CN110784056B - 包含冷却装置的铁路电动马达以及相关联的铁路车辆 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种电动马达(22)，其包含转子(32)、定子(34)、冷却装置(36)和框架(30)，所述框架(30)包含冷却孔(50、52)，所述冷却装置(36)包含冷却元件(60、62)，所述冷却元件(60、62)包含紧固到所述转子(32)的紧固壁(64、66)和冷却壁(74、76)，所述冷却壁(74、76)包含能够与穿过所述冷却孔(50、52)的气流接触的内表面(74A、76A)和在所述定子(34)对面的外表面(74B、76B)。根据本发明，所述内表面(74A、76A)和所述外表面(74B、76B)是总体上平滑的并且没有突出元件。

Description

包含冷却装置的铁路电动马达以及相关联的铁路车辆
技术领域
本发明涉及包含冷却装置的电动马达以及包含这种电动马达的轨道车辆。
背景技术
在特别地用于轨道车辆的电动马达的领域中，已知的是使用使外部流体(例如空气)在马达外部循环的冷却装置，以便冷却马达的转子和/或定子。
特别地，从文件JP5801127B2已知的是提供有冷却装置的电动马达，所述冷却装置包含被定位在转子的每一侧上并且能够与转子同时旋转的冷却元件。每个冷却元件能够当它正在旋转时通过穿过与冷却元件接触的空气通道将气流从外部空气进口孔朝向空气出口孔循环。然而，这种马达具有复杂的结构，当它正在运转并且转子旋时是有噪声的，并且在效率方面未被优化，机械损失是显著的。
发明内容
本发明旨在通过提出具有简化结构的电动马达来解决这些缺点，其中噪声和机械损失被最小化同时确保马达的冷却。
为此目的，本发明涉及一种电动马达，包含转子、定子、冷却装置和框架，
所述框架限定用于接收所述转子、所述定子和所述冷却装置的内部空间，所述框架包含将所述内部空间连接到所述框架的外部空间的至少一个冷却孔，
所述转子沿着所述转子的旋转轴线包含两个相对的末端，
所述冷却装置包含被定位在所述转子的所述末端中的一个处的至少一个冷却元件，每个冷却元件包含紧固到所述转子的紧固壁和冷却壁，所述紧固壁与所述转子旋转地固定，所述冷却壁沿着所述转子的所述旋转轴线从所述紧固壁延伸到所述冷却元件的自由末端，所述冷却壁限定它环绕的内部体积，并且包含在多个或其中一个冷却孔对面并且能够与穿过所述冷却孔的气流接触的内表面和在定子对面的与所述内表面相对的外表面，所述内表面和所述外表面从所述紧固壁延伸到所述自由末端，
其特征在于，所述内表面和所述外表面是总体上平滑的并且没有突出元件。
由于本发明，电动马达的结构被简化，并且噪声和机械损失被最小化，因为每个冷却元件具有简化的结构并且在其冷却壁处没有突出元件。为总体上平滑的表面的每个冷却壁的内和外表面的结构允许冷却装置的简化构造，并且能够限制由于摩擦造成的机械损失以及由这种摩擦引起的噪声。
根据特定实施例，本发明具有单独考虑或根据任何技术上可能的组合的以下特征中的一个或更多个：
-每个冷却孔被布置为使得对于每个冷却孔，在所述转子的所述旋转期间，经由所述冷却孔穿过所述内部空间的空气通过相同的冷却孔离开；
-所述内和外表面是没有突出元件的总体上平滑的调整表面，并且有利地呈沿着所述转子的所述旋转轴线延伸的圆锥形或圆柱形本体(trunk)的形式；
-每个冷却孔在所述内部空间中在多个或其中一个冷却壁的所述内表面附近、在沿所述冷却孔的中心轴线测量的小于5mm的距离处开口；
-所述冷却装置包含两个冷却元件，每个冷却元件被定位在所述转子的相应末端中的一个处，并且其中所述框架包含用于每个冷却元件的至少一个相应的冷却孔；
-所述电动马达被配置为达到大于5000转/分的标称速度，优选地大约6000转/分；
-每个冷却孔在垂直于穿过所述孔的轴线的方向上的截面具有12.56cm2和3.14cm2、优选地27cm2和78cm2之间的表面积；
-每个冷却壁将所述内部空间分成主要空间和次要空间，所述主要空间用于接收外部空气，被通气地连接到多个或其中一个冷却孔，并且所述主要空间包含的空气与所述内表面接触，所述次要空间包含的空气与所述外表面和所述定子接触；
-每个自由末端被定位在所述框架的相应侧壁的对面，所述侧壁提供有沿着所述转子的所述旋转轴线延伸并且环绕所述自由末端的内部部分，所述自由末端与所述内部部分之间的径向距离小于5mm，优选地小于1mm。
本发明还涉及一种轨道车辆，包含至少一个电动马达，其中所述或每个电动马达是如上面描述的。
