混合动力总成及轨道车辆的制作方法

本实用新型属于内燃动车组混合动力总成技术领域，更具体地说，是涉及一种混合动力总成及轨道车辆。

背景技术：

在内燃轨道车辆中，动力源大多采用内燃液传与内燃电传的方式，前者利用柴油机连接液力或液力—机械变速箱直接驱动转向架，后者采用柴油机带动发电机发电，从而驱动转向架电机。上述结构需要对应动力牵引和供电设定两套不同的动力系统，存在部件繁多、占用空间大的问题，不利于动力装置的合理布置，同时上述方式也不利于实现节能减排。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于提供一种混合动力总成及轨道车辆，以解决现有技术中存在的动力总成占用空间大且不利于节能减排的技术问题。

为实现上述目的，本实用新型采用的技术方案是：提供一种混合动力总成，包括柴油机、发电机以及变速箱；发电机与柴油机相连，发电机上还连接有变流器，变流器上分别连接有用电设备和动力电池；变速箱与发电机相连；车轴齿轮箱与变速箱相连，且车轴齿轮箱连接有轮对。

作为本申请另一实施例，发电机为永磁发电机，发电机包括外壳、定子以及转子；定子的主轴沿水平方向设置，且位于外壳中，定子设有贯通的中心孔；转子设置于中心孔内，转子的一端设有用于与柴油机相连的前连接盘，另一端设有用于与变速箱相连的后连接盘。

作为本申请另一实施例，定子的内圈设有若干个定子绕组，定子绕组包括若干个扁线导体以及绝缘层，若干个扁线导体位于外壳内且由外向内顺次排布的扁线导体；绝缘层包覆于若干个扁线导体的外部。

作为本申请另一实施例，前连接盘和后连接盘分别为膜片联轴器，且前连接盘与转子的主轴通过花键相连。

作为本申请另一实施例，柴油机上设有第一冷水通道，发电机上设有第二冷水通道，变速箱上设有第三冷水通道，混合动力总成还包括风扇以及冷水箱，冷水箱分别与第一冷水通道、第二冷水通道和第三冷水通道连通。

作为本申请另一实施例，混合动力总成还包括用于与车体相连的框架，柴油机、发电机以及变速箱均设置于框架内。

作为本申请另一实施例，框架上还设有位于柴油机和发电机之间的第一隔振器。

作为本申请另一实施例，框架上还设有消音器。

本实用新型提供的混合动力总成的有益效果在于：本实用新型提供的混合动力总成，利用车轴齿轮箱和与其相连的轮对实现车辆制动能量向电能的转化，降低了柴油机的机械能向电能的转化量，具有良好的节能减排效果；另外动力电池在柴油机启动时，可以将直流电逆变成交流电带动柴油机启动，且能够在轨道车辆起步加速时，为发电机提供电能，使发电机输出扭矩与柴油机共同驱动变速箱，便于短时间提高车辆的加速度，实现车辆快速起停，降低柴油机的动力输出；本实施例中的混合动力总成，利用柴油机、发电机、变速箱的串联实现对车辆的轮对的牵引，在发电机上连接变流器的设置能够对车内的用电设备进行供电，上述两套动力组件得到了有效的集成，该混合动力总成重量轻，占用空间小，便于混合动力总成在车辆下方的布设和安装，节省空间占用。

本实用新型还提供了一种轨道车辆，包括车体以及设置于车体内部或下方的混合动力总成。

作为本申请另一实施例，车体以及混合动力总成之间还设有第二隔振器。

本实用新型提供的轨道车辆的有益效果与混合动力总成的有益效果相同，在此不再赘述。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例中的技术方案，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性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型实施例提供的混合动力总成的示意图；

图2为本实用新型实施例提供的混合动力总成的结构示意图；

图3为图2中发动机和变速箱的爆炸结构示意图；

图4为图3中定子的左视结构示意图；

图5为图4中定子绕组的结构示意图。

图中：100、框架；110、第一隔振器；120、消音器；130、第二隔振器；200、柴油机；300、发电机；310、外壳；320、定子；330、转子；340、前连接盘；350、后连接盘；360、第二冷水通道；370、定子绕组；371、扁线导体；372、绝缘层；400、变速箱；500、车轴齿轮箱；600、冷水箱；700、变流器；710、轮对；720、用电设备；730、动力电池。

