CN109075662A - 轨道车辆电机 - Google Patents

Abstract

一种电机，具有转子(4)，该转子旋转地布置在定子(1)内，该定子有定子绕组(3)，该定子绕组有容纳于其中的多个永磁体(8)。外壳(17)包围定子和转子，具有叶片的叶轮(13)固定在转子的轴(7)上，以便产生通过外壳的空气流，用于通过抽吸空气通过在外壳一端处的进口开口(18)和通过在外壳另一端处的出口开口(19)将该空气吹出外壳而冷却定子绕组的端部圈(25)。至少一个闸板布置成当通过出口开口的冷却空气的温度达到预定水平(该预定水平远高于在电机的正常操作下能达到的最高温度水平)时关闭出口开口(19)，以便在端部圈中产生电弧时关闭出口开口。温度相关部件布置在通过出口开口的气流中，以便实现这种关闭。

Description

轨道车辆电机

技术领域

本发明涉及一种轨道车辆电机，它设置成用作马达，用于产生轨道车辆的牵引力，并且包括：

·定子，该定子有定子本体，该定子本体有绕它缠绕的定子绕组，且该定子设置成通过电产生多个定子极，这些定子极绕定子本体的内周布置；

·设置成使得定子绕组与AC电源或接收器连接的装置；

·转子，该转子旋转地布置在所述定子内，并有转子本体，且多个永磁体接收在该转子本体中；

·外壳，该外壳包围定子和转子；以及

·有叶片的叶轮，该叶轮在定子本体的一端处固定在转子的轴上，以便产生空气流，该空气流相对于转子的旋转轴线基本轴向地朝向定子本体的另一端，用于通过抽吸空气通过在外壳一端处的进口开口和通过在外壳另一端处的出口开口而将该空气吹出外壳，从而冷却定子绕组的端部圈。

背景技术

这种电机当然也可以在制动车辆时用作发电机，尽管本发明将主要关注它作为电动机的操作，对于该电动机，相对于确定电动机尺寸的高扭矩能力是重要特征，并由这种类型的电机来提供。通过使用多个永磁体来产生转子的磁通，获得了称为永磁同步电动机的同步电动机，且这种电动机与感应电动机相比具有更低的转子损耗，因此具有更高的效率。与感应电动机相比，它还可以造出更高的极数，而不会牺牲性能，因此它能够有更高扭矩能力的目标。

冷却这种电机的效率确定了当这种电机用作电动机时的最大操作功率，且在引言中所述类型的电机称为半开自通风永磁电动机，并通常有比封闭自通风永磁电动机更高的功率，因为定子绕组的端部圈的冷却更好，因此，半开电动机能够有更高的热负荷。在这样的电机中，在定子绕组的端部圈中的电弧可能由于不同原因而出现，例如绕组中的接头绝缘不良、绕组中的接触不良等。这种电弧可以使得经过端部圈的空气温度升高至1400℃或甚至更高，并通过气流而延伸，从而熔融定子绕组的铜以及电动机的其它钢部件，例如可能存在于外壳的出口开口中用于防止任何人触及至外壳内的格栅。

无论外壳的空气出口开口怎样引导，这种电弧的出现仍将引起很大的问题。出口开口通常向下朝向铁路轨道，以避免在定子绕组中产生电弧时熔融的铜、钢和火焰吹动至变速箱或车辆转向架中的其它部件上。不过，尽管在电机中产生电弧的情况下最好是将熔融的铜和钢向下吹向铁路轨道而不是吹向齿轮箱或转向架中的其它部件，但是负责铁路轨道安全的主管部门也不愿意接受这样的事实，即在产生故障的情况下，熔融的铜可能最终落在铁路轨道上的安全设备上或铁路轨道附近的安全设备上。

减少这个问题的可能方式是一旦检测到电弧就将车辆制动至较低速度，以便消除维持电弧的电压，但这将导致延迟，且当车辆在隧道中时，甚至可能不允许这样，直到车辆驶出隧道。因此，定子绕组可能有实质性损坏，且大部分绕组可能会熔融和再从电动机中吹出。

