CN114402510A - 非封闭式电动牵引机 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种非封闭式电动牵引机(1)，具有由定子叠片芯(3)构成的定子(2)，以及转子轴(4)，在所述转子轴上安装由转子叠片芯(6)构成的转子(5)，其中所述定子叠片芯(3)布置在两个外部压板(7、8)和至少一个轴承护罩(29、30)之间，所述轴承护罩均具有用于所述转子轴(4)的轴承(24)，为了创造特别用于驱动低地板轨道车辆的非封闭式电动牵引机(1)，其设计成尽可能节省空间，但尽可能强大，沿着所述定子叠片芯(3)的周边的一部分，并且与所述定子叠片芯(3)间隔开，设计为所述压板(7、8)之间的拉杆的至少一个盖(9)布置在所述压板(7、8)之间以形成至少一个冷却箱(10)，在所述定子叠片芯(3)的表面上具有基座(17)，其中所述基座(17)和所述冷却箱(10)的至少一个盖(9)之间的至少一个中间空间(11)设计用于引导冷却流体(K)。

Description

非封闭式电动牵引机

技术领域

本发明涉及一种非封闭式电动牵引机，具有由定子叠片芯构成的定子，以及转子轴，在所述转子轴上安装由转子叠片芯构成的转子，其中所述定子叠片芯布置在两个外部压板和至少一个轴承护罩之间，所述轴承护罩均具有用于所述转子轴的轴承。

本发明涉及非封闭式牵引机，即电驱动马达，优选用于基于轨道的车辆，例如有轨电车或火车。

背景技术

特别是在乘客可以容易上下车的低地板轨道车辆中，由于地板水平较低，转向架、传动装置和驱动马达的可用空间非常小。在轨道车辆中，单独的轮或轮组均可以由一个马达驱动。因此，具有四个轮的转向架通常包括两个或四个驱动马达。由于轨道车辆通常设计用于两个行进方向，因此电机必须设计用于两个旋转方向。

例如，EP 0 548 044 B1描述了一种轨道车辆，其转向架特别设计用于具有低地板高度的低地板轨道车辆，因此用于转向架、传动装置和驱动马达的空间有限。在此，驱动优选由直接容纳在轮罩下方的轮毂马达提供。

由于驱动马达、传动装置和转向架的较大构造，已知技术的低地板轨道车辆具有较高地板高度的区域，也就是说，乘客无法使用的区域；这当然给客运带来了不利，尤其是在城市地区。

除了电机的构造应当设计得尽可能小，但仍然尽可能强大，它们的冷却也带来了巨大的挑战，原因是冷却流体的引导和热损失的消散也必须可容纳在低地板轨道车辆中可用的有限空间内。因此，冷却系统的部件通常位于轨道车辆的车顶上。

例如，CN 1 937 365 A描述了一种用于驱动轨道车辆的水冷式电动牵引机，其具有壳体，因此比非封闭式电机具有更大的构造。

发明内容

因此本发明的目的是创造一种前述的非封闭式电动牵引机，其设计成尽可能节省空间，但仍然尽可能强大，使得特别是将其用作低地板轨道车辆的牵引机是有利的。要避免或至少减少已知技术的电机的缺点。

根据本发明的目的是这样实现的，即沿着定子叠片芯的周边的一部分，并且与定子叠片芯间隔开，设计为压板之间的拉杆的至少一个盖布置在压板之间以形成至少一个冷却箱，在定子叠片芯的表面上具有基座，其中基座和冷却箱的至少一个盖之间的至少一个中间空间设计用于引导冷却流体。用于形成冷却箱的盖仅沿着定子叠片芯的周边的一部分布置的事实导致在一个尺度上(例如在高度上)比在另一尺度(例如宽度)上具有更小尺度的非封闭式电动牵引机的构造。因此，可以实现一种非封闭式电动牵引机，其特别节省空间，因此特别适用于驱动低地板有轨电车的轨道轮。由于用于形成至少一个冷却箱的至少一个盖同时用作压板之间的拉杆，因此可以省略独立的拉杆而不降低机器的机械强度。在至少一个冷却箱的下方，基座布置在定子叠片芯的表面上，其与定子叠片芯的下层部分的表面形成连接。通过该方式，将提供尽可能好的导热性，以便通过冷却流体最佳地消散定子叠片芯的热损失。因此，本发明的电机结合了冷却和机械强度的特性。至少一个冷却箱设计用于引导冷却流体，即冷却液体或冷却气体，使得可以快速消散电机操作期间产生的热损失，并且可以有效防止电机的任何过热。如果提供多个冷却箱，则这些可以与冷却流体串联或并联供应。用于冷却流体的冷却箱之间的任何连接管线已经可以集成到电机的设计中。冷却箱的串联连接也可以跨多个电动马达进行。由于电机的小构造尺寸和转子的低旋转质量，可以实现特别高的旋转速度，例如超过12,000rpm。电机优选设计为异步电机或由永磁体激励的同步电机。特别地，电机可以以这样的方式布置在低地板轨道车辆中，使得转子轴布置在从动轨道轮的旋转轴线下方。这由于电机的小尺寸是可能的，并且导致改善的空间特性，并且因此实现轨道车辆中的较低地板高度。