具体实施方式

为了使本实用新型所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

请一并参阅图1至图5，现对本实用新型提供的混合动力总成及轨道车辆进行说明。混合动力总成，柴油机200、发电机300以及变速箱400；发电机300与柴油机200相连，发电机300上还连接有变流器700，变流器700上分别连接有用电设备720和动力电池730；变速箱400与发电机300相连；车轴齿轮箱500与变速箱400相连，且车轴齿轮箱500连接有轮对710。轮对710指的是车辆的车轮，车辆运行过程中，车轴齿轮箱500带动轮对710转动，实现驱动车辆的车轮运动，带动车辆运行的效果。

需要说明的是，当元件被称为“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者间接在该另一个元件上。术语“上”、“下”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。

本实用新型提供的混合动力总成，与现有技术相比，本实用新型提供的混合动力总成，利用车轴齿轮箱500实现车辆制动能量向电能的转化，降低了柴油机200的机械能向电能的转化量，具有良好的节能减排效果；另外动力电池730在柴油机200启动时，可以将直流电逆变成交流电带动柴油机200启动，且能够在轨道车辆起步加速时，为发电机300提供电能，使发电机300输出扭矩与柴油机200共同驱动变速箱400，便于短时间提高车辆的加速度，降低柴油机200的动力输出。

本实施例中的混合动力总成，利用柴油机200、发电机300、变速箱400的串联实现对车辆的轮对710的牵引，在发电机300上连接变流器700能够对车内的用电设备720进行供电，上述两套动力组件得到了有效的集成，该混合动力总成重量轻，占用空间小，便于混合动力总成在车辆下方的布设和安装，节省空间占用。

本实施例中，存在下述几种工作模式：

(1)在车辆牵引并供电的工况下，柴油机200提供机械能，发电机300能够在柴油机200的变转速下输出变频三相电压，通过变流器700整流为直流电压，最终进一步逆变输出为380v交流电压以用于用电设备720；

(2)在车辆制动工况下，发电机300回收大部分车辆制动能量，将机械能转化成电能，并通过变流器700为动力电池730充电或为用电设备720提供电源；既回收制动能量，又减少制动闸片的磨损；

(3)在起步加速工况下，动力电池730将直流电整流成交流电后供给发电机300，此处发电机300作为电动机用，发电机300输出扭矩，与柴油机200共同驱动变速箱400，以使车辆短时间获得更大的加速度。此过程中车辆设备用电全部通过动力电池730的直流电经逆变得到交流电后提供给用电设备720；

(4)在启动柴油机200工况下，从动力电池730获得电能，此处发电机300作为电动机，直接带动柴油机200转动。

进一步的，用电设备720包括热水加热装置以及暖风供送装置。本实施例中，通过柴油机200的能量转化的电能以及车辆制动的能量可以转化为电能，并存储在动力电池730中，利用动力电池730为热水进行加热或对自然风进行加热，实现车箱内热水以及暖风的供送，有效的利用了上述能量，实现了节能减排的效果。

作为本实用新型实施例的一种具体实施方式，请参阅图3至图5，发电机300为永磁发电机300，发电机300包括外壳310、定子320以及转子330；定子320的主轴沿水平方向设置，且位于外壳310中，定子320设有贯通的中心孔；转子330设置于中心孔内，转子330的一端设有用于与柴油机200相连的前连接盘340，另一端设有用于与变速箱400相连的后连接盘350。永磁发电机300是指由热能转变的机械能转化为电能的发电装置。永磁式发电机300省去了励磁式发电机300的励磁绕组、碳刷、滑环结构，整机结构简单，避免了励磁绕组易烧毁、断线等故障问题，可靠性大为提高。

进一步的，转子330的结构形式，使得发电机300内部结构设计排列更加紧凑，体积、重量大为减少。永磁发电机300具有体积小、重量轻的优点，便于实现混合动力总成在车体下方的布置，减少车箱内部空间的占用。永磁式发电机300还具有良好的节能效果。上述转子330的结构，免去了产生转子330磁场所需的励磁功率和碳刷、滑环之间磨擦的机械损耗，使得永磁式发电机300效率大为提高。普通励磁式发电机300在1300转/分至6000转/分之间的转速范围内平均效率只有45％至55％，而永磁式发电机300则可高达75％至80％。

发电机300采用双轴承、扁形永磁发电机300，外壳310采用低合金高强度钢，提高了发电机300整体强度与刚度，更适应于柴油机200、发电机300、变速箱400串联布置所需的动力需求。

