一种轴箱内发电装置及车辆轴箱

技术领域

本发明涉及发电机技术领域，更具体地说，涉及一种轴箱内发电装置。此外，本发明还涉及一种包括上述轴箱内发电装置的车辆轴箱。

背景技术

为了对轨道交通车辆走行部进行状态监测，需要在走行部的指定监测位置安装传感器，目前普遍采用的是有线传感器，而采用有线传感器面临布线困难的问题。破解此难题的一种途径是将有线传感器改为无线传感器，而采用无线传感器需要解决无线传感器的供电问题。

针对无线传感器自供电问题，按惯例可以采用如下方案：在无线传感器中加入储能电池；或在无线传感器中加入将机械能(主要是振动)转换为电能的装置。但上述方案存在以下问题：在轨道交通强振动条件下面临储能电池的安全可靠性问题；储能电池容量有限，一方面因为要实现无线传感器低功耗从而对应用形成较大制约，另一方面需要按一定的周期更换储能电池或无线传感器(对于一次性无线传感器)，即增加了使用成本，同时也增加了维护成本。将机械能(主要是振动)转换为电能的装置由于发电功率有限，一方面因为要实现无线传感器低功耗从而对应用形成较大制约，另一方面需要为每只无线传感器配一个发电装置，导致尺寸变大，限制了该方案的应用。

综上所述，如何提升安全性、避免对应用形成较大制约、降低成本、降低发电装置占用空间，是目前本领域技术人员亟待解决的问题。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的是提供一种轴箱内发电装置，该轴箱内发电装置采用成熟的电磁发电原理，技术成熟、可靠性高、安全性强，可降低设备成本和安装工作量，减轻了有线传感器应用面临的布线困难问题；发电功率大，对无线传感器无严苛的低功耗要求，对无线传感器的应用限制少。

本发明的另一目的是提供一种包括上述轴箱内发电装置的车辆轴箱。

为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种轴箱内发电装置，包括：定子及设置于所述定子中部的转子，所述转子包括转子骨架及设置于所述转子骨架外周的生磁部，所述定子包括定子骨架及设置于所述定子骨架内周的发电部，所述发电部与输出电线连接，所述转子转动时，所述发电部产生电流沿所述输出电线输出。

优选地，所述生磁部包括若干永磁体，所有所述永磁体的单个磁极向外设置，相邻所述永磁体的磁极反向设置。

优选地，所述转子骨架的外周设置若干卡接槽，一个所述永磁体对应插装于一个所述卡接槽中。

优选地，所述卡接槽为T形槽，所述永磁体为插装于所述T形槽中的T形磁体。

优选地，所述转子骨架包括圆柱形的第一骨架主体及设置于所述第一骨架主体外周的若干固定件，所述卡接槽设置于相邻所述固定件之间，所述固定件与所述第一骨架主体可拆卸连接。

优选地，所述定子骨架包括圆环形的第二骨架主体，所述发电部包括若干线圈，所述线圈的轴线方向与所述第二骨架主体的径向方向一致，所有所述线圈串联，两个相邻的所述线圈的线头与所述输出电线连接，或所述输出电线为两个相邻的所述线圈的线头。

优选地，所述线圈包括绕线柱及缠绕在所述绕线柱的绕线，所述第二骨架主体的内周设置用于安装所述绕线柱的线槽。

优选地，所述第二骨架主体的内周设置绝缘层。

优选地，所述定子与所述转子之间的间隙小于或等于2mm。

一种车辆轴箱，包括：轴箱体，所述轴箱体的内周设置轴箱轴承，所述轴箱轴承中设置车轴，所述车轴的外端设置止挡座，所述轴箱体的外端扣装轴箱端盖，所述止挡座与所述轴箱端盖之间设置上述任意一项所述的轴箱内发电装置，所述转子骨架安装于所述止挡座的外侧，所述定子骨架安装于所述轴箱端盖的内侧。

