CN104129392B - 一种机车用双边行星减速的交流横向磁场驱动装置 - Google Patents
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Abstract
一种机车用双边行星减速的交流横向磁场驱动装置，多个交流横向磁场电机模块通过吊耳与电机架固定，转子与太阳轮连接，端部定子一端的内齿圈固定，当太阳轮主动转动时，行星轮将做行星运动，而行星轮尾部的销轴插在车轴轮辋上的开孔中，使车轮充当行星架输出，左右两个车轮旁的行星减速结构相同，但行星轮的布置上相差180°，本发明的交流横向磁场电机模块可根据动力需求和布置空间增减模块数量，同时低速转矩性能优良，伺服控制性能好，可实现多种先进电机控制算法，双边行星减速装置结构紧凑，寿命长，电机转子和减速器一体化设计，节省了车轮附近的空间。本发明传动简单、电机驱动性能优越，适合在高速列车中推广使用。
Description
技术领域
本发明属于轨道交通技术领域，具体涉及一种机车用双边行星减速的交流横向磁场驱动装置。
背景技术
电力机车是我国目前主要的轨道客运和货运设备，其在我国交通运输中扮演着重要的角色。我国地域广阔，每逢春运客运高峰期时，铁路运输承受着巨大的压力，因此我国电机机车的发展向着快速化、先进化、安全化的方向发展，以应对我国巨大的客运和货运需求。近十几年来，我国的高铁发展迅速，建成了许多高铁线路，对高速电力机车的需求也十分迫切。目前国内的电力机车从动力分布形式上分为集中型和分散型两种，在高速铁路中常采用动力分散型驱动方式，以满足对机车的动力性能要求。
现有的动力分散型电力机车，采用三相异步牵引电机作为动力源，电机通过悬挂装置置于车厢底部，电机的输出轴通过一个齿轮减速箱与车轴连接，实现电机驱动车轴转动，使列车前进。由于三相异步牵引电机低速性能不佳，不能满足驱动车轴的要求，因此在车轴和动力源之间需要有中间的齿轮箱进行减速増矩，这使得整个驱动系统的效率降低，笨重的齿轮箱更使得车轴附近传动系统重量和体积增加，不利于列车高速化发展。同时，三相异步牵引电机的性能缺陷也阻碍了高速电机机车的先进化发展，使得先进的电机控制策略在电力机车上得不到应用，电力机车上的电机控制策略长期落后与电机领域控制算法的发展。
发明内容
为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种机车用双边行星减速的交流横向磁场驱动装置，采用行星齿轮传动替代原有齿轮箱，同时采用低速性能优越的横向磁场多盘式电机作为动力源，通过一体化设计实现与车轴的集成。
为了达到上述目的，本发明采取的技术方案为：
一种机车用双边行星减速的交流横向磁场驱动装置，是完全对称的结构，每侧包括车轮1，车轮1通过热压法安装在车轴4上，车轮1外侧的车轴4两端安装有轴承箱17，车厢16通过减震装置5支承在轴承箱17上；车轮1的轮辋上均布有三个或三个以上的销轴孔，其中装有橡胶套6，行星轮8尾部的销轴插在橡胶套6中，行星轮8和端部定子2尾部的内齿圈啮合，太阳轮3和行星轮8啮合，形成行星齿轮传动；太阳轮3与转子18周向连接，轴向通过卡环定位，转子18与转子铁心20周向连接，轴向通过螺钉和挡环21定位，转子铁心20为多齿槽结构，齿槽中镶嵌有钕铁硼永磁体11，铝环22通过紧固配合箍紧在转子铁心20外圈，防止钕铁硼永磁体11飞出；端部定子2和中间定子19通过其上的两个吊耳13和销轴12悬挂在电机架15下面，其中吊耳13的开孔中装有吊耳橡胶套14，允许端部定子2和中间定子19在上下方向上有位移，但左右方向上固定，端部定子2的一端和中间定子19的两端上绕有三相绕组10；转子18通过两个对装的圆锥滚子轴承9支承在端部定子2的轴承孔中，使转子铁心20和端部定子2或中间定子19保持有1mm的轴向间隙。
所述的端部定子2中心为轴承孔，两侧一端为内齿圈，用于行星齿轮传动，另一端为凸出结构，其上加工有36个齿槽，用于绕制三相绕组10；端部定子2的上端焊接有两个吊耳13，用于和电机架15连接。
所述的中间定子19是完全对称的结构，其上部焊接有两个吊耳13，两侧为凸出结构，其上各加工有36个齿槽，用于绕制三相绕组10。
所述的转子铁心20的中心为花键凹槽，在半径方向上开有36个均匀布置的齿槽，齿槽中镶嵌有36块周向充磁的钕铁硼永磁体11，其中相邻的钕铁硼永磁体11相对的面极性相反。
