CN106533101B - 大功率交流传动窄轨内燃机车用异步牵引电动机 - Google Patents

Abstract

本发明涉及异步牵引电动机，具体为大功率交流传动窄轨内燃机车用异步牵引电动机，解决现有电机功率、额定转矩及功率密度不足的问题，方案：线圈引线头成型连线，经铜排引入接线盒；铁心槽内插导条，与端环焊接一体鼠笼，端环外有护环；端盖上固定有内封环、轴承盖、外轴承盖，端盖和外轴承盖上开通大气孔；转轴套轴套与内封环形成迷宫密封，通过内锥轴安有主动齿轮，外封环与轴承盖、外轴承盖形成迷宫密封；转轴非传动端安有测速齿盘与轴承盖形成迷宫密封；非传动端外盖上有速度传感器；转子铁心轴向开有通风孔。优点：1、功率、额定转矩、功率密度大；2、电气性能优良，可靠性高，防潮性能好；3、散热好；4、维护频率低，工作量小。

Description

大功率交流传动窄轨内燃机车用异步牵引电动机

技术领域

本发明涉及异步牵引电动机，具体为大功率交流传动窄轨内燃机车用异步牵引电动机。

背景技术

目前世界窄轨铁路主要分布在非洲、东南亚、大洋洲和中国台湾等地区，约占世界铁路总里程的20%，绝大部分采用从美国、法国、德国等公司购入的交-直传动内燃机车。近年来，随着这些地区经济的发展，货运需求大幅提升，为进一步提高窄轨铁路内燃机车的牵引能力，各国开始分批采购交流传动内燃机车。

目前，我国出口窄轨内燃机车主要采用直流牵引电动机，主要机车技术参数列于表1。

表1 我国出口的主要交-直传动窄轨内燃机车技术参数

机车型号	SDD2	CKD9B	SDD8	SDD1
					机车运用国家	南非	新西兰	巴西	苏丹
轴式	C0-C0	C0-C0	C0-C0	C0-C0
					轴重/t	18.5	18	20	16.5
轨距/mm	1065	1068	1000	1067
					持续牵引力/kN	223	269.2	280	245
持续速度/km/h	18.7	28.8	18	15.4
					最高速度/km/h	120	100	80	100
牵引电机功率/kW	310	360	323	310
					牵引电机极数	4	4	4	4

随着交流传动内燃机车技术在我国的批量成功运用，我国已经完全掌握标准轨距内燃机车异步牵引电机的研制能力，表2列出了交流传动标准轨距内燃机车异步牵引电动机的主要技术指标。

表2 HXN3交流传动内燃机车异步牵引电动机主要技术指标

综上，传统窄轨内燃机车直流牵引电机、标准轨内燃机车异步牵引电机的成功研制和批量成功运用，为开发窄轨内燃机车异步牵引电动机提供了技术基础。

直流牵引电动机具有以下缺陷：

电机功率低、扭矩小，目前国际上使用的窄轨直流牵引电机功率最高为360kW，扭矩为4117N·m；

有换向器和电刷装置，结构复杂，摩擦部分多，接线复杂，带来与换向有关的限值条件以及运行出现相关的换向故障，从而导致可靠性降低以及维修麻烦；

直流电机机械转速受换向条件和机械强度的限制，调速范围窄，转速低。

现有极个别窄轨内燃机车采用异步牵引电机，出口马来西亚窄轨内燃机车所用进口异步牵引电机，其额定功率为345KW，额定转矩6524N·m，重量1750kg，单位重量功率（功率密度）0.197kW/kg。

本发明为了满足国际铁路市场交流传动窄轨内燃机车牵引电机的大量需求，通过自主研发和技术创新，设计一种符合窄轨限界要求，功率、额定转矩更大，功率密度更高的交流传动窄轨内燃机车异步牵引电动机。

发明内容

本发明解决现有的窄轨内燃机车用异步牵引电机功率、额定转矩及功率密度不足的问题，提供一种符合窄轨限界要求，功率、额定转矩更大，功率密度更高的交流传动异步牵引电动机。