优选地，所述转子骨架上设置若干第一通孔，每个所述第一通孔内均设置与所述止挡座连接的第一螺栓。

优选地，所述定子骨架上设置若干第二通孔，每个所述第二通孔内均设置与所述轴箱端盖连接的第二螺栓。

优选地，所述定子骨架的侧面设置固线夹，所述输出电线固定在所述固线夹上，所述轴箱端盖上设置穿线孔，所述输出电线沿所述穿线孔穿出。

优选地，所述固线夹上设置连接孔，所述连接孔正对距离所述输出电线最近的所述第二通孔，所述第二螺栓同时插入所述连接孔和所述第二通孔。

优选地，所述穿线孔的外端面上设置凸台，所述输出电线上套装尼龙软管，所述尼龙软管的外周安装防水固线接头，所述防水固线接头与所述凸台螺纹连接。

优选地，所述固线夹与所述止挡座之间的最小轴向间隙大于2mm。

优选地，所述轴箱端盖上设置若干定子安装孔，所有所述定子安装孔处于第一圆周，所述第一圆周与所述轴箱端盖的同轴度为0.01mm-0.1mm之间。

优选地，所述止挡座上设置若干转子安装孔，所有所述转子安装孔处于第二圆周，所述第二圆周与所述止挡座的外包圆的内圆周的同轴度为0.01mm-0.1mm之间。

本申请所提供的轴箱内发电装置采用成熟的电磁发电原理，技术成熟、可靠性高、安全性强；可向所有无线传感器供电，最大限度降低设备成本和安装工作量；只存在从发电装置到无线传感器的输出电线，电缆芯数和电缆尺寸减少，一定程度上减轻了有线传感器应用面临的布线困难问题；发电功率大，对无线传感器无严苛的低功耗要求，对无线传感器的应用限制少。

附图说明

为了更清楚地说明本发明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发明的实施例，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，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为本发明所提供的轴箱内发电装置的主视图；

图2为本发明所提供的转子的轴测图；

图3为本发明所提供的永磁体安装位置的示意图；

图4为本发明所提供的定子的轴测图；

图5为本发明所提供的车辆轴箱的爆炸图；

图6为本发明所提供的轴箱端盖内定子和转子的安装示意图；

图7为本发明所提供的车辆轴箱的截面图；

图8为本发明所提供的轴箱端盖的主视图；

图9为本发明所提供的止挡座的主视图。

图1-9中：

1-转子骨架、2-固定件、3-永磁体、4-绕线、5-绕线柱、6-定子骨架、7-第二通孔、8-第一通孔、9-绝缘层、10-第二螺栓、11-固线板、12-输出电线、13-套筒、14-轴箱端盖、15-定子、16-第一螺栓、17-转子、18-止挡座、19-轴箱体、20-凸台、21-防水固线接头、22-尼龙软管、23-轴箱轴承、24-车轴、25-定子安装孔、26-转子安装孔。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明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发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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，都属于本发明保护的范围。

本发明的核心是提供一种轴箱内发电装置，该轴箱内发电装置采用成熟的电磁发电原理，技术成熟、可靠性高、安全性强，可降低设备成本和安装工作量，减轻了有线传感器应用面临的布线困难问题；发电功率大，对无线传感器无严苛的低功耗要求，对无线传感器的应用限制少。

本发明的另一核心是提供一种包括上述轴箱内发电装置的车辆轴箱。

请参考图1～9，一种轴箱内发电装置，包括：定子15及设置于定子15中部的转子17，转子17包括转子骨架1及设置于转子骨架1外周的生磁部，定子15包括定子骨架6及设置于定子骨架6内周的发电部，发电部与输出电线12连接，转子17转动时，发电部产生电流沿输出电线12输出。