附图说明
在阅读仅作为示例提供并且参考附图完成的以下描述后，将会更好地理解本发明，其中：
-图1是包含均配备有根据本发明的一个实施例的电动马达的两个转向架的轨道车辆的局部示意性图示；
-图2是图1的电动马达的一部分的第一平面中的剖视图，所述第一平面由对应于马达的转子的旋转轴线的第一方向X-X’和垂直于第一方向X-X’的第二方向Y-Y’限定；以及
-图3是沿着图1的电动马达的第一方向X-X’的侧视图。
具体实施方式
图1示出了包含多个汽车并且特别地在图1中可见的至少两个汽车12、14的轨道车辆10。
在图1中，汽车12是先导车，并且汽车14是挂车。
汽车12由第一专用转向架16和第二转向架18承载，所述第二转向架18承载汽车12和汽车14两者。
在图1的示例中，每个转向架16、18包含两个车轴20以及能够旋转转向架16、18的一个或两个车轴20的电动马达22。
在一变体中，不是所有转向架都是机动化的，并且仅轨道车辆10的一些转向架16、18包含电动马达22。
在图2中，由于简单性原因，仅示出了电动马达22的一半，另一半相对于方向X-X’与所示出的一半是基本上对称的。
电动马达22被配置为到达大于5000转/分的标称速度，优选地大约6000转/分。
标称速度指的是当轨道车辆10以巡航速度在两个车站之间行进时的正常运转速度。
电动马达22包含马达22的限定内部空间E1的框架30或壳体、以及转子32、定子34、和被容纳在内部空间E1中的冷却装置36。
框架30包含两个相对的侧壁40、42和两个相对的纵向壁，所述侧壁总体上垂直于对应于转子32的旋转轴线R的方向X-X’延伸，在图2中仅示出了一个纵向壁44，所述纵向壁总体上平行于轴线X-X’延伸。仅侧壁40在图3中可见。
侧壁40、42和纵向壁44限定内部空间E1。
如通过图2和3图示的，每个侧壁40、42包含将内部空间E1连接到框架30的外部空间E2的冷却孔50、52。优选地，每个侧壁40、42包含至少两个冷却孔50、52，所述孔50、52有利地沿着旋转轴线R被对称地定位。
在通过图2和3图示的示例中，每个侧壁40、42包含八个冷却孔50、52，所述孔50、52沿着转子32的旋转轴线R被对称地定位。
转子32被安装为旋转地固定在旋转轴54上，并且被安装为围绕旋转轴线R相对于定子34旋转。
转子32沿着转子32的旋转轴线R限定两个相对的末端32A、32B。
定子34平行于框架30内部的旋转轴线R环绕转子32，并且与转子32同轴。通常，转子32和定子34使得将电能转换成由转子32的轴54递送并且旨在驱动车轴20的机械能成为可能。
冷却装置36包含被定位在转子32的末端32A、32B中的一个处的至少一个冷却元件60。
有利地，并且如在图2中示出的，冷却装置包含两个冷却元件60、62，每个冷却元件被定位在转子32的相应末端32A、32B中的一个处。
而且有利地，冷却孔50、52的数量是冷却元件60、62的数量的倍数，并且框架30特别地包含对于每个冷却元件60、62可以沿着或可以不沿着旋转轴线R被对称地定位的两个冷却孔50、52。
在一变体中，框架30包含用于每个冷却元件60、62的至少一个相应冷却孔50、52。
每个冷却元件60、62包含紧固到转子32并且特别地用于紧固到转子32的对应末端32A、32B的紧固壁64、66。
每个紧固壁64、66被旋转地固定到转子32，并且沿相对于旋转轴线R的径向方向延伸。
每个紧固壁64、66沿着相对于转子32的旋转轴线R的径向方向包含径向末端68、69，所述径向末端68、69沿着所述径向方向相对于转子32齐平。径向末端68、69被定位在定子34对面并且在定子34的附近，即，例如，在沿着径向方向测量的小于5mm、优选地小于1mm的距离处。每个冷却元件60、62还包含沿着转子32的旋转轴线R与转子32相对地定位的自由末端70、72。
每个冷却元件60、62还包含沿着转子32的旋转轴线R从紧固壁64、66延伸直到冷却元件的自由末端70、72的冷却壁74、76。
每个自由末端70、72与框架的侧壁40、42中的一个相对地被定位。每个侧壁40、42提供有沿着转子32的旋转轴线R延伸并且环绕对应的自由末端70、72的内部部分77、78，内部部分77、78有利地为圆柱形的。内部部分总体上平行于转子32的旋转轴线R环绕对应的自由末端。对应的内部部分77、78上的每个自由末端70、72之间的径向距离小于5mm，优选地1mm。
每个冷却壁74、76限定它环绕的内部体积。每个冷却壁环绕它限定的内部体积，同时被总体上定中心在转子32的旋转轴线R上。