发明内容

本发明的目的是提供一种在引言中所述类型的轨道车辆电机，它通过解决上述问题而改进了这种已知电机。

根据本发明，该目的通过提供具有所附权利要求1的特征部分中所述特征的这种轨道车辆电机实现。

通过将所述至少一个闸板布置在外壳的出口开口中以及具有布置在通过出口开口的气流中的温度相关部件的结构(具有权利要求1中确定的特征)，闸板将在产生电弧时关闭出口开口，以使得空气、火焰或熔融材料不能离开出口开口。而且，当闸板处于关闭位置时，在电机中将没有空气流，因此从电弧传递给空气、出口开口和闸板的热量将少得多，这将减少对闸板的耐热要求。

根据本发明的实施例，所述至少一个闸板设置成在所述第二关闭位置中完全关闭外壳的所述出口开口或关闭至少90％，这将使得在产生电弧时离开所述电机的空气出口开口的任何火焰或熔融材料基本减少至零。

根据本发明的另一实施例，所述温度相关部件设置成在通过所述出口开口的空气流的温度升高至高于所述预定水平时不可逆地使得所述至少一个闸板转移至所述第二关闭位置。优选是，将闸板不能够返回至打开位置，因为电机可能在产生电弧之后不能工作需要维修。

根据本发明的另一实施例，所述预定水平与当电机正常操作时所述空气流可能达到的所述最高温度水平相比高200K-1000K。通过具有在该范围内的所述预定水平，不管环境温度和机器的操作负荷如何，在不产生电弧的情况下，来自电机的出口空气的温度都不能达到所述预定水平，但是一旦产生电弧，该温度就将达到所述预定水平。

根据本发明的另一实施例，在电机的正常操作下所述空气流可能达到的所述最高温度水平是60℃-130℃、80℃-120℃或大约100℃。这些是在引言中所述类型的轨道车辆电机可能达到的典型最高温度水平。

根据本发明的另一实施例，所述结构包括设置成将所述至少一个闸板推压向所述第二关闭位置的装置，且所述温度相关部件设置成只要所述冷却空气的所述温度低于所述预定水平，就防止所述装置使得所述闸板离开所述第一打开位置。该装置在所述结构中的存在能够当通过出口开口的空气流的温度超过所述预定水平时使得所述至少一个闸板可靠和快速地转移至所述第二关闭位置。

根据本发明的另一实施例，所述温度相关部件包括这种材料的杆，该材料在高于所述预定水平的温度下将损失它的机械强度。因此，成所述杆的形式的温度相关部件可以再布置成使得它必须具有特定机械强度，以便将所述至少一个闸板保持在第一打开位置，并防止它转移至所述第二关闭位置。

根据本发明的另一实施例，所述温度相关部件包括双金属条，该双金属条通过温度相关的延长而引起所述转移。这构成了实现具有可靠功能的所述温度相关部件的另一可能方式。

根据本发明的另一实施例，所述温度相关部件包括一部分物质，该物质在其温度达到所述预定水平时产生化学反应，并由此使得所述至少一个闸板转移至所述第二关闭位置。根据该实施例的还一发展形式，所述物质是爆炸性材料或当达到所述预定水平的温度时迅速增加其体积的物质，因此可以影响所述至少一个闸板朝向它的第二关闭位置。

根据本发明的另一实施例，所述物质设置成当达到所述预定水平的温度时通过机械装置，例如棒或线或者通过压力或流过管道的流动而从一定距离来操作所述至少一个闸板。

根据本发明的另一实施例，电机包括多个所述闸板，该闸板设置成在所述第二关闭位置中一起关闭外壳的所述出口开口。由于结构原因，这种解决方案有时为优选的。

根据本发明的另一实施例，电机包括多个闸板，该闸板通过部件，例如棒而相互连接，且所述温度相关部件设置成使得该相互连接的部件在通过所述出口开口的空气流的温度高于所述预定水平时使得所有这些闸板转移至所述第二位置。这构成了在产生电弧的情况下实现外壳的所述空气出口开口可靠关闭的简单和高效的方式。

根据本发明的另一实施例，所述温度相关部件设置成通过成机电促动器的形式或者成用于电加热激发化学反应或相变或热膨胀的部件的形式而通过电转移所述至少一个闸板。根据该实施例的还一发展形式，电机提供有一个或多个传感器，该传感器设置成检测温度或电磁辐射，并与通过使用电转移所述至少一个闸板的所述部件连接。

