CN117200497A - 制动电阻风扇交流异步电机及驱动系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及电机技术领域，具体涉及一种制动电阻风扇交流异步电机及驱动系统。电机包括外壳、定子铁心、转轴、转子铁心、外轴承盖、封环、第一内轴承盖、底盖和第二内轴承盖；外壳包括机座以及上端盖和下端盖；转轴的上端通过第一轴承支撑于上端盖内，转轴的下端通过第二轴承支撑于下端盖上；外轴承盖抵接第一轴承的内圈外端；封环抵接第一轴承的外圈外端；第一内轴承盖抵接第一轴承的外圈内端；底盖抵接第二轴承的外圈外端；第二内轴承盖抵接第二轴承的外圈内端。本发明提供的交流异步电机，使用时配合辅助逆变器连接在车辆的公共直流母线中，代替现有的直流电机驱动风扇旋转，铜材占比低，结构简单，维护方便。

Description

制动电阻风扇交流异步电机及驱动系统

技术领域

本发明涉及电机技术领域，尤其涉及一种制动电阻风扇交流异步电机及驱动系统。

背景技术

内燃机车/动车在制动或减速时，牵引电机作为发电机使用，会产生电能，产生的电能通过制动电阻转变为热能，再利用风扇将制动电阻中的热能消散到空气中，以实现能量的传递，保证内燃机车/动车运行的安全性。

现有内燃机车/动车受限于公共直流母线，使用的制动电阻风扇电机皆为直流电机。直流电机铜材占比高、结构复杂，维护成本高，还需要定期更换碳刷，并且在整车运行中经常会发生换向器环火，影响整车的安全运行。

发明内容

为克服现有内燃机车/动车使用的制动电阻风扇电机存在的铜材占比高、结构复杂、维护成本高且运行时易发生环火的技术缺陷，本发明提供了一种制动电阻风扇交流异步电机及驱动系统。

本发明提供的制动电阻风扇交流异步电机，包括：

外壳，其轴线竖直布置，所述外壳包括机座以及分别固定于所述机座两端的上端盖和下端盖；

定子铁心，其固定于所述机座内侧且与所述外壳同轴；

转轴，其与所述外壳同轴，所述转轴的上端通过第一轴承支撑于所述上端盖内，所述转轴的上端外伸于所述上端盖且适于连接风扇，所述转轴的下端通过第二轴承支撑于所述下端盖内，所述第一轴承的内圈内端和所述第二轴承的内圈内端通过设于所述转轴上的轴肩定位，所述第二轴承的内圈外端通过固定于所述转轴下端的轴套定位；