两个冷却箱有利地相对于彼此对称地布置，均在60°至135°的圆周角上，均优选为大致90°。在这样的圆周角上布置两个冷却箱导致电机的特别小的构造尺寸。两个冷却箱的对称布置改善了冷却效果。

在每个冷却箱的中间空间中，腹板以及至少一个压板，至少一个入口和至少一个出口可以布置用于冷却流体，目的是使冷却流体在中间空间中的腹板之间蜿蜒引导。可以简单且成本有效地实施的该措施导致改善的散热并因此优化电机的冷却，由此可以实现高功率密度，尽管构造尺寸小。

用于冷却流体的开口可以布置在压板中。通过该方式，定子绕组的头部通常位于的压板外部的区域也可以以合适的方式通过冷却流体冷却。

在具有用于冷却流体的开口的压板外部，可以布置用于冷却流体的偏转装置。该偏转装置可以由一种帽形成，所述帽连接，优选焊接到压板。以该方式，来自冷却箱的冷却流体也被引导到压板外部的区域中，并且这些区域也相应地被冷却。

冷却箱的基座优选由可适当加工以与定子叠片芯材料结合连接的材料制成；例如其适合于焊接或粘接，具有良好的导热性，并满足必要的机械要求。例如，基座可以由结构钢制成。

基座优选地至少在一些位置通过材料结合与定子叠片芯连接，从而实现冷却箱与定子叠片芯的最佳热连接。焊接方法或粘合方法特别适合作为连接方法。

类似地，基座也可以通过至少在一些位置形状配合到定子叠片芯而被连接。在该实施例的变型中，基座以这样的方式被构造和加工，使得在制造过程中在定子叠片芯的表面和基座之间实现一种形状配合。例如，这可以借助基座的周边上的焊接接头或使用分开的基座来完成。形状配合在此通过适当控制的焊接过程的热输入引起的热变形来实现。

为了改善散热，基座可以具有开口。例如，这些开口可以是细长孔的形式，但原则上可以具有任何形状。

替代地，基座也可以设计成没有开口，并且导热膜可以布置在基座和定子叠片芯的表面之间。通过该方式，可以补偿定子叠片芯和基座之间的不均匀性和公差，并且实现冷却箱中的冷却流体和电机的定子之间的更佳热接触。在此，基座优选横向地或在整个周边上连接，特别是焊接到定子叠片芯的表面，并且导热膜布置在其间。导热膜由具有适当良好导热性和最佳可能形状适应性的材料组成，也就是说，它具有所谓的″间隙填充物″特性。导热膜可以例如由弹性泡沫或具有玻璃纤维增强的硅树脂膜制成。

压板设计成大致矩形。通过该方式，电机特别节省空间，并且尤其适合用作低地板轨道车辆中的驱动马达。

冷却流体优选采用冷却水的形式，如果需要，其设置有合适的添加剂。理论上，冷却气体也是可想到的。冷却流体通过适当的管线引导到每个电机的一个或多个冷却箱，并且电机中产生的热通过热交换器消散，所述热交换器例如可以布置在低地板轨道车辆的车顶上。多个电机的各个冷却箱可以串联连接，从而实现电机之间的用于冷却流体的尽可能短的连接管线。

用于连接到传动装置的联轴器可以布置在非封闭式电动牵引机的转子轴的驱动侧。例如，曲齿联轴器特别适合用于补偿电机和传动装置之间的任何相对运动。其它形式的实施例规定电机在电机本身的转子轴上仅具有一个轴承站，并且借助膜片联轴器在传动装置中具有第二支撑件。此外，电机的转子轴可以与传动装置的小齿轮轴组合成一个部件。

用于在至少一个轴承罩中支撑转子轴的至少一个轴承可以采用角接触球轴承的形式。这种本身是已知技术的球轴承特别适合用于支撑电机的转子轴，原因是它们在高转速范围内具有特别好的运行特性。

如果至少一个热管布置在转子叠片芯中，具有自由端，或者连接到散热器，则电机的转子可以被附加地冷却。这种所谓的″热管″是细长形状的金属容器，其包含密封容积，其中包含工作介质，例如水或氨，所述工作介质在液态下在较小程度上并且在气态下在较大程度上填充容积。通过使用介质的蒸发热，可以在小横截面区域上传输大量的热。以该方式，转子可以通过至少一个热管通过将热传输到热管的自由端而被冷却，如果需要，它可以通过散热器消散。