本发明还涉及一种包括根据本发明电机的用于轨道车辆的驱动结构、一种根据本发明的电机在用于产生轨道车辆的牵引力的驱动结构中的使用、以及一种具有用于产生车辆牵引力的驱动结构的轨道车辆，该驱动结构包括至少一个根据本发明的电机。通过上面对于根据本发明的电机的不同实施例的说明，显然将清楚该驱动装置、使用和车辆的有利特征和优点。

通过下面的说明将清楚本发明的其它优点以及有利特征。

附图说明

下面将参考附图详细介绍作为实例的本发明实施例。

图1是本发明所涉及类型的电机的示意纵剖图，其中，为了说明目的而省略了作为本发明特征的一些特征；

图2是从图1中右侧看电机的简化端视图；

图3是与图1相对应的、根据本发明实施例的电机的视图；

图4是与图2相对应的、图3中所示的电机的视图；

图5a-e是用于说明根据本发明第一实施例的电机部件的结构和功能的视图，它解决了上述电弧问题；

图6a-b是对应于图5的、根据本发明第二实施例的电机的视图；

图7a-c是对应于图5的、根据本发明第三实施例的电机的视图；以及

图8是对应于图3的、根据本发明第四实施例的电机的视图。

具体实施方式

图1示意表示了轨道车辆电机的主要部件，该轨道车辆电机为本发明涉及的类型，并在EP2264860中更详细地公开。该电机有定子1，该定子1有定子本体2，该定子本体有绕它缠绕的定子绕组3，并设置成通过电产生多个定子极，这些定子极绕定子本体的内周布置。定子绕组接收在定子本体的径向狭槽中，该径向狭槽在该定子本体的整个长度上延伸。狭槽的总数和每个极的狭槽数量可以是任何可设想的，但是作为实例，该数量可以是48和4。

电机还包括具有转子本体5的转子4，转子本体像定子本体一样，由相对于转子的旋转轴线6轴向堆叠的、相互电绝缘的磁钢角板的层叠组件来制成，用于使得这些本体中的涡流损失保持底水平，且转子本体4有安装在转子表面上的磁体8和/或安装在转子内部的磁体。转子本体5与转子轴7旋转刚性地连接，该转子轴与车辆的轮轴连接，可能通过齿轮箱。

还表示了电机怎样有设置成使得定子绕组3与AC电源或接收器连接的装置9，在本例中，AC电源或接收器是示意表示的车辆10的AC供电线路或柴油驱动发电机。不过，可以设想任何类型的AC电源，且交流电可以很好地由逆变器产生，该逆变器与在它另一侧的直流电压源连接，例如根据脉冲宽度调制模式来控制。图1中的方框11表示用于电机的控制设备，例如转换器，且所述AC电源在这里由方框12表示。在本发明中，“AC接收器”是指电机以发电机模式操作的情况。

电机有设置成产生用于冷却电机部件的空气流的装置，该装置包括有叶片14的叶轮13，该叶轮在定子本体的一端15处固定在转子轴7上，以便产生空气流，该空气流相对于转子的旋转轴线6基本轴向地朝向定子本体的另一端16。外壳17包围定子和转子，并有在一端处的进口开口18以及出口开口19，该出口开口19实际上由在另一端处的两个开口部分(见图2)形成，因此，冷却空气流将从进口开口到出口开口，同时经过定子绕组的端部圈25，用于冷却它。由于转子的旋转将导致机器的通风，因此电机为自通风，且在这种情况下，冷却空气流量与安装电机的车辆10的速度成比例。

在图2中表示了当车辆立在铁路轨道上时通过电机的空气流将怎样向下朝向铁路轨道吹出外壳。图3和图4非常示意地表示了至少一个闸板怎样与使得出口开口能够关闭的结构一起布置在外壳的各出口开口部分中，且下面将参考图5-7公开实现这种闸板和结构的不同实施例。