转子铁心，其套接固定在所述转轴上且与所述定子铁心相对布置；

外轴承盖，其套接固定在所述转轴上且抵接所述第一轴承的内圈外端；

封环，其固定在所述上端盖的外侧端面且与所述第一外轴承盖迷宫密封，所述封环抵接所述第一轴承的外圈外端；

第一内轴承盖，其固定在所述上端盖的内侧端面且抵接所述第一轴承的外圈内端；

底盖，其固定在所述下端盖的外侧端面且抵接所述第二轴承的外圈外端；

第二内轴承盖，其固定在所述下端盖的内侧端面且抵接所述第二轴承的外圈内端。

可选的，所述第一轴承和第二轴承皆为深沟球轴承。

可选的，所述封环通过波形垫圈抵接所述第一轴承的外圈外端。

可选的，所述上端盖的外侧端面沿其周向均布有多个导水槽，所述导水槽沿所述上端盖的径向布置，所述封环固定在所述导水槽的槽顶。

可选的，所述导水槽的槽底倾斜布置且径向外侧低于径向内侧。

可选的，所述下端盖的内侧形成环形的排水槽，所述排水槽的槽底开设有排水孔，所述排水孔安装有闷盖。

可选的，所述机座的底端设有下连接法兰，所述下连接法兰与所述下端盖固定连接。

可选的，所述机座的外侧面沿周向均布有多根散热筋，所述下连接法兰和下端盖对应相邻散热筋之间区域的部分开设有通风槽。

使用时，交流异步电机通过逆变器连接在车辆的公共直流母线上，公共直流母线为电机供电，电机驱动风扇旋转。

本发明提供的制动电阻风扇驱动系统，包括：

前述的制动电阻风扇交流异步电机；

辅助逆变器；

所述制动电阻风扇交流异步电机适于通过所述辅助逆变器与车辆的公共直流母线连接。

本发明提供的技术方案与现有技术相比具有如下优点：

本发明提供的制动电阻风扇交流异步电机，上端通过上端盖、封环以及外轴承盖进行封口，下端通过下端盖和底盖进行封口，配合机座形成全封闭电机，并且转轴竖直布置，转轴上端外伸于上端盖用于安装风扇，如此使得整个电机能够适用于制动电阻风扇的驱动工况中，使用时配合辅助逆变器连接在车辆的公共直流母线中，代替现有的直流电机驱动风扇旋转，铜材占比低，成本缩减10%左右；结构简单，节省生产工时和工装模具，成本缩减5%左右；维护方便，节省了维护成本并降低了整车故障率；特别是在变频控制下，电机可以在更宽广的恒功范围下运行，保证风扇无论在低速状态还是高速状态下发挥出最大的散热能力。

附图说明

此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本发明的实施例，并与说明书一起用于解释本发明的原理。

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，对于本领域普通技术人员而言，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表示本发明实施例中交流异步电机的结构示意图；

图2表示本发明实施例中电机外侧上端积水示意图；

图3表示本发明实施例中导水槽结构示意图；

图4表示本发明实施例中电机内部下端积水示意图；

图5表示本发明实施例中电机外侧导风示意图；

图6表示现有电机存在的风路死角示意图；

图7表示本发明实施例中导风结构示意图。

图中：

1、外壳；11、机座；111、下连接法兰；112、散热筋；12、上端盖；121、导水槽；13、下端盖；131、排水槽；132、闷盖；14、通风槽；2、定子铁心；3、转轴；31、第一轴承；32、第二轴承；33、轴套；4、转子铁心；5、外轴承盖；6、封环；61、波形垫圈；7、第一内轴承盖；8、底盖；9、第二内轴承盖。

具体实施方式

为了能够更清楚地理解本发明的上述目的、特征和优点，下面将对本发明的方案进行进一步描述。需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

在描述中，需要说明的是，术语 “第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但本发明还可以采用其他不同于在此描述的方式来实施；显然，说明书中的实施例只是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。

下面结合附图对本发明的具体实施例进行详细说明。

实施例

本实施例提供一种制动电阻风扇交流异步电机，参照图1，包括外壳1、定子铁心2、转轴3、转子铁心4、外轴承盖5、封环6、第一内轴承盖7、底盖8和第二内轴承盖9；外壳1的轴线竖直布置，外壳1包括机座11以及分别固定于机座11两端的上端盖12和下端盖13；定子铁心2固定于机座11内侧且与外壳1同轴；转轴3与外壳1同轴，转轴3的上端通过第一轴承31支撑于上端盖12内，转轴3的上端外伸于上端盖12且适于连接风扇，转轴3的下端通过第二轴承32支撑于下端盖13内，第一轴承31的内圈内端和第二轴承32的内圈内端通过设于转轴3上的轴肩定位，第二轴承32的内圈外端通过固定于转轴3下端的轴套33定位；转子铁心4套接固定在转轴3上且与定子铁心2相对布置；外轴承盖5套接固定在转轴3上且抵接第一轴承31的内圈外端；封环6固定在上端盖12的外侧端面且与第一外轴承盖5迷宫密封，封环6抵接第一轴承31的外圈外端；第一内轴承盖7固定在上端盖12的内侧端面且抵接第一轴承31的外圈内端；底盖8固定在下端盖13的外侧端面且抵接第二轴承32的外圈外端；第二内轴承盖9固定在下端盖13的内侧端面且抵接第二轴承32的外圈内端。