本发明是通过以下技术方案实现的：大功率交流传动窄轨内燃机车用异步牵引电动机，包括定子铁心，所述定子铁心由定子冲片叠压而成，外形为圆形的定子冲片和两端外形为圆形的传动端压圈、非传动端压圈通过拉板焊接固定；所述定子铁心内设有定子线圈，所述定子线圈引线头直接成型连线后，通过引出铜排引入接线盒；电机传动端固定有传动端端盖，传动端端盖上经第一轴承支撑有转轴，转轴上有转子铁心，转子铁心由转子冲片叠压而成，两端用转子传动端压板、转子非传动端压板压紧；转子铁心槽内插有导条，转子铁心两端与端环焊接为一体鼠笼，端环外圆热套有护环；传动端端盖上固定有传动端内封环、传动端轴承盖、传动端外轴承盖，传动端端盖和传动端外轴承盖上开有通大气孔；转轴上套有传动端轴套与传动端内封环形成迷宫密封润滑脂，转轴通过内锥轴安装有主动齿轮传递扭矩，转轴传动端还安装有传动端外封环与传动端轴承盖、传动端外轴承盖共同形成迷宫密封；电机非传动端固定有非传动端端盖，非传动端端盖上经第二轴承支撑有转轴，非传动端端盖上固定有非传动端内封环、非传动端轴承盖、非传动端外盖；转轴非传动端上套有非传动端轴套与非传动端内封环形成迷宫密封润滑脂，转轴非传动端安装有测速齿盘与非传动端轴承盖形成迷宫密封；非传动端外盖上设有速度传感器安装接口；非传动端端盖上开有进风口，转子铁心轴向开有通风孔，传动端端盖上开有出风口。转子铁心采用转子冲片叠压而成，内有导条与端环采用池槽式对接钎焊成转子鼠笼，端环外圆热套有锻钢护环，加强了转子端部的机械强度，同时提升了端环部位的刚度，减小热变形。定子绕组无导电环，定子线圈引线头直接成型连接成三相对称的绕组后通过引出铜排引出至接线盒。传动端外封环、传动端轴承盖和传动端外轴承盖共同形成迷宫密封结构，对脂润滑轴承起到很好的保护作用。在传动端端盖上装配传动端外轴承盖，形成回油油路，在传动端端盖和传动端外轴承盖内部均设计了通大气孔，保证电机内油封部位与大气联通，以均衡传动端轴承两侧的气压，有效避免了齿轮箱润滑油窜入轴承室。电机采用强迫风冷，冷却风通过非传动端端盖进风口送入电机内部，一路冷却风经定子绕组端部-定子铁心通风道-定子绕组端部，将定子铁心及绕组进行冷却；一路经转子铁心轴向通风孔对转子进行冷却；一路经定、转子间气隙将定、转子铁心表面冷却，三路汇合在传动端，由传动端端盖出风口排出。

所述定子线圈为成型绕组，采用耐电晕薄膜导线绕制，线圈对地采用少胶云母薄膜带，外包玻璃丝带，定子绕组采用定子线圈的引线头直接成型连接，经真空压力浸200级绝缘漆。成型绕组可靠性更高，少胶云母薄膜带外包玻璃丝带，电气性能更好，散热能力强。定子绕组采用定子线圈的引线头直接成型连接，取消导电环，提高了定子绕组的一体性，浸200级绝缘漆，通过淋水试验检测，提高电机防潮的性能。所述第一轴承为NU332，第二轴承为NJ320+HJ320。

本发明具有以下优点：1、整机性能更加优异，具有更高的功率和额定转矩，功率密度更大；2、电气性能优良，可靠性高，防潮性能好；3、三路冷却风道，散热性能好；4迷宫密封润滑脂，并带有多道回油油路，端盖上开有通大气孔，避免齿轮箱润滑油窜入轴承室，降低维护频率和工作量。

附图说明

图1为本发明外形主视图；

图2为本发明外形左视图；

图3为本发明外形后视图；

图4为图2俯视图；

图5为本发明内部结构示意图；

图6为本发明迷宫密封结构示意图；

图7为通大气孔结构示意图；

图8为鼠笼转子的锻钢护环结构示意图；

图中：1-主动齿轮，2-传动端外封环，3-传动端外轴承盖，4-传动端轴承盖，5-第一轴承，6-传动端轴套，7-传动端内封环，8-传动端端盖，9-传动端压圈，10-拉板，11-非传动端压圈，12-非传动端端盖，13-定子线圈，14-护环，15-导条，16-端环，17-非传动端外盖，18-测速齿盘，19-非传动端轴承盖，20-第二轴承，21-非传动端内封环，22-非传动端轴套，23-引出铜排，24-接线盒，25-定子冲片，26-转子非传动端压板，27-转子冲片，28-转子传动端压板 ，29-转轴。

具体实施方式

大功率交流传动窄轨内燃机车用异步牵引电动机，包括定子铁心，所述定子铁心由定子冲片25叠压而成，外形为圆形的定子冲片25和两端外形为圆形的传动端压圈9、非传动端压圈11通过拉板10焊接固定；所述定子铁心内设有定子线圈13，所述定子线圈13引线头直接成型连线后，通过引出铜排23引入接线盒24；电机传动端固定有传动端端盖8，传动端端盖8上经第一轴承5支撑有转轴29，转轴29上有转子铁心，转子铁心由转子冲片27叠压而成，两端用转子传动端压板28、转子非传动端压板26压紧；转子铁心槽内插有导条15，转子铁心两端与端环16焊接为一体鼠笼，端环16外圆热套有护环14；传动端端盖8上固定有传动端内封环7、传动端轴承盖4、传动端外轴承盖3，传动端端盖8和传动端外轴承盖3上开有通大气孔；转轴29上套有传动端轴套6与传动端内封环7形成迷宫密封润滑脂，转轴29通过内锥轴安装有主动齿轮1传递扭矩，转轴29传动端还安装有传动端外封环2与传动端轴承盖4、传动端外轴承盖3共同形成迷宫密封；电机非传动端固定有非传动端端盖12，非传动端端盖12上经第二轴承20支撑有转轴29，非传动端端盖12上固定有非传动端内封环21、非传动端轴承盖19、非传动端外盖17；转轴29非传动端上套有非传动端轴套22与非传动端内封环21形成迷宫密封润滑脂，转轴29非传动端安装有测速齿盘18与非传动端轴承盖19形成迷宫密封；非传动端外盖17上设有速度传感器安装接口；非传动端端盖12上开有进风口，转子铁心轴向开有通风孔，传动端端盖8上开有出风口。