需要说明的是，转子17可在定子15的中部转动，定子骨架6的内周面正对转子骨架1的外周面设置，以使转子骨架1外周安装的生磁部正对定子骨架6内周安装的发电部。

生磁部自身可产生磁场，发电部为导体，转子骨架1转动时，生磁部与发电部相对转动，使发电部切割生磁部的产生的磁感线，从而使发电部内产生电流并沿输出电线12输出。

定子骨架6和转子骨架1均为导磁材料，为发电装置提供磁路，便于磁场导通，优选地，定子骨架6由导磁良好的硅钢片叠成，硅钢片可以导通磁场，形成磁通路，这样磁场才能从转子17N极通过硅钢片回到S极。

将本申请所提供的轴箱内发电装置的转子17与旋转的车轴24相连，定子15与固定的轴箱端盖14相连，转子17跟随车轴24不断旋转产生变化的磁场，使得至于磁场内的定子骨架6上的发电部不断切割磁场线产生电流，并沿输出电线12对外输送。

本申请所提供的轴箱内发电装置采用成熟的电磁发电原理，技术成熟、可靠性高、安全性强；可向所有无线传感器供电，最大限度降低设备成本和安装工作量；只存在从发电装置到无线传感器的输出电线12，电缆芯数和电缆尺寸减少，一定程度上减轻了有线传感器应用面临的布线困难问题；发电功率大，对无线传感器无严苛的低功耗要求，对无线传感器的应用限制少。

在上述实施例的基础上，作为进一步的优选，生磁部包括若干永磁体3，所有永磁体3的单个磁极向外设置，相邻永磁体3的磁极反向设置。

需要说明的是，永磁体3的大小和数量可根据实际应用情况进行设置，所有永磁体3沿转子骨架1的外周排列设置，优选地，所有永磁体3沿转子骨架1的外周均布，以使转子17在转动至每一角度时，定子15中产生的电流大小相等，使电流可稳定输出。相邻的永磁体3的磁极相反可使永磁体3产生的磁感线进入发电部并由发电部进入相邻的永磁体3，保证发电部可切割磁感线。

在上述实施例的基础上，作为进一步的优选，转子骨架1的外周设置若干卡接槽，一个永磁体3对应插装于一个卡接槽中。

需要说明的是，通过在转子骨架1的外周均布卡接槽，每个卡接槽中均对应卡接一个永磁体3，卡接的安装方式不仅拆装方便，还便于加工、成本较低。。

优选地，卡接槽为T形槽，永磁体3为插装于T形槽中的T形磁体。

需要说明的是，T形槽的两端开口分别设置于转子骨架1的两侧，T形磁体贴合于转子骨架1的此面为弧面，使T形磁体可完全贴合于转子骨架1的外周，T形磁体可沿转子骨架1的一侧的T形槽的开口插入T形槽内，以使T形磁体可稳定安装，便于拆卸。

在上述实施例的基础上，作为进一步的优选，转子骨架1包括圆柱形的第一骨架主体及设置于第一骨架主体外周的若干固定件2，卡接槽设置于相邻固定件2之间，固定件2与第一骨架主体可拆卸连接。

需要说明的是，第一骨架主体的外周为圆周面，在第一骨架主体的侧面可设置安装孔，以便于将第一骨架主体安装在止挡座18上。所有固定件2均布在第一骨架主体的外周面上，使所有的卡接槽的大小一致，使每个永磁体3的大小一致。

优选地，固定件2与第一骨架主体螺栓连接。固定件2可通过螺栓安装于第一骨架主体的外周，当永磁体3装入后，可通过调节螺栓的紧固度调节固定件2压紧永磁体3的压力，提升永磁体3安装的稳定性。

在上述实施例的基础上，作为进一步的优选，定子骨架6包括圆环形的第二骨架主体，发电部包括若干线圈，线圈的轴线方向与第二骨架主体的径向方向一致，所有线圈串联，两个相邻的线圈的线头与输出电线12连接，或输出电线12为两个相邻的所述线圈的线头。