图5a表示了包围转子和定子的外壳17的出口开口19，实际上是图2和4中所示的两个开口中的一个。闸板20与具有温度相关部件21的结构一起布置在该出口开口中，该温度相关部件21成材料杆的形式，该材料在高于特定温度时将损失它的机械强度。该杆21布置在通过出口开口的气流22中，并设置成使得闸板20保持在释放出口开口的第一打开位置，用于使得冷却空气流通过。该结构还包括示意表示的装置23，该装置设置成朝向第二关闭位置弹性地推压闸板。在正常操作中，经过所述出口开口19的空气的温度可以有比环境温度高大约60K的最高水平，这意味着它的最高温度为大约100℃。因此，适合使得杆21由这样的材料制成，该材料在至少150℃的温度下开始损失它的机械强度，因此，只要电机正常操作，该杆21将可靠地使得闸板20保持在图5a所示的打开位置。不过，当在所述定子绕组中产生电弧时，如图5b中所示，通过出口开口和经过杆21的所述空气流的温度可以快速地增加大约1000K，因此杆21的材料将损失它的机械强度，且装置23将使得闸板20向关闭出口开口19的第二关闭位置转移，并阻止空气流通过外壳，如图5b-e中所示。

图6a-b表示了在产生电弧时获得上述功能的另一可能方式。在这种情况下，两个闸板30布置成在所述第二关闭位置中一起关闭出口开口29，且它们通过温度相关部件31来共同保持，该温度相关部件31成杆的形式，具有与图5a-e中所示的杆类似的特性。因此，当流过出口开口的空气的温度由于电弧而增加时，杆31的材料将损失它的机械强度，且装置33将使得闸板向下枢轴转动，并关闭出口开口29。

图7a-c表示了与根据本发明第三实施例的电机的、与图5和图6中所示的部件相对应的部件，具有布置在出口开口39中的多个(实际上4个)闸板40。这些闸板设置成在第二关闭位置中一起关闭外壳的出口开口。闸板通过成棒44形式的部件而相互连接，且在高于特定温度时损失其机械强度的材料的杆41与棒44连接，用于在电机正常操作时将所有闸板保持在图7a和7b中所示的打开位置。不过，当产生电弧时，如图7c中所示，通过出口开口29和经过杆41的空气流的温度将升高到高于导致杆41的材料损失机械强度的水平，因此闸板40将向下枢轴转动至关闭出口开口39的所述第二关闭位置，并由此停止在电机中的空气流。

图8示意表示了根据本发明第四实施例的电机，具有成物质51形式的温度相关部件，该物质封闭在外壳52中，并当达到所述预定水平的温度时通过化学反应或相变或热膨胀而增加它的体积，从而推动杆53，以便从一定距离来操作闸板50以关闭外壳17的所述出口开口。

本发明当然决不局限于上述实施例，而是在不脱离由附加权利要求确定的本发明的范围的情况下，本领域普通技术人员将清楚它们的多种可能变化形式。

如上面所述，温度相关部件可以有除杆之外的另外结构，例如双金属条或在其温度达到所述预定水平时产生化学反应的物质，因此提出了多个可能的实例。将闸板推向第二关闭位置的装置可以通过一个闸板或者多个闸板的合适结构和布置而只通过使用重力来实现。

电机的整体外观当然可以与图1中所示的不同，只要它由半开永磁电机构成，其中，转子提供有永磁体，该永磁体由提供有定子绕组的定子围绕。

而且，出口开口的方向可以任何设想，不过当车辆立在铁路轨道上时用于引导空气流向下朝向铁路轨道的方位可以是优选的，以便在电机正常操作时不会将热空气吹至变速箱或其它部件上。

定子本体和转子本体不必为层叠。

Claims (17)

1.一种轨道车辆的电机，设置成用作马达，用于产生轨道车辆(10)的牵引力的，并包括：

·定子(1)，该定子有定子本体(2)，该定子本体有绕定子本体缠绕的定子绕组(3)，且该定子设置成通过电产生多个定子极，这些定子极绕定子本体的内周布置；

·设置成使得定子绕组与AC电源或接收器(12)连接的装置(9)；

·转子(4)，该转子旋转地布置在所述定子(1)内，并有转子本体(5)，且多个永磁体(8)接收在该转子本体中；

·外壳(17)，该外壳包围定子和转子；以及

·有叶片(14)的叶轮(13)，该叶轮在定子本体的一端(15)处固定在转子的轴(7)上，以便产生空气流，该空气流相对于转子的旋转轴线(6)基本轴向地朝向定子本体的另一端(16)，用于通过抽吸空气通过在外壳(17)一端处的进口开口(18)和通过在外壳另一端处的出口开口(19、29、39)而将该空气吹出外壳，从而冷却定子绕组的端部圈(25)，