非封闭式电动牵引机的高度优选地在60mm至300mm之间的范围内，宽度在60mm至300mm之间，并且长度在110mm至1000mm之间。这样的尺寸特别适用于电机作为低地板轨道车辆的驱动马达的应用。

转子轴优选地具有20mm至100mm的直径以及100mm至980mm之间的长度。这些尺寸特别适用于轨道车辆，尤其是低地板车辆中的驱动马达。

附图说明

参考附图更详细地解释本发明。在此：

图1示出了根据本发明的非封闭式电动牵引机的透视示意图；

图2示出了根据本发明的非封闭式电动牵引机的另一透视图；

图3是图2中所示的非封闭式电动牵引机的部分截面侧视图；

图4示出了沿着截面线IV-IV通过图3中所示的非封闭式电动牵引机的截面；

图5示出了沿着截面线V-V通过图4中所示的非封闭式电动牵引机的截面；

图6a至6c在平面图和侧视图中示出了用于形成冷却箱的基座的各种形状；以及

图7示出了连接到传动装置的非封闭式电动牵引机的透视示意图。

具体实施方式

图1示出了根据本发明的非封闭式电动牵引机1的透视示意图。设计为内部转子马达的电动牵引机1包括由合适的定子叠片芯3构成的定子2和作为移动部件的转子5，所述转子由转子轴4，以及安装在转子轴上的转子叠片芯6构成。定子2的定子叠片芯3布置在两个外压板7和8之间。每个压板7和8的外部是轴承罩29和30，具有用于支撑转子轴4的合适轴承24(用虚线表示)。电动牵引机1也可以在一个轴承罩29或30中仅包含一个轴承24，并且用于转子轴4的第二轴承可以集成到联轴器21或传动装置22中(参见图7)。

根据本发明，沿着定子叠片芯3的周边的一部分，并且与压板7和8之间的定子叠片芯3间隔开，设计为压板7和8之间的拉杆的至少一个盖9布置成形成冷却箱10。在所示实施例的示例中，两个冷却箱10由设计为拉杆的两个盖9形成。冷却流体K可以在定子叠片芯3和每个冷却箱10的相应盖9之间的中间空间11内引导，从而能够消散电动牵引机1中产生的热。

图2示出了根据本发明的非封闭式电动牵引机1的另一透视示意图。根据本发明，结果是具有与宽度b相比减小的高度h的电动牵引机1。冷却流体K可以通过压板7和/或8中的适当的入口13和出口14被输送进入冷却箱10，和离开冷却箱10。例如，用于冷却流体K的入口13位于每个冷却箱10中，并且用于冷却流体K的出口14位于压板7或8中。用于冷却流体K的开口15可以布置在相对的压板8或7中，其中冷却流体K从冷却箱10引出并被引导回冷却箱。适当的偏转装置16用于将冷却流体K重新引导到压板8或7之外。

图3示出了图2中所示的非封闭式电动牵引机1的部分截面图。此处示出了电动牵引机1的转子5，其由转子轴4和转子叠片芯6组成。冷却流体K从冷却箱10通过开口15进入偏转装置16，在所述偏转装置处冷却流体K通过另一开口15(也参见图5)引导回到冷却箱10中。热管26可以布置在转子轴4中，其自由端可以连接到散热器27。转子轴4的长度l_w可以在100mm至980mm之间。整个电机的长度1例如可以在110mm至1000mm之间。旋转编码器(未示出)可以布置在电动牵引机1的非驱动侧NA；这可以用于控制旋转次数。为这样的编码器产生信号的齿盘可以用作热管26的散热器27。

图4示出了沿着截面线IV-IV通过图3中所示的非封闭式电动牵引机1的截面图。该截面图示出了具有入口13、出口14和腹板12的冷却箱10。来自定子叠片芯3和基座17的热通过导热膜20传递到冷却箱10中的冷却流体K，并相应地消散。用于形成冷却箱10的盖9同时设计为电动牵引机1的压板7、8之间的拉杆。在所示实施例的示例中，冷却箱10在略小于90°的圆周角α上延伸。盖9和定子叠片芯3之间的距离a优选为6mm至60mm。转子轴4的直径d例如为20mm至100mm。

图5示出了沿着截面线V-V通过图4中所示的非封闭式电动牵引机1的截面图。冷却流体K通过入口13进入冷却箱10的子隔室，所述子隔室通过腹板12与其他子隔室分离。通过压板8中的开口15，冷却流体K也进入冷却箱10外部的区域，从而也能够冷却例如那里的绕组头部。通过以布置在压板8上并焊接到压板的帽状结构的形式设计的偏转装置16，冷却流体K通过压板8中的另一开口15引导进入冷却箱10的下部分中，并且通过压板7中的出口14引出电动牵引机1。