限定内部体积指的是冷却壁74、76被闭合在它本身上并且例如具有圆锥形或圆柱形本体形状的事实。
每个冷却壁74、76包含在多个或或其中一个冷却孔50、52对面并且特别地在它属于的冷却元件与之相关联的每个冷却孔50、52对面的内表面74A、76A。每个冷却壁74、76能够与穿过它属于的冷却元件与之相关联的每个冷却孔50、52的气流接触。
每个冷却壁74、76还包含在定子34对面的与内表面74A、76A相对的外表面74B、76B。
内表面74A、76A和外表面74B、76B从紧固壁64、66延伸到自由末端70、72。
每个冷却壁74、76将内部空间E1分成相应的主要空间80A、82A和相应的次要空间80B、82B，所述相应的主要空间80A、82A用于接收外部空气，被通风地连接到冷却孔50、52或其中一个。
每个主要空间80A、82A中包含的空气与对应的内表面74A、76A接触，并且每个次要空间80B、82B中包含的空气与对应的外表面74B、76B和定子34接触。
换言之，每个冷却壁总体上将存在于主要空间80A、82A中的空气与存在于次要空间80B、82B中的空气隔离开。
每个冷却孔50、52被布置为使得对于每个冷却孔50、52，在转子32的旋转期间，经由所述冷却孔50、52穿过内部空间E1并且特别地对应的主要空间80A、82A的空气通过相同的冷却孔50、52离开。
更一般地，冷却壁74、76和冷却孔50、52被布置并且被定尺寸为提供前面提到的运转。
为此目的，每个冷却孔50、52在内部空间E1并且特别地在它与之相关联的冷却元件的冷却壁的内表面74A、76A附近的对应的主要空间80A、82A中开口。沿着每个冷却孔50、52的中心轴线测量的在冷却孔50、52的出口和它与之相关联的冷却元件的冷却壁的内表面之间的距离例如小于5mm。
每个冷却孔50、52的直径在20mm和100mm之间，优选地在30mm和50mm之间。
在一变体中，冷却孔50、52不是圆形的，而是椭圆形的或豆形的。每个冷却孔50、52在垂直于穿过所述孔的轴线的方向上的截面的表面积例如在12.56cm2和3.14cm2、优选地在27cm2和78cm2之间。
内表面74A、76A和外表面74B、76B是总体上平滑的并且没有突出元件，并且有利地是没有突出元件的总体上平滑的调整表面。
“调整服务”指的是一种表面，线经过该表面的每个点，称为母线(generatrix)，被包含在该表面中。
没有突出元件的平滑表面指的是没有不平或中断的表面。
如同冷却壁74、76，内表面74A、76A和外表面74B、76B有利地呈沿着转子32的旋转轴线R延伸的圆锥形或圆柱形本体的形式。
有利地，并且如在图2中示出的，每个冷却壁74、76并且因此每个内表面74A、76A和每个外表面74B、76B是圆锥形本体形状的，其中小的基部被定位在转子32的侧面上，而大的基部沿着转子的旋转轴线R与转子相对地被定位。每个冷却壁74、76然后相对于旋转轴线R倾斜，并且与旋转轴线形成20°和70°之间、优选地25°和55°之间的角度。
马达22并且特别地马达22的冷却的运转现在将会参考图2进行描述。
当轨道车辆10在运动中并且电动马达22正在运行时，每个马达22的转子32转动以便致使转向架16、18的车轴20在运动中。在每个电动马达22中，转子32和定子34然后释放出热，当热太多时，热能够影响电动马达22的性能。
然而，由于被固定到转子32的冷却装置36，当转子32转动时，内部空间E1中的空气被冷却，并且转子32和定子34因此被冷却。
更具体地，冷却元件74、76转动并且冷却壁74、76因此转动，这引起空气的循环。空气循环通过冷却孔50、52从外部空间E2朝向内部空间E1并且特别地朝向主要空间80A、82A、然后从内部空间E1并且特别地主要空间80A、82A朝向外部空间E2来完成。冷却孔50、52都被用作进入内部空间E1并且特别地主要空间80A、82A的空气进口管道和来自内部空间E1并且特别地主要空间80A、82A的空气排出管道。
空气循环因此使得冷却内部空间E1并且特别地主要空间80A、82A中的空气并且因此冷却每个冷却壁74、76并且因此通过热转移冷却每个次要空间80B、82B中的空气成为可能。因此，转子32和定子34的加热被保持在允许电动马达22的最佳运转的热范围内。
马达的正常旋转速度使得在冷却内部空间E1之前优化空气循环并且因此热交换成为可能。