本实施例中，参照图1，上端盖12和下端盖13分别与机座11的两端止口定位，并且机座11的两端分别设有上连接法兰和下连接法兰111，上连接法兰与上端盖12固定连接，下连接法兰111与下端盖13固定连接。具体采用螺栓实现固定连接。其他实施例中，上端盖12和下端盖13也可采用其他电机领域常用连接方式完成与机座11的固定连接。

进一步的，参照图5和图7，本实施例还在机座11的外侧面沿周向均布有多根散热筋112，下连接法兰111和下端盖13对应相邻散热筋112之间区域的部分开设有通风槽14。

需要说明的是，参照图6，现有技术中，电机下端为整圆结构，当机座11外侧面设有散热筋112时，下连接法兰111高于机座11主体，冷却风流经电机外表面时，会在下端形成图6中所示的风路死角，死角部位的热量无法及时被冷却风带走；而本实施例中，通过设置通风槽14，通风槽14对应相邻散热筋112之间区域设置，通风槽14的槽底与机座11主体齐平，使得冷却风路平直，有效提高电机的散热效率。

本实施例中，第一轴承31和第二轴承32皆为深沟球轴承，既可以承受径向力，又可以承受轴向力。

进一步的，本实施例还在封环6与第一轴承31之间增设波形垫圈61，封环6通过波形垫圈61抵接第一轴承31的外圈外端，以适应电机转子的公差累积以及由于温度变化引起的热胀冷缩变形。

本实施例中，参照图2和图3，上端盖12的外侧端面沿其周向均布有多个导水槽121，导水槽121沿上端盖12的径向布置，封环6固定在导水槽121的槽顶。

需要说明的是，制动电阻风扇在工作时，需将制动电阻上的热量从车体顶部吹散至车外，车顶采用百叶窗或网罩进行防护，但此防护结构无法阻止雨水灌入车内，特别是在风扇不工作时，雨水直接进入车内，流经制动电阻、风扇到达电机上部，汇集在上端盖12上，如果积水过深，积水会沿着零件配合面及封环6井下渗入电机内部，影响电机绝缘性能，造成接地故障。所以，本实施例在上端盖12上开设导水槽121，利于雨水及时从上端盖12排出；封环6固定在导水槽121的槽顶，能够有效避免槽底积水与配合面的接触，防止积水通过配合面渗入电机。

具体的，导水槽121的径向内端深度为2mm。当然，作为可替换的实施方式，导水槽121的径向内端深度也可为1mm或1.5mm或2.5mm或3mm。

具体的，所有导水槽121的径向内端相互连通，导水槽121的径向外侧设有挡壁。

进一步的，本实施例将导水槽121的槽底倾斜布置且径向外侧低于径向内侧。

具体的，导水槽121的倾斜角度为3°。作为可替换的实施方式，导水槽121的倾斜角度也可为2°或4°。

容易理解的，导水槽121的倾斜角度越大，排水越快，但导水槽121的倾斜角度受上端盖12厚度的制约。

本实施例通过将导水槽121的槽底倾斜设置，积水更容易通过导水槽121排出。

本实施例中，参照图4，下端盖13的内侧形成环形的排水槽131，排水槽131的槽底开设有排水孔，排水孔安装有闷盖132。

需要说明的是，雨水一旦伸入电机，会在电机内部汇集，随着水位升高，绕组浸泡在水中，降低了绕组的绝缘性能，甚至导致绕组接地烧损。当水位高于第二内轴承盖9配合面时，积水会通过配合面伸入轴承室，稀释润滑脂，导致轴承发热，寿命急剧缩短。本实施例通过将下端盖13的内侧形成排水槽131，集中收集积水，然后在排水槽131的槽底开设排水孔并配置闷盖132，可定时打开闷盖132排出积水，排水完毕后再装回闷盖132。操作简单，也不影响电机在运行中的防护等级。