其特征在于，电机还包括：至少一个闸板(20、30、40)，该闸板布置在所述外壳的出口开口(19、29、39)中；以及具有温度相关部件(21、31、41)的结构，该温度相关部件布置在通过所述出口开口的空气流中，并设置成只要所述冷却空气的温度低于预定水平就将所述至少一个闸板保持在第一打开位置，从而释放出口开口用于冷却空气流通过，且当通过所述出口开口的空气流的温度升高至高于所述预定水平时使得所述至少一个闸板(20、30、40)转移至第二关闭位置，从而基本关闭外壳的所述出口开口(19、29、39)，即关闭出口开口的至少80％，所述预定水平的温度比在电机正常操作时所述空气流能达到的最高温度水平高至少50K。

2.根据权利要求1所述的电机，其特征在于：所述至少一个闸板(20、30、40)设置成在所述第二关闭位置中完全关闭外壳的所述出口开口(19、29、39)，或者关闭至少90％。

3.根据权利要求1或2所述的电机，其特征在于：所述温度相关部件(21、31、41)设置成当通过所述出口开口(19、29、39)的空气流的温度升高至高于所述预定水平时使得所述至少一个闸板不可逆地转移至所述第二关闭位置。

4.根据前述任意一项权利要求所述的电机，其特征在于：所述预定水平是比在电机正常操作时所述空气流能达到的所述最高温度水平高200K-1000K。

5.根据前述任意一项权利要求所述的电机，其特征在于：在电机正常操作时所述空气流能够达到的所述最高温度水平为60℃-130℃、80℃-120℃或大约100℃。

6.根据前述任意一项权利要求所述的电机，其特征在于：所述结构包括设置成将所述至少一个闸板(20、30)推压向所述第二关闭位置的装置(23、33)，且所述温度相关部件(21、31)设置成只要所述冷却空气的所述温度低于所述预定水平就防止所述装置使得所述闸板离开所述第一打开位置。

7.根据前述任意一项权利要求所述的电机，其特征在于：所述温度相关部件(21、31、41)包括材料杆，该材料杆在高于所述预定水平的温度下将损失材料杆的机械强度。

8.根据权利要求1-6中任意一项所述的电机，其特征在于：所述温度相关部件包括双金属条，该双金属条通过温度相关的伸长来引起所述转移。

9.根据权利要求1-6中任意一项所述的电机，其特征在于：所述温度相关部件包括一部分物质，该物质在该物质温度达到所述预定水平时产生化学反应，并由此使得所述至少一个闸板(20、30、40)转移至所述第二关闭位置。

10.根据权利要求9所述的电机，其特征在于：所述物质是爆炸材料或者在达到所述预定温度水平时迅速增加该物质体积的物质。

11.根据权利要求9或10所述的电机，其特征在于：所述物质(51)设置成当达到所述预定温度水平时通过机械装置(53)例如棒或线或者通过压力或流过管道的流量而从一定距离来操作所述至少一个闸板(50)。

12.根据前述任意一项权利要求所述的电机，其特征在于：所述电机包括多个所述闸板(30、40)，该闸板设置成在所述第二关闭位置中一起关闭外壳的所述出口开口(29、39)。

13.根据前述任意一项权利要求所述的电机，其特征在于：所述电机包括多个闸板，这些闸板通过部件(44)，例如杆而相互连接，且所述温度相关部件(41)设置成当通过所述出口开口的空气流的温度升高至高于所述预定水平时使得该相互连接的部件能够使所有这些闸板转移至所述第二位置。

14.一种用于轨道车辆的驱动装置，其特征在于，所述驱动装置包括根据权利要求1-13中任意一项所述的电机。

15.根据权利要求1-13中任一项所述的电机在用于产生轨道车辆(10)的牵引力的驱动结构中的使用。

16.一种轨道车辆，具有用于产生车辆牵引力的驱动结构，该驱动结构包括至少一个根据权利要求1-13中任意一项所述的电机。

17.根据权利要求16所述的轨道车辆，其特征在于：所述至少一个电机固定在车辆(10)的底盘上，或固定在车辆的转向架上，或安装在轴上，或者它们的组合，当车辆立在铁路轨道上时，外壳的所述出口开口(19、29、39)指向下，以便朝向铁路轨道引导。