[发明专利]一种引入永磁电磁耦合器的独立轮对导向控制结构及方法

说明书

本发明公开了一种引入永磁电磁耦合器的独立轮对导向控制结构及方法，其包括车轮、外置制动盘、U形车轴、轮侧齿轮、齿轮箱、控制器、车速传感器，左右两侧车轮外侧中心通过法兰连接外制动盘，左右车轮内侧的中心位置分别连接U形车轴一端形成轮对，左右两侧车轮紧贴车轮的内侧同心安装轮侧齿轮，左右两侧的轮侧齿轮分别与两侧对应的齿轮箱中的小齿轮啮合，两个齿轮箱中的小齿轮分别连接有传动轴，两根传动轴的另一端均采用过盈配合的方式分别连接电磁耦合器的内转子部分、外转子部分，采用电磁耦合器进行转速差的控制，为列车独立轮的转向控制提出了新的设备结构和控制方法。

技术领域

本发明属于独立轮对导向控制技术领域，具体涉及一种引入永磁电磁耦合器的独立轮对导向控制结构及方法。

背景技术

轮对是铁路车辆的一个独特部件。主要包括刚性轮对和独立轮对。刚性轮对由两个相同的车轮和一个轮轴组成，车轮和车轴通常采用过盈配合装配关系，以便两者牢固结合。刚性轮对产生蛇形运动，其蛇行运动是一种非线性动力学系统的自激振动，该种运动的能量由轮对前进运动的能量经由轮轨接触蠕滑输入到系统中，当轮对前进速度超出一定值时，刚性轮对的蛇形运动发生失稳。用以消除刚性轮对蛇形运动的一种简单方法是在旋转方向上解耦刚性轮对的左右车轮，以便两侧的车轮可以以不同的角速度旋转。这种类型的车轮称为独立轮对。由于左右车轮的解耦，独立轮对失去其纵向蠕滑转矩；此外，独立轮对在没有蛇形运动的情况下会失去类似于刚性轮对的导向能力。独立轮对只有通过增加左右车轮之间的接触角差，才能提高重力复原力，以恢复部分导向能力。然而，由于车轮制造误差和轨道不平顺的影响，即使在直行轨道上，独立旋转的轮对通常靠在轨道的一侧，无法自动复位到轨道的中心，从而增加了车轮脱轨的趋势。在曲线上，独立旋转的轮对主要依靠轮缘转向，这导致轮缘很容易出现磨损。

独立轮对的积极方面是直线上运行时，具有横向稳定性好，具有较高的临界速度等的潜力。因此，为了充分利用其较优的稳定横向动力学，同时改善其在曲线上的导向能力，需要对独立轮对进行主动导向控制。

公开号为CN105799717B、公开日为20180622的中国专利申请，提供了一种轨道车辆轮对主动导向方法及其装置。通过转速控制的主动导向控制的方式，利用机械耦合的研究思路，设计一种机械耦合形式的差速器结构，基于行星齿轮减速机的结构上进行了一定的改进，并将此安装在独立轮对左右车轮之间，使其在运行时左右车轮能够获得不同的转速，以达到目标曲线要求的转速差，以实现主动导向的目的，从而改善独立轮对车辆的直线上的自动对中能力和曲线上的曲线通过能力。但此种方法涉及到多级齿轮传动的应用，机械机构较为复杂，可靠性较差。

公开期刊“Leng H, Wang H, Ren L. Dynamic performance study oftransverse friction- coupled wheelset.11th International Conference onContact Mechanics and Wear of Rail/Wheel Systems (CM2018), Delft, TheNetherlands, September 24-27, 2018.”提出一种具有独立轮对的新型横向耦合独立轮对结构，即左右车轮通过干摩擦副耦合，使得独立轮对两侧车轮转速趋同，以达到具备类似于刚性轮对的导向特性的目的。该方案采用摩擦联轴器结构简单，成本低，易于实施和应用，但横向耦合独立轮对的导向能力是源于两侧转速趋同，其导向能力的极限是传统刚性轮对，通过小半径曲线能力较弱。

发明内容

为克服上述存在之不足，本发明的发明人通过长期的探索尝试以及多次的实验和努力，不断改革与创新，提出了一种引入永磁电磁耦合器的独立轮对导向控制结构及方法，其通过一个永磁体筒式调速型电磁耦合器将两侧车轮耦合在一起，可以通过调节通入外转子绕组电流的大小控制电磁力矩大小，从而使内外转子形成一定转速差转动或转速趋同转动，实现内外转子的转动通过机械传动机构传递到两侧车轮，从而实现轮对差速主动导向，导向准确便捷，采用的基本为机械结构，稳固耐用。