CN109391072A - 一种铁路干线机车车辆及其永磁同步牵引电动机 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种铁路干线机车车辆的永磁同步牵引电动机，包括传动端端盖、转子、定子和非动端端盖；非动端端盖上开设有进风口，且具有与进风口连通的进风通道；传动端端盖上开设有出风口，且具有与出风口连通的出风通道；定子上沿周向开设有环形的通风道，通风道的两端分别与进风通道和出风通道连通，定子的定子绕组两端分别位于进风通道与出风通道内，且进风通道的通道壁和出风通道的通道壁均与定子密封连接，以将转子隔离。应用本发明提供的铁路干线机车车辆及永磁同步牵引电动机，增强了定子绕组散热能力，提高了电动机在功率大、损耗大情况下的运行能力。能有效防止冷却风里的有害杂质对电机内部磁性转子造成损坏，满足了整车对电机的要求。

Description

一种铁路干线机车车辆及其永磁同步牵引电动机

技术领域

本发明涉及轨道车辆技术领域，更具体地说，涉及一种铁路干线机车车辆的永磁同步牵引电动机，还涉及一种包括该永磁同步牵引电动机的铁路干线机车车辆。

背景技术

大功率机车干线运输是铁路运输的主要方式，具有重要的经济和政治意义。目前干线运输机车车辆牵引电机主要采用的是异步电动机。随着时代的发展，人们对于环保、节能的要求越来越高。与异步电动机相比，永磁同步电动机具有效率高、体积小、重量轻等优点，其节能效率显著，应用也越来越广泛。永磁电机目前已经在低地板车辆、地铁车辆等中小功率车辆上应用，其应用于干线机车车辆运输将带来更为巨大的社会与经济效益，为实现节能减排做出更大的贡献。

由于永磁电机转子上嵌装了永磁体，具有很强的吸附能力，为了防止灰尘、金属粉末、酸碱等异物进入电机内部或吸附在永磁转子表面，破坏永磁转子，因此永磁电机通常采用全封闭结构。永磁电机在运行的过程中，冷却风经由非传动端端盖上的进风口进入，经由定子铁心上的通风孔，最后由传动端端盖上的出风口排出，冷却风不会经过电机内部。全封闭式结构永磁电机，冷却风无法直接带走内部热量，散热能力较差，造成电机绕组温升高，是制约永磁同步电动机在干线机车应用的主要因素。

综上所述，如何有效地解决全封闭式结构永磁电机散热能力较差、温升高等问题，是目前本领域技术人员急需解决的问题。

发明内容

有鉴于此，本发明的第一个目的在于提供一种永磁同步牵引电动机，该永磁同步牵引电动机的结构设计可以有效地解决全封闭式结构永磁电机散热能力较差、温升高的问题，本发明的第二个目的是提供一种包括上述永磁同步牵引电动机的铁路干线机车车辆。

为了达到上述第一个目的，本发明提供如下技术方案：

一种铁路干线机车车辆的永磁同步牵引电动机，包括传动端端盖、转子、定子和非动端端盖；所述非动端端盖上开设有进风口，且具有与所述进风口连通的进风通道；所述传动端端盖上开设有出风口，且具有与所述出风口连通的出风通道；所述定子上沿周向开设有环形的通风道，所述通风道的两端分别与所述进风通道和所述出风通道连通，所述定子的定子绕组两端分别位于所述进风通道与所述出风通道内，且所述进风通道的通道壁和所述出风通道的通道壁均与所述定子密封连接，以将所述转子隔离。

优选地，上述永磁同步牵引电动机中，所述传动端端盖包括传动端内筒和传动端外筒，所述传动端内筒和所述传动端外筒之间为所述出风通道；所述非动端端盖包括非动端内筒和非动端外筒，所述非动端内筒和所述非动端外筒之间为所述进风通道。

优选地，上述永磁同步牵引电动机中，所述非动端内筒的端部与所述定子密封连接；所述传动端内筒的端部与所述定子密封连接。

优选地，上述永磁同步牵引电动机中，所述非动端内筒的端部与所述传动端内筒的端部分别开设有凹槽，所述凹槽内均设置有密封圈。

优选地，上述永磁同步牵引电动机中，所述密封圈为O型密封圈。

优选地，上述永磁同步牵引电动机中，所述传动端端盖的端面上开设有多个所述出风口，多个所述出风口均与所述出风通道连通。

优选地，上述永磁同步牵引电动机中，多个所述出风口沿周向均匀分布。

优选地，上述永磁同步牵引电动机中，所述非动端端盖上开设有一个进风口，且所述进风口内设置有至少一个隔板以将所述进风口分隔。

优选地，上述永磁同步牵引电动机中，所述定子的前压圈与后压圈分别与所述定子的所述通风道外侧的定子冲片相抵。

本发明提供的永磁同步牵引电动机包括传动端端盖、转子、定子和非动端端盖。其中，非动端端盖上开设有进风口，且非动端端盖具有与进风口连通的进风通道；传动端端盖上开设有出风口，且传动端端盖具有与出风口连通的出风通道；定子上沿周向开设有环形的通风道，通风道的两端分别与进风通道和出风通道连通，定子的定子绕组的两端分别位于进风通道与出风通道内，且进风通道的通道壁和出风通道的通道壁均与定子密封连接，以将转子与进风通道及出风通道隔离。