图6a至6c在平面图和侧视图中示出了用于形成冷却箱10的各种形状的基座17。图6a、6b和6c示出了基座17的各种形式的实施例，所述基座布置在定子叠片芯3的上侧并且例如通过材料结合，特别是通过焊接连接到定子叠片芯。在图6a中，基座17具有实心表面设计。在图6b中，任何形状的开口18设置在基座17中。在图6c的变型中，呈细长孔19形式的开口18位于基座17中。当将基座17连接到定子叠片芯3的表面时，优选在基座的周边上和开口18或细长孔19的周边上产生材料结合。代替材料结合，基座17也可以通过与定子叠片芯3形状配合而至少部分被连接。

最后，图7示出了连接到传动装置22的非封闭式电动牵引机1的透视示意图。联轴器21可以设置在转子轴4的驱动侧A，用于连接到传动装置22。联轴器21可以例如以曲齿联轴器23的形式实现。

Claims (14)

1.一种非封闭式电动牵引机(1)，具有由定子叠片芯(3)构成的定子(2)，以及转子轴(4)，在所述转子轴上安装由转子叠片芯(6)构成的转子(5)，其中所述定子叠片芯(3)布置在两个外部压板(7、8)和至少一个轴承护罩(29、30)之间，所述轴承护罩均具有用于所述转子轴(4)的轴承(24)，其特征在于，沿着所述定子叠片芯(3)的周边的一部分，并且与所述定子叠片芯(3)间隔开，设计为所述压板(7、8)之间的拉杆的至少一个盖(9)布置在所述压板(7、8)之间以形成至少一个冷却箱(10)，在所述定子叠片芯(3)的表面上具有基座(17)，其中

所述基座(17)和所述冷却箱(10)的至少一个盖(9)之间的至少一个中间空间(11)设计用于引导冷却流体(K)。

2.根据权利要求1所述的非封闭式电动牵引机(1)，其特征在于，两个冷却箱(10)均布置在60°至135°，优选大致90°的圆周角(α)上。

3.根据权利要求1或2所述的非封闭式电动牵引机(1)，其特征在于，腹板(12)布置在每个冷却箱(10)的中间空间(11)中，并且用于冷却流体(K)的至少一个入口(13)和至少一个出口(14)布置在至少一个压板(7、8)中，用于在所述中间空间(12)中的所述腹板(12)之间蜿蜒引导冷却流体(K)。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的非封闭式电动牵引机(1)，其特征在于，用于冷却流体(K)的开口(15)布置在压板(7、8)中。

5.根据权利要求4所述的非封闭式电动牵引机(1)，其特征在于，用于冷却流体(K)的偏转装置(16)布置在具有用于冷却流体(K)的所述开口(15)的所述压板(7、8)的外部。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的非封闭式电动牵引机(1)，其特征在于，所述基座(17)至少在一些位置处连接，优选焊接到所述定子叠片芯(3)。

7.根据权利要求1至5中任一项所述的非封闭式电动牵引机(1)，其特征在于，所述基座(17)至少在一些位置通过形状配合连接到所述定子叠片芯(3)。

8.根据权利要求1至7中任一项所述的非封闭式电动牵引机(1)，其特征在于，所述基座(17)具有优选为细长孔(19)的形式的开口(18)。

9.根据权利要求1至7中任一项所述的非封闭式电动牵引机(1)，其特征在于，导热膜(20)布置在所述基座(17)和所述定子叠片芯(3)之间。

10.根据权利要求1至9中任一项所述的非封闭式电动牵引机(1)，其特征在于，所述压板(7、8)被设计为大致矩形。

11.根据权利要求1至10中任一项所述的非封闭式电动牵引机(1)，其特征在于，所述冷却流体(K)采用冷却水的形式。

12.根据权利要求1至11中任一项所述的非封闭式电动牵引机(1)，其特征在于，用于连接到传动装置(22)的联轴器(21)，优选曲齿联轴器(23)，布置在所述转子轴(4)的驱动侧(A)。

13.根据权利要求1至12中任一项所述的非封闭式电动牵引机(1)，其特征在于，所述至少一个轴承罩(29、30)中的至少一个轴承(24)采用角接触球轴承(25)的形式。

14.根据权利要求1至13中任一项所述的非封闭式电动牵引机(1)，其特征在于，具有自由端或连接到散热器(27)的至少一个热管(26)布置在所述转子叠片芯(6)中，用于冷却所述转子(3)。

Images