具体实施时，所述定子线圈13为成型绕组，采用耐电晕薄膜导线绕制，线圈对地采用少胶云母薄膜带，外包玻璃丝带，定子绕组采用定子线圈13的引线头直接成型连接，经真空压力浸200级绝缘漆。所述第一轴承5为NU332，第二轴承20为NJ320+HJ320。

本发明异步牵引电动机的主要参数如下：

额定功率（kW）	435	额定电压（V）	800
				额定电流（A）	410	额定转速（r/min）	602
额定频率（Hz）	30.8	功率因数	0.84
				额定效率	92％	额定转矩（N·m）	6900
最高转速（r/min）	2718	额定风量（m<sup>3</sup>/s）	1.3
				极 数	6	起动电流（A）	560
控制方式	矢量控制	工 作 制	S1
				绝缘等级	200级	电机重量（kg）	1950

由上可知，本发明的异步牵引电动机由于轴承的合理选型和传动端内锥轴润滑结构的设计，同时在有限空间下改进了电磁结构设计方案，解决了绝缘材料抵抗油（驱动齿轮润滑油和轴承润滑脂）长期腐蚀和热降解问题，保证电机长期使用的稳定性，同时维护更加方便快捷，为满足机车低速控制，采用多齿大直径测速齿盘结构。使得本发明具有更高的功率和额定转矩，且恒功转速范围更宽，满足窄轨限界要求，同时严格控制电机重量在2000kg以内，，功率密度可达0.218kW/kg，各项性能参数均优于现有的窄轨内燃机车异步牵引电动机。

Claims (3)

1.一种大功率交流传动窄轨内燃机车用异步牵引电动机，包括定子铁心，其特征在于：所述定子铁心由定子冲片（25）叠压而成，外形为圆形的定子冲片（25）和两端外形为圆形的传动端压圈（9）、非传动端压圈（11）通过拉板（10）焊接固定；所述定子铁心内设有定子线圈（13），所述定子线圈（13）引线头直接成型连线后，通过引出铜排（23）引入接线盒（24）；电机传动端固定有传动端端盖（8），传动端端盖（8）上经第一轴承（5）支撑有转轴（29），转轴（29）上有转子铁心，转子铁心由转子冲片（27）叠压而成，两端用转子传动端压板（28）、转子非传动端压板（26）压紧；转子铁心槽内插有导条（15），转子铁心两端与端环（16）焊接为一体鼠笼，端环（16）外圆热套有护环（14）；传动端端盖（8）上固定有传动端内封环（7）、传动端轴承盖（4）、传动端外轴承盖（3），传动端端盖（8）和传动端外轴承盖（3）上开有通大气孔；转轴（29）上套有传动端轴套（6）与传动端内封环（7）形成迷宫密封润滑脂，转轴（29）通过内锥轴安装有主动齿轮（1）传递扭矩，转轴（29）传动端还安装有传动端外封环（2）与传动端轴承盖（4）、传动端外轴承盖（3）共同形成迷宫密封；电机非传动端固定有非传动端端盖（12），非传动端端盖（12）上经第二轴承（20）支撑有转轴（29），非传动端端盖（12）上固定有非传动端内封环（21）、非传动端轴承盖（19）、非传动端外盖（17）；转轴（29）非传动端上套有非传动端轴套（22）与非传动端内封环（21）形成迷宫密封润滑脂，转轴（29）非传动端安装有测速齿盘（18）与非传动端轴承盖（19）形成迷宫密封；非传动端外盖（17）上安装有速度传感器安装接口；非传动端端盖（12）上开有进风口，转子铁心轴向开有通风孔，传动端端盖（8）上开有出风口。

2.根据权利要求1所述的大功率交流传动窄轨内燃机车用异步牵引电动机，其特征在于：所述定子线圈（13）为成型绕组，采用耐电晕薄膜导线绕制，线圈对地采用少胶云母薄膜带，外包玻璃丝带，定子绕组采用定子线圈（13）的引线头直接成型连接，经真空压力浸200级绝缘漆。

3.根据权利要求1或2所述的大功率交流传动窄轨内燃机车用异步牵引电动机，其特征在于：所述第一轴承（5）为NU332，第二轴承（20）为NJ320+HJ320。