此外，外表面74B、76B和内表面74A、76A是本体圆锥形形状的且平滑的事实使得优化尺寸并且因此优化热交换同时限制由冷却装置36引起的噪声以及与冷却装置36的旋转有关的机械损失成为可能。
此外，本发明具有在结构方面简单并且实施起来不昂贵的优点。实际上，冷却装置36的结构是相对简单的。
上面考虑的实施例和替代选择能够彼此进行组合以产生本发明的新的实施例。

Claims (9)

1.一种电动马达(22)，包含转子(32)、定子(34)、冷却装置(36)和框架(30)，
所述框架(30)限定用于接收所述转子(32)、所述定子(34)和所述冷却装置(36)的内部空间(E1)，所述框架(30)包含将所述内部空间(E1)连接到所述框架(30)的外部空间(E2)的至少一个冷却孔(50、52)，
所述转子(32)沿着所述转子(32)的旋转轴线(R)包含两个相对的末端(32A、32B)，
所述冷却装置(36)包含被定位在所述转子(32)的所述末端(32A、32B)中的一个处的至少一个冷却元件(60、62)，每个冷却元件(60、62)包含紧固到所述转子(32)的紧固壁(64、66)和冷却壁(74、76)，所述紧固壁(64、66)与所述转子(32)旋转地固定，所述冷却壁(74、76)沿着所述转子(32)的所述旋转轴线(R)从所述紧固壁(64、66)延伸到所述冷却元件(60、62)的自由末端(70、72)，所述冷却壁(74、76)限定它环绕的内部体积，并且包含内表面(74A、76A)和外表面(74B、76B)，内表面(74A、76A)在多个或其中一个冷却孔(50、52)对面并且能够与穿过所述冷却孔(50、52)的气流接触，外表面(74B、76B)在所述定子(34)对面并且与所述内表面(74A、76A)相对，所述内表面和所述外表面从所述紧固壁(64、66)延伸到所述自由末端(70、72)，
其中，所述内表面(74A、76A)和所述外表面(74B、76B)是总体上平滑的并且没有突出元件；
其特征在于，每个冷却孔(50、52)在所述内部空间(E1)中在多个或者其中一个冷却壁(74、76)的所述内表面(74A、76A)附近且沿着所述冷却孔(50、52)的中心轴线测量小于5mm的距离处开口。
2.根据权利要求1所述的电动马达，其中每个冷却孔(50、52)被布置为使得对于每个冷却孔(50、52)，在所述转子(32)的旋转期间，经由所述冷却孔(50、52)穿过所述内部空间(E1)的空气通过相同的冷却孔(50、52)离开。
3.根据权利要求1或2所述的电动马达，其中所述内表面(74A、76A)和外表面(74B、76B)是没有突出元件的总体上平滑的调整表面，并且有利地呈沿着所述转子(32)的所述旋转轴线(R)延伸的圆锥形或圆柱形本体的形式。
4.根据权利要求1或2所述的电动马达，其中所述冷却装置(36)包含两个冷却元件(60、62)，每个冷却元件被定位在所述转子(32)的一个相应末端(32A、32B)处，并且其中所述框架(30)包含用于每个冷却元件(60、62)的至少一个相应的冷却孔(50、52)。
5.根据权利要求1或2所述的电动马达，其中所述电动马达(22)被配置为达到大于5000转/分的标称速度。
6.根据权利要求1或2所述的电动马达，其中每个冷却孔(50、52)在垂直于穿过所述孔的轴线的方向上的截面具有12.56cm2和3.14cm2之间的表面积。
7.根据权利要求1或2所述的电动马达，其中每个冷却壁(74、76)将所述内部空间(E1)分成主要空间(80A、82A)和次要空间(80B、82B)，所述主要空间(80A、82A)用于接收外部空气，被通气地连接到多个或其中一个冷却孔(50、52)，并且所述主要空间(80A、82A)包含的空气与所述内表面(74A、76A)接触，所述次要空间(80B、82B)包含的空气与所述外表面(74B、76B)和所述定子(34)接触。
8.根据权利要求1或2所述的电动马达，其中每个自由末端(70、72)被定位在所述框架(30)的相应侧壁(40、42)的对面，所述侧壁(40、42)设置有沿着所述转子(32)的所述旋转轴线(R)延伸并且环绕所述自由末端(70、72)的内部部分(77、78)，所述自由末端(70、72)与所述内部部分(77、78)之间的径向距离小于5mm。
9.一种轨道车辆(10)，其包含电动马达(22)，其特征在于，所述电动马达(22)是根据权利要求1或2所述的电动马达。
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