应用本发明提供的永磁同步牵引电动机，其具有全封闭结构可靠性高、维护工作量小的优点，而且可以在不增加电机体积的情况下，大幅提高永磁电机的功率、转矩输出能力以及过载能力，可以实现较小的重量、体积情况下输出较大的功率和转矩，使电机和车辆性能提升显著。且冷却风能够由进风口进入，依次经进风通道、通风道、出风通道而后由出风口流出，在此过程中冷却风能够直接冷却电机耐温能力最弱的绕组部位，增强电机内部绕组散热能力，使绕组热量能够及时随冷却风散出，降低绕组温度，从而提高电动机在功率大、损耗大的情况下的运行能力。

同时，由于转子与进风通道及出风通道隔离，故保证冷却风直接冷却绕组的同时，不会接触内部带有磁性转子部分，能有效防止冷却风里的有害杂质(如铁粉、铁屑、酸碱等)对电机内部磁性转子造成损坏，可满足整车对电机的要求。再者，电机各部分结构坚固可靠，能够满足铁路干线机车车辆运行的各种恶劣工况(冲击振动大、满负荷长时运行、应用环境恶劣等)。

为了达到上述第二个目的，本发明还提供了一种铁路干线机车车辆，该铁路干线机车车辆包括上述任一种永磁同步牵引电动机。由于上述的永磁同步牵引电动机具有上述技术效果，具有该永磁同步牵引电动机的铁路干线机车车辆也应具有相应的技术效果。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，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发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明一个具体实施例的永磁同步牵引电动机的半剖结构示意图；

图2为图1中定子的结构示意图；

图3为图1中转子的结构示意图；

图4为图1中传动端端盖的结构示意图；

图5为进风口的结构示意图；

图6为传动端端盖与定子密封连接的局部结构示意图；

图7为非动端端盖与定子密封连接的局部结构示意图。

附图中标记如下：

传动端端盖1，定子2，转子3，传动端轴承4，非动端端盖5，非动端轴承6，密封圈7，出风口11，定子绕组21，通风道22，定子冲片23，前压圈24，后压圈25，转子冲片31，前压板32，后压板33，永磁体34，转轴35，进风口51。

具体实施方式

本发明实施例公开了一种永磁同步牵引电动机，以提升全封闭式结构永磁电机的散热能力，降低温升。

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1-图7，图1为本发明一个具体实施例的永磁同步牵引电动机的半剖结构示意图；图2为图1中定子的结构示意图；图3为图1中转子的结构示意图；图4为图1中传动端端盖的结构示意图；图5为进风口的结构示意图；图6为传动端端盖与定子密封连接的局部结构示意图；图7为非动端端盖与定子密封连接的局部结构示意图。

在一个具体实施例中，本发明提供的永磁同步牵引电动机包括传动端端盖1、转子3、定子2和非动端端盖5。

其中，非动端端盖5上开设有进风口51，且非动端端盖5具有与进风口51连通的进风通道。也就是通过非动端端盖5的结构设置形成与进风口51连通的进风通道，具体进风通道的形状也可以不作限定。

传动端端盖1上开设有出风口11，且传动端端盖1具有与出风口11连通的出风通道。也就是通过传动端端盖1的结构设置形成与出风口11连通的出风通道，具体出风通道的形状也可以不作限定。

定子2上沿周向开设有环形的通风道22，通风道22的两端分别与进风通道和出风通道连通，定子2的定子绕组21的两端分别位于进风通道与出风通道内。也就是定子2上开设有一圈通风道22，并与进风通道和出风通道连通，进而冷却风由进风通道进入，经过通风道22由出风道流出。由于定子绕组21的两端位于进风通道与出风通道内，从而冷却风能够直接对定子绕组21的端部进行冷却。

进风通道的通道壁和出风通道的通道壁均与定子2密封连接，以将转子3与进风通道及出风通道隔离。也就是通过将进风通道的通道壁和出风通道的通道壁均与定子2密封连接，使得冷却风流通过程中不会由通道中溢出，进而与转子3隔离。具体可以通过隔离装置将转子3与冷却风隔离，使得冷却风在流通过程中并不会与转子3接触。

