出。
7.根據(jù)權利要求I所述的列車四軸一組發(fā)電機，其特征是列車四軸一組發(fā)電機產(chǎn)生的三相交流電經(jīng)三角形聯(lián)接通過硅二極管整流電路，將交流電變?yōu)橹绷麟?，列車無論正向或逆向運行，經(jīng)硅二極管整流后輸出的直流電的正負極始終不變，客運列車四軸一組發(fā)電機發(fā)出的直流電一路向客車內大容量蓄電池充電，另一路向客車機車補充供電；貨運列車四軸一組發(fā)電機發(fā)出的直流電直接向貨運機車補充供電，從而提高機車動力，節(jié)能環(huán)保。
專利摘要一種列車車軸為轉子的列車四軸一組發(fā)電機，它屬于節(jié)能環(huán)保技術領域。要解決的技術問題是在每節(jié)列車車軸上加裝凹字形軸瓦稀土永磁體組件，將列車四根車軸改裝為發(fā)電機四極轉子；利用龍門懸掛裝置把分體組合式發(fā)電機定子與發(fā)電機轉子(車軸)組合安裝，列車四根車軸制成四軸一組發(fā)電機。主要技術特征是列車運行車軸旋轉產(chǎn)生旋轉磁場，定子內四對三相線圈繞組做相對切割磁力線運動而產(chǎn)生交流電，經(jīng)硅二極管電路整流將交流電變?yōu)橹绷麟姡瓦\列車四軸一組發(fā)電機發(fā)出的直流電一路向客車內大容量蓄電池充電，另一路向客車機車補充供電；貨運列車四軸一組發(fā)電機發(fā)出的直流電直接向貨運機車補充供電，從而提高機車動力，節(jié)能環(huán)保。
文檔編號H02K21/14GK202550849SQ20122004361
公開日2012年11月21日 申請日期2012年2月12日 優(yōu)先權日2012年2月12日
發(fā)明者任永學, 張志武 申請人:任永學, 張志武