需要说明的是，第二骨架主体的内周正对第一骨架主体的外周设置，由于第一骨架主体的外周设置的永磁体3发出的磁感线大体沿第一骨架主体的径向设置，将所有线圈的轴线方向设置与第二骨架主体的径向方向一致可以保证线圈可切割磁感线，提高发电效率。

绕线4时，可沿顺时针或逆时针绕线4，且线圈的串联方向为沿第二骨架主体的周向设置，由于所有线圈串联后剩余两个线头，使两个线头分别处于相邻的两个线圈上，当线头的余线长度较短时，使两个线头与输出电线12连接可简化线路结构；当线头的余线长度较长时，可使用线头的余线作为输出电线12输出，无需采用其他额外的线路连接。

为了使转子17转动至任意角度时，所有线圈上产生的电流大小一致，在上述实施例的基础上，作为进一步的优选，所有线圈均布于第二骨架主体的内周，以使转子17转动时，所有线圈输出的电流大小一致，保证电流稳定输出。

在上述实施例的基础上，作为进一步的优选，线圈包括绕线柱5及缠绕在绕线柱5的绕线4，第二骨架主体的内周设置用于安装绕线柱5的线槽。

需要说明的是，线槽略大于绕线柱5的大小，所有线槽沿第二骨架的内周均布，用于嵌放绕线柱5。绕线4的方式可采用多种绕法，可以产生三相交流电或单相交流电即可。本实施例所提供的绕线柱5的安装方式简单，便于加工。

为了避免电流流入第二骨架主体，在上述实施例的基础上，作为进一步的优选，第二骨架主体的内周设置绝缘层9，绝缘层9可使第二骨架主体和绕线4隔绝，使绕线4内产生的电流沿输出电线12流出，避免了电流流向第二骨架主体，降低了隐患。

除了上述轴箱内发电装置，本发明还提供一种车辆轴箱，包括：轴箱体19，轴箱体19的内周设置轴箱轴承23，轴箱轴承23中设置车轴24，车轴24的外端设置止挡座18，轴箱体19的外端扣装轴箱端盖14，止挡座18与轴箱端盖14之间设置上述任意一实施例所公开的轴箱内发电装置，转子骨架1安装于止挡座18的外侧，定子骨架6安装于轴箱端盖14的内侧。

需要说明的是，车轴24与止挡座18共同转动，以带动转子骨架1转动，定子骨架6安装在轴箱端盖14内侧，轴箱端盖14与轴箱体19连接，车辆在行驶时车轴24与转子骨架1转动，定子骨架6相对轴箱体19固定不动，以使发电部与生磁部相对转动，从而使发电部产生电流。

本申请所提供的车辆轴箱利用车辆轴箱结构，实现发电装置的安装，充分考虑轨道车辆作业环境，工程化、可实施性高；发电装置设置于轴箱体19内，利用轴箱本身的结构进行防护(防水、防尘)，且空间利用率更高，轴箱体19改动小，发电装置体积小，能完成更高效的电能生产。

在上述实施例的基础上，作为进一步的优选，转子骨架1上设置若干第一通孔8，每个第一通孔8内均设置与止挡座18连接的第一螺栓10。

需要说明的是，第一通孔8的设置位置对应止挡座18上的螺孔的位置，使用第一螺栓10将每个第一通孔8和止挡座18的螺孔对应连接，对车辆改动小，无需在止挡座18上重新开孔，便于安装。

为了便于安装定子骨架6，在上述实施例的基础上，作为进一步的优选，定子骨架6上设置若干第二通孔7，每个第二通孔7内均设置与轴箱端盖14连接的第二螺栓16。轴箱端盖14内侧可开设安装孔，每个安装孔与每个第二通孔7一一对应，采用第二螺栓16连接，便于安装加工和拆装。