具体的，排水孔设为螺纹孔，闷盖132拧装在螺纹孔内。作为可替换的实施方式，闷盖132也可通过卡扣配合密封圈实现在排水孔处的密封固定。

具体实施时，通过逆变器连接在车辆的公共直流母线上，公共直流母线为电机供电，电机驱动风扇旋转。

实施例

本实施例提供一种制动电阻风扇驱动系统，包括实施例1所述的制动电阻风扇交流异步电机，还包括辅助逆变器；制动电阻风扇交流异步电机适于通过辅助逆变器与车辆的公共直流母线连接。

以上仅是本发明的具体实施方式，使本领域技术人员能够理解或实现本发明。尽管参照前述各实施例进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离各实施例技术方案的范围，其均应涵盖权利要求书的保护范围中。

Claims (9)

1.一种制动电阻风扇交流异步电机，其特征在于，包括：

外壳（1），其轴线竖直布置，所述外壳（1）包括机座（11）以及分别固定于所述机座（11）两端的上端盖（12）和下端盖（13）；

定子铁心（2），其固定于所述机座（11）内侧且与所述外壳（1）同轴；

转轴（3），其与所述外壳（1）同轴，所述转轴（3）的上端通过第一轴承（31）支撑于所述上端盖（12）内，所述转轴（3）的上端外伸于所述上端盖（12）且适于连接风扇，所述转轴（3）的下端通过第二轴承（32）支撑于所述下端盖（13）内，所述第一轴承（31）的内圈内端和所述第二轴承（32）的内圈内端通过设于所述转轴（3）上的轴肩定位，所述第二轴承（32）的内圈外端通过固定于所述转轴（3）下端的轴套（33）定位；

转子铁心（4），其套接固定在所述转轴（3）上且与所述定子铁心（2）相对布置；

外轴承盖（5），其套接固定在所述转轴（3）上且抵接所述第一轴承（31）的内圈外端；

封环（6），其固定在所述上端盖（12）的外侧端面且与所述第一外轴承盖（5）迷宫密封，所述封环（6）抵接所述第一轴承（31）的外圈外端；

第一内轴承盖（7），其固定在所述上端盖（12）的内侧端面且抵接所述第一轴承（31）的外圈内端；

底盖（8），其固定在所述下端盖（13）的外侧端面且抵接所述第二轴承（32）的外圈外端；

第二内轴承盖（9），其固定在所述下端盖（13）的内侧端面且抵接所述第二轴承（32）的外圈内端。

2.根据权利要求1所述的制动电阻风扇交流异步电机，其特征在于，所述第一轴承（31）和第二轴承（32）皆为深沟球轴承。

3.根据权利要求2所述的制动电阻风扇交流异步电机，其特征在于，所述封环（6）通过波形垫圈（61）抵接所述第一轴承（31）的外圈外端。

4.根据权利要求1至3任一项所述的制动电阻风扇交流异步电机，其特征在于，所述上端盖（12）的外侧端面沿其周向均布有多个导水槽（121），所述导水槽（121）沿所述上端盖（12）的径向布置，所述封环（6）固定在所述导水槽（121）的槽顶。

5.根据权利要求4所述的制动电阻风扇交流异步电机，其特征在于，所述导水槽（121）的槽底倾斜布置且径向外侧低于径向内侧。

6.根据权利要求1至3任一项所述的制动电阻风扇交流异步电机，其特征在于，所述下端盖（13）的内侧形成环形的排水槽（131），所述排水槽（131）的槽底开设有排水孔，所述排水孔安装有闷盖（132）。

7.根据权利要求1至3任一项所述的制动电阻风扇交流异步电机，其特征在于，所述机座（11）的底端设有下连接法兰（111），所述下连接法兰（111）与所述下端盖（13）固定连接。

8.根据权利要求7所述的制动电阻风扇交流异步电机，其特征在于，所述机座（11）的外侧面沿周向均布有多根散热筋（112），所述下连接法兰（111）和下端盖（13）对应相邻散热筋（112）之间区域的部分开设有通风槽（14）。

9.一种制动电阻风扇驱动系统，其特征在于，包括：

权利要求1至8任一项所述的制动电阻风扇交流异步电机；

辅助逆变器；

所述制动电阻风扇交流异步电机适于通过所述辅助逆变器与车辆的公共直流母线连接。