作为本实用新型实施例的一种具体实施方式，请参阅图4至图5，定子320的内圈设有若干个定子绕组370，定子绕组370包括若干个扁线导体371以及绝缘层372，若干个扁线导体371位于外壳310内且由外向内顺次排布；绝缘层372包覆于若干个扁线导体371的外部。在本实用新型的描述中，“若干个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。本实施例中，导体采用扁线结构，且由定子320的内圈向外圈顺次设置四层。扁线导体371的采用，可以有效缩短定子320的长度，减小发电机300的占用空间，同时还使发电机300具有更高的效能。

作为本实用新型实施例的一种具体实施方式，请参阅图3至图5，前连接盘340和后连接盘350分别为膜片联轴器，且前连接盘340与转子330的主轴通过花键相连。膜片联轴器靠膜片的弹性变形来补偿所连接的两个轴的相对位移，是一种高性能的金属强元件挠性联轴器，不用润油，结构较紧凑。利用膜片联轴器连接柴油机200和发电机300以及发电机300和变速箱400，可以使整个串联路径的动力不中断，便于将制动过程中能量向动力电池730中的存储，避免制动能量的浪费。

作为本实用新型实施例的一种具体实施方式，请参阅图1至图3，柴油机200上设有第一冷水通道，发电机300上设有第二冷水通道360，变速箱400上设有第三冷水通道，混合动力总成还包括风扇以及冷水箱600，冷水箱600与第一冷水通道、第二冷水通道360和第三冷水通道相连通。本实施例中，在靠近柴油机200和发电机300的位置设置有一个冷水箱600，并利用风扇实现对冷水箱600内冷水的降温。该冷水箱600与柴油机200的第一冷水通道、变速箱400的第三冷水通道、发电机300的第二冷水通道360分别连通，用以实现对多个部件的分别散热，相比对应柴油机200、发电机300以及变速箱400分别设置冷却组件的方式，可以有效的减少占用的空间，具有高效的热管理效果，能够进一步实现节能目的。

进一步的，该冷水箱600还和混合动力总成上的液压系统相连，用于对液压系统进行有效降温，使冷水箱600充分发挥冷却作用。

请参阅图3，发电机300的第二冷水通道360设置外壳310上，布设方式为围绕定子320的主轴形成的螺旋型结构，能够有效提高冷水与发电机300的接触面积，便于提高冷却效率，实现良好的节能效果。

作为本实用新型实施例的一种具体实施方式，请参阅图2，混合动力总成还包括用于与车体相连的框架100，柴油机200、发电机300以及变速箱400均设置于框架100内。本实施例中，设置框架100，并将柴油机200、发电机300以及变速箱400等统一放置在框架100中，便于将整个混合动力总成作为一个整体快速安装至车体上。

作为本实用新型实施例的一种具体实施方式，请参阅图2，框架100上还设有位于柴油机200和发电机300之间的第一隔振器110。框架100上还设有消音器120。在使用过程中，柴油机200和发电机300在使用过程中会产生较大的噪声和振动，消音器120的设置能够降低框架100与车体之间的噪声值，避免噪声对车内乘客的影响。第一隔振器110的设置，能够对柴油机200和发电机300产生的振动进行有效的隔离，避免振动对车上乘客的影响，便于提高乘客旅途中的舒适性。

本实用新型还提供一种轨道车辆，包括车体以及设置于车体内部或下方的混合动力总成。由于该混合动力装置占用体积较小，所以可以方便的将该混合动力装置设置在车体下方，避免占用车箱内部空间的问题。

作为本实用新型实施例的一种具体实施方式，车体以及混合动力总成之间还设有第二隔振器130。由于柴油机200在启动以及运行过程中会有较大的振动幅度，为了保证车体的稳定性，提高乘客的使用舒适度，在框架100和车体之间设置第二隔振器130，以便降低混合动力总成内部构件对上方车体的振动影响。

本实用新型提供的轨道车辆，将混合动力总成布设在车辆下方，有效的减小了原有动力装置在车内的占用空间，扩大了车箱内部的面积。该动力总成的设置，能够有效的利用制动过程中的能量，将其转化为电能，降低了柴油机200的能源消耗，具有良好的节能减排效果；动力电池730在柴油机200启动和加速时，带动柴油机200启动或者辅助柴油机200驱动变速箱400，便于短时间提高车辆的加速度，降低柴油机200的动力输出。

以上仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

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