具体传动端端盖1及非动端端盖5与定子2及转子3的配合及连接关系、定子2与转子3的具体结构、以及永磁同步牵引电动机的其他结构等请参考现有技术，此处不再赘述。

以图1为例，外界空气经右端进风口51进入位于电机定子2端部的进风通道内，直接吹拂定子2的定子绕组21端部，然后带热量的空气通过定子2圆周上的通风道22，带走定子2铁心和定子绕组21的热量，进入位于电机左端部的出风通道，直接吹拂电机左端定子绕组21端部，然后从左端出风口11排出。整个过程中，由于定子2与转子3之间的有隔离装置将空气与转子3隔离，使冷却空气不会直接与带磁性的转子3相接触，故即使从外界吸入的冷却空气带有磁性粉尘，也不会对电机磁性转子3造成影响。

应用本发明提供的永磁同步牵引电动机，其具有全封闭结构可靠性高、维护工作量小的优点，而且可以在不增加电机体积的情况下，大幅提高永磁电机的功率、转矩输出能力以及过载能力，可以实现较小的重量、体积情况下输出较大的功率和转矩，使电机和车辆性能提升显著。且冷却风能够由进风口51进入，依次经进风通道、通风道22、出风通道而后由出风口11流出，在此过程中冷却风能够直接冷却电机耐温能力最弱的绕组部位，增强电机内部绕组散热能力，使绕组热量能够及时随冷却风散出，降低绕组温度，从而提高电动机在功率大、损耗大的情况下的运行能力，一定程度上解决强迫风冷永磁电机温升高的问题。

同时，由于转子3与进风通道及出风通道隔离，故保证冷却风直接冷却绕组的同时，不会接触内部带有磁性转子3部分，能有效防止冷却风里的有害杂质(如铁粉、铁屑、酸碱等)对电机内部磁性转子3造成损坏，可满足整车对电机的要求。再者，电机各部分结构坚固可靠，能够满足铁路干线机车车辆运行的各种恶劣工况(冲击振动大、满负荷长时运行、应用环境恶劣等)。

具体的，传动端端盖1包括传动端内筒和传动端外筒，传动端内筒和传动端外筒之间为出风通道；非动端端盖5包括非动端内筒和非动端外筒，非动端内筒和非动端外筒之间为进风通道。也就是传动端端盖1及非动端端盖5均包括筒状结构，筒状结构内形成用于冷却风流动的通道，且定子绕组21的端部分别位于筒状结构内。具体传动端内筒及传动端外筒、非动端内筒及非动端外筒的长度等尺寸可根据需要进行设置，此处不作具体限定。

进一步地，非动端内筒的端部与定子2密封连接；传动端内筒的端部与定子2密封连接。也就是筒状结构的端部与定子2密封连接，优选的，与定子2的最内端密封连接。具体的，传动端外筒及非动端外筒可以与定子2固定连接。

具体的，非动端内筒的端部与传动端内筒的端部分别开设有凹槽，凹槽内均设置有密封圈7。当然，为保证密封效果，凹槽的深度应小于密封圈7的厚度。通过密封圈7的设置，有效将进风通道和出风通道分别与转子3隔离，以防止冷却风在冷却定子2时进入转子3内部。通过在非动端端盖5及传动端端盖1上开设用于放置密封圈7的凹槽与定子2配合，结构简单可靠，即使在恶劣工况下也能够保证隔离效果。优选的，密封圈7为O型密封圈7。当然，也可以根据需要采用现有技术中其他常规的密封圈7。以上说明了非动端内筒的端部与传动端内筒的端部分别开设有凹槽以与定子2配合，根据需要也可以在定子2的两端分别开设用于放置密封圈7的凹槽，以分别与非动端端盖5及传动端端盖1配合密封。

在上述各实施例的基础上，传动端端盖1的端面上开设有多个出风口11，多个出风口11均与出风通道连通。出风通道优选的呈筒状，在传动端端端盖的端面上开设多个出风口11，能够加快温度升高的冷却风由出风通道的排出速率，进而有利于加快冷却风在通风道22内的流通，以提高降温效率。当然，根据需要传动端端盖1上也可以开设一个出风口11，具体出风口11的位置根据需要也可以设置于传动端端盖1的侧壁上等。

进一步地，多个出风口11沿周向均匀分布。均匀分布的出风口11，使得冷却风在通风道22及出风通道内的流通更为均匀，提升冷却的均匀性。具体出风口11的个数及大小可根据需要进行设置，此处不作限定。