所述的三相绕组10共包含36个线圈，线圈匝数根据端部定子2或中间定子19齿槽空间确定，其中三个线圈为1相，A、B、C三相依次沿圆周排列，每相中间的线圈和两边的线圈中通入的电流始终方向反向，但相位相同。
所述的端部定子2或中间定子19、三相绕组10、转子铁心20、钕铁硼永磁体11和铝圈22共同组成交流横向磁场电机模块，轴向可根据实际动力需求布置多个交流横向磁场电机模块。
所述的驱动装置的双边行星减速为：车轮1上的销轴孔分别与相应的行星轮8尾部的销轴连接，行星轮8分别与端部定子2上的内齿圈和太阳轮3啮合，传动时端部定子2上的内齿圈固定，太阳轮3主动转动，行星轮8带动车轮1作为行星架输出，左右两个车轮1旁边的行星减速为完全相同的结构，行星轮的布置上相差180°。
本发明的优点为：交流横向磁场电机低速转矩性能优良，伺服控制性能优越，可实现多种先进电机控制算法；行星减速装置结构紧凑，寿命长，相同传动比条件下重量和体积小于原有的齿轮箱；电机转子和减速器一体化设计，节省了车轮附近的空间。
附图说明
图1是本发明实施例的整体结构示意图。
图2是图1的A-A方向结构示意图。
图3是端部定子2或中间定子19和三相绕组10分相示意图。
图4是转子铁心20和钕铁硼永磁体11镶嵌示意图。
图5是交流横向磁场盘式电机模块的结构示意图。
具体实施方式
下面参照附图贺实施例对本发明作详细阐释。
参照图1和图2，一种机车用双边行星减速的交流横向磁场驱动装置，是完全对称的结构，每侧包括车轮1，车轮1通过热压法安装在车轴4上，车轮1外侧的车轴4两端安装有轴承箱17，车厢16通过减震装置5支承在轴承箱17上；车轮1的轮辋上开有三个互成120°的销轴孔，其中装有橡胶套6，行星轮8尾部的销轴插在橡胶套6中，行星轮8和端部定子2尾部的内齿圈啮合，太阳轮3和行星轮8啮合，形成行星齿轮传动；太阳轮3通过两个或四个平键7与转子18周向连接，轴向通过卡环定位，转子18上有加工有花键，通过花键与转子铁心20周向连接，轴向通过螺钉和挡环21定位，转子铁心20为多齿槽结构，齿槽中镶嵌有钕铁硼永磁体11，铝环22通过紧固配合箍紧在转子铁心20外圈，防止钕铁硼永磁体11飞出；端部定子2和中间定子19通过其上的两个吊耳13和销轴12悬挂在电机架15下面，其中吊耳13的开孔中装有吊耳橡胶套14，允许端部定子2和中间定子19在上下方向上有一定位移，但左右方向上固定，端部定子2的一端和中间定子19的两端上绕有三相绕组10；转子18通过两个对装的圆锥滚子轴承9支承在端部定子2的轴承孔中，使转子铁心20和端部定子2或中间定子19保持有1mm的轴向间隙。
参照图3，所述的端部定子2或中间定子19上有凸出结构，其上加工有36个齿槽，用于绕制三相绕组10；端部定子2或中间定子19的上端焊接有两个吊耳13，用于和电机架15连接；三相绕组10共包含36个线圈，线圈匝数根据端部定子2或中间定子19齿槽空间确定，其中三个线圈为1相，A、B、C三相依次沿圆周排列，每相中间的线圈和两边的线圈中通入的电流始终方向反向，但相位相同。
参照图4，所述的转子铁心20的中心为花键凹槽，在半径方向上开有36个均匀布置的齿槽，齿槽中镶嵌有36块周向充磁的钕铁硼永磁体11，其中相邻的钕铁硼永磁体11相对的面极性相同，即如果面1为N极，则面2也为N极；钕铁硼永磁体11被铝圈22固定在转子铁心20内部，铝圈22和转子铁心20之间为紧配合。
参照图5，所述的端部定子2或中间定子19、三相绕组10、转子铁心20、钕铁硼永磁体11和铝圈22共同组成交流横向磁场电机模块，轴向可根据实际动力需求布置多个交流横向磁场电机模块。本实施例采用了三个交流横向磁场电机模块，但本发明不只局限于三个模块，凡是采用这样的结构，都属于本发明的范畴内。
所述的驱动装置的双边行星减速为：车轮1上的销轴孔分别与相应的行星轮8尾部的销轴连接，行星轮8分别与端部定子2上的内齿圈和太阳轮3啮合，传动时端部定子2上的内齿圈固定，太阳轮3主动转动，行星轮8带动车轮1作为行星架输出，左右两个车轮1旁边的行星减速为完全相同的结构，行星轮的布置上相差180°。
本发明的工作原理为：