在上述实施例的基础上，作为进一步的优选，定子骨架6的侧面设置固线夹，输出电线12固定在固线夹上，轴箱端盖14上设置穿线孔，输出电线12沿穿线孔穿出。

需要说明的是，固线夹可通过螺栓连接的方式安装于定子骨架1上，固线夹上设置通孔，可利用螺栓安装于定子骨架6上。输出电线12穿过固线夹后沿穿线孔穿出，向传感器供电。固线夹体积较小，对轴箱端盖14内的输出电线12起到固定作用，避免了输出电线12窜动。

为了简化结构，优选地，固线夹上设置连接孔，连接孔正对距离输出电线12最近的第二通孔7，第二螺栓10同时插入连接孔和第二通孔7。

需要说明的是，固线夹的结构可根据实际应用情况选择多种结构，例如，固线夹包括固线板11和与固线板连接的套筒13，连接孔设置于固线板11上，输出电线12沿套筒13穿过后，沿穿线孔穿出。

再例如，固线夹包括半圆筒状的压线槽，在压线槽的两侧或单侧设置安装板，连接孔设置于安装板上。当压线槽单侧设置安装板时，可将连接孔正对第二通孔7连接；当压线槽两侧均设置安装板时，使其中一个连接孔正对第二通孔7，使另一个连接孔可通过其他螺栓连接于定子骨架6。压线槽的槽口正对定子骨架6，压线槽可压紧输出电线12于定子骨架6上。

本实施例可利用第二螺栓10和第二通孔7安装固线夹，减少了额外打孔数量和减少了额外的螺栓数量，降低了加工和拆装难度。

在上述实施例的基础上，作为进一步的优选，穿线孔的外端面上设置凸台20，输出电线12上套装尼龙软管22，尼龙软管22的外周安装防水固线接头21，防水固线接头21与凸台20螺纹连接。

需要说明的是，凸台20为中空结构，与穿线孔连通，尼龙软管22直接与防水固线接头21连接，以束缚输出电线12，使输出电线12的线头沿尼龙软管22输出。防水固线接头21设置内螺纹，可与凸台20的外螺纹匹配连接，防水固线接头21可锁紧尼龙软管22，防止尼龙软管22窜动，并且增加了穿线孔的密封性。

在车辆正常行驶过程中，车轴24会延车轴24中心线有左右1-2mm的位移量，因此为了避免发电装置受车轴24位移引起定子15与止挡座18产生碰磨，出线方案需要考虑装配完成后定子15及其配件与止挡座18之间预留足够间隙来规避这种情况发生，在上述实施例的基础上，作为进一步的优选，固线夹与止挡座18之间的最小轴向间隙大于2mm。

为了满足电源输出功率，在发电装置与轴箱装配完成后，优选地，使定子15与转子17之间的间隙小于或等于2mm，本实施例所提供的方案可以使转子17在转动过程中，即使发生部分偏差，也不会导致转子17旋转过程中与定子15产生碰撞，避免损坏发电装置。

一旦转子17与定子15不同轴或同轴度差，会导致转子17旋转过程中偏心，与定子15产生碰撞，损坏发电装置。为了解决上述问题，在上述实施例的基础上，作为进一步的优选，轴箱端盖14上设置若干定子安装孔25，所有定子安装孔25处于第一圆周，第一圆周与轴箱端盖14的同轴度为0.01mm-0.1mm之间。本实施例可保证定子15与轴箱端盖14的同轴，由于轴箱端盖14与止挡座18同轴度高，所以可以提升定子15与止挡座18同轴度。

在上述实施例的基础上，作为进一步的优选，止挡座18上设置若干转子安装孔26，所有转子安装孔26处于第二圆周，第二圆周与止挡座18的外包圆的内圆周的同轴度为0.01mm-0.1mm之间。本实施例可以保证转子17与止挡座18的同轴，由于轴箱端盖14与止挡座18同轴度高，所以可以提升转子17与轴箱端盖14同轴度，以提高转子17与定子15的同轴度，避免了转子17与定子15发生碰撞。

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。

以上对本发明所提供的轴箱内发电装置和车辆轴箱进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。