具体的，非动端端盖5上开设有一个进风口51，且进风口51内设置有至少一个隔板以将进风口51分隔。进风口51具体可以与风源连通，一个进风口51结构较为简单，当然根据需要也可以相应的增加进风口51的个数，但结构相对复杂。通过隔板将进风口51分隔为多个单独的小窗口，能够有效起到对冷却风分流及导向的作用。当然，根据需要也可以不设置隔板。进风口51优选的设置于非动端端盖5的侧壁上，以便于永磁同步牵引电动机的布局。

在上述各实施例中，定子2的前压圈24与后压圈25分别与定子2的通风道22外侧的定子冲片23相抵。也就是前压圈24与后压圈25均作用于定子冲片23的通风道22外侧的部分，使得结构更为简单紧凑，且连接强度高。

以下以一个优选的实施方式为例说明本方案。

在一个优选的实施方式中，用于铁路干线机车车辆的永磁同步牵引电动机，主要包括传动端端盖1、定子2、转子3、传动端轴承4、非动端端盖5、非动端轴承6。其中，定子2包含前压圈24、通风道22、定子冲片23、后压圈25、定子绕组21，主要结构如图2所示，定子2在圆周上有均布的通风道22。转子3为大致筒型金属结构，主要包含前压板32、转子冲片31、后压板33、转轴35、永磁体34。主要结构如图3所示。传动端端盖1和非传动端端盖1，其具有筒形形状的壳体，轴承壳安装到端盖的各个轴向端部上，从而使得轴承壳中的轴承支撑转子3组件的轴并且建立转子3的旋转轴35线，框架的内部构造成紧密地包围层压铁芯并且遵循定子2的线圈端匝的轮廓，传动端端盖1设有多个出风口11，非传动端端盖1设有一个进风口51。传动端端盖1和非传动端端盖1上有金属的筒状结构，筒状结构末端有用于放置O型密封圈7的凹槽，通过在凹槽中放置O型密封圈7，实现端盖与定子2紧密贴合，形成一种隔离冷却风与转子3的结构，确保冷却风在冷却定子绕组21时不会进入转子3内部，不会接触电机内部的磁性部分。该结构强度高、可靠性强，即使在恶劣工况下，也能保证隔离效果、结构可靠。

基于上述实施例中提供的永磁同步牵引电动机，本发明还提供了一种铁路干线机车车辆，该铁路干线机车车辆包括上述实施例中任意一种永磁同步牵引电动机。由于该铁路干线机车车辆采用了上述实施例中的永磁同步牵引电动机，所以该铁路干线机车车辆的有益效果请参考上述实施例。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.一种铁路干线机车车辆的永磁同步牵引电动机，包括传动端端盖、转子、定子和非动端端盖；其特征在于，所述非动端端盖上开设有进风口，且具有与所述进风口连通的进风通道；所述传动端端盖上开设有出风口，且具有与所述出风口连通的出风通道；所述定子上沿周向开设有环形的通风道，所述通风道的两端分别与所述进风通道和所述出风通道连通，所述定子的定子绕组两端分别位于所述进风通道与所述出风通道内，且所述进风通道的通道壁和所述出风通道的通道壁均与所述定子密封连接，以将所述转子隔离。

2.根据权利要求1所述的永磁同步牵引电动机，其特征在于，所述传动端端盖包括传动端内筒和传动端外筒，所述传动端内筒和所述传动端外筒之间为所述出风通道；所述非动端端盖包括非动端内筒和非动端外筒，所述非动端内筒和所述非动端外筒之间为所述进风通道。

3.根据权利要求2所述的永磁同步牵引电动机，其特征在于，所述非动端内筒的端部与所述定子密封连接；所述传动端内筒的端部与所述定子密封连接。

4.根据权利要求3所述的永磁同步牵引电动机，其特征在于，所述非动端内筒的端部与所述传动端内筒的端部分别开设有凹槽，所述凹槽内均设置有密封圈。

5.根据权利要求4所述的永磁同步牵引电动机，其特征在于，所述密封圈为O型密封圈。

6.根据权利要求1-5任一项所述的永磁同步牵引电动机，其特征在于，所述传动端端盖的端面上开设有多个所述出风口，多个所述出风口均与所述出风通道连通。

7.根据权利要求6所述的永磁同步牵引电动机，其特征在于，多个所述出风口沿周向均匀分布。

8.根据权利要求6所述的永磁同步牵引电动机，其特征在于，所述非动端端盖上开设有一个进风口，且所述进风口内设置有至少一个隔板以将所述进风口分隔。

9.根据权利要求1-5任一项所述的永磁同步牵引电动机，其特征在于，所述定子的前压圈与后压圈分别与所述定子的所述通风道外侧的定子冲片相抵。

10.一种铁路干线机车车辆，其特征在于，包括如权利要求1-9任一项所述的永磁同步牵引电动机。