当三相绕组10中通入电流后，由于其缠绕在端部定子2或中间定子19的齿部，因此会在齿部的两端上感应出磁极，由于每相三个线圈中的中间线圈中的电流与剩余两个线圈中电流方向相反，因此齿部中感应出的磁力线一端会在端部定子2或中间定子19中闭合；而齿部靠近气隙的表面上，由于转子铁心20上镶嵌的钕铁硼永磁体11相邻两块同极性磁极相对，互相排斥，会迫使磁力线向转子铁心20轴向延伸，端部定子2或中间定子19齿部靠近转子铁心20的表面上感应出的磁极恰好能吸引延伸过来的磁力线，定转子中的磁力线穿过中间的气隙，构成空间上闭合的磁路。当三相绕组10中的电流的相位改变时，穿过气隙的磁力线被拉长，根据磁阻最小原理，转子铁心20将会发生转动，从而向着使得磁力线最短的方向转动，合理的控制三相绕组10中电流相位的变化，就能实现让转子连续转动，输出转矩。转子18通过平键7带动太阳轮3旋转，端部定子2上的内齿圈固定不动，此时行星轮8会做行星运动，而其尾部的销轴会带动车轮1作为行星架转动，实现行星减速。
Claims (7)
1.一种机车用双边行星减速的交流横向磁场驱动装置，是完全对称的结构，每侧包括车轮(1)，其特征在于：车轮(1)通过热压法安装在车轴(4)上，车轮(1)外侧的车轴(4)两端安装有轴承箱(17)，车厢(16)通过减震装置(5)支承在轴承箱(17)上；车轮(1)的轮辋上均布有三个或三个以上的销轴孔，其中装有橡胶套(6)，行星轮(8)尾部的销轴插在橡胶套(6)中，行星轮(8)和端部定子(2)尾部的内齿圈啮合，太阳轮(3)和行星轮(8)啮合，形成行星齿轮传动；太阳轮(3)与转子(18)周向连接，轴向通过卡环定位，转子(18)与转子铁心(20)周向连接，轴向通过螺钉和挡环(21)定位，转子铁心(20)为多齿槽结构，齿槽中镶嵌有钕铁硼永磁体(11)，铝环(22)通过紧固配合箍紧在转子铁心(20)外圈，防止钕铁硼永磁体(11)飞出；端部定子(2)和中间定子(19)通过其上的两个吊耳(13)和销轴(12)悬挂在电机架(15)下面，其中吊耳(13)的开孔中装有吊耳橡胶套(14)，允许端部定子(2)和中间定子(19)在上下方向上有位移，但左右方向上固定，端部定子(2)的一端和中间定子(19)的两端上绕有三相绕组(10)；转子(18)通过两个对装的圆锥滚子轴承(9)支承在端部定子(2)的轴承孔中，使转子铁心(20)和端部定子(2)或中间定子(19)保持有1mm的轴向间隙。
2.根据权利要求1所述的一种机车用双边行星减速的交流横向磁场驱动装置，其特征在于：所述的端部定子(2)中心为轴承孔，两侧一端为内齿圈，用于行星齿轮传动，另一端为凸出结构，其上加工有36个齿槽，用于绕制三相绕组10；端部定子(2)的上端焊接有两个吊耳(13)，用于和电机架(15)连接。
3.根据权利要求1所述的一种机车用双边行星减速的交流横向磁场驱动装置，其特征在于：所述的中间定子(19)是完全对称的结构，其上部焊接有两个吊耳(13)，两侧为凸出结构，其上各加工有36个齿槽，用于绕制三相绕组(10)。
4.根据权利要求1所述的一种机车用双边行星减速的交流横向磁场驱动装置，其特征在于：所述的转子铁心(20)的中心为花键凹槽，在半径方向上开有36个均匀布置的齿槽，齿槽中镶嵌有36块周向充磁的钕铁硼永磁体(11)，其中相邻的钕铁硼永磁体(11)相对的面极性相反。
5.根据权利要求1所述的一种机车用双边行星减速的交流横向磁场驱动装置，其特征在于：所述的三相绕组(10)共包含36个线圈，线圈匝数根据端部定子(2)或中间定子(19)齿槽空间确定，其中三个线圈为1相，A、B、C三相依次沿圆周排列，每相中间的线圈和两边的线圈中通入的电流始终方向反向，但相位相同。
6.根据权利要求1所述的一种机车用双边行星减速的交流横向磁场驱动装置，其特征在于：所述的端部定子(2)或中间定子(19)、三相绕组(10)、转子铁心(20)、钕铁硼永磁体(11)和铝圈(22)共同组成交流横向磁场电机模块，轴向根据实际动力需求布置多个交流横向磁场电机模块。
7.根据权利要求1所述的一种机车用双边行星减速的交流横向磁场驱动装置，其特征在于，所述的驱动装置的双边行星减速为：车轮(1)上的销轴孔分别与相应的行星轮(8)尾部的销轴连接，行星轮(8)分别与端部定子(2)上的内齿圈和太阳轮(3)啮合，传动时端部定子(2)上的内齿圈固定，太阳轮(3)主动转动，行星轮(8)带动车轮(1)作为行星架输出，左右两个车轮(1)旁边的行星减速为完全相同的结构，行星轮的布置上相差180°。
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