CN1184568A - 电动驱动装置 - Google Patents

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Abstract

一种用于铁路机车车辆和轨道导行机车的电动驱动装置,其中为改善对电动机(8)的冷却,按照本发明,在电动机轴(3)和风扇叶轮(1)之间设有一个电磁的转速限制与控制装置(5—7),当电机转速升高超过风扇叶轮的转速时,该装置限制输送的冷却空气为所需的冷却空气量,其中从一个可预先给定的电动机转速开始,风扇叶轮的转速相对于电动机转速降低。

Description

电动驱动装置
本发明涉及一种特别用于铁路机车车辆和轨道导行机车的电动驱动装置，该装置带有一电动机和至少一个装于电动机轴上的风扇叶轮。
对于铁路机车车辆和轨道导行机车的电动机，如三相交流牵引电动机，为保证小的电机扭矩并因此减小电机重量及结构尺寸，越来越多地以高转速运行。按照DE-B-2514265，为使电机冷却，在电机轴上固定设置了一个风扇叶轮，该叶轮以电机转速转动，周围的空气或是通过电机或是通过专门的外部冷却通道来吸入或压缩。
为不受周围空气和电机空气需求量的影响，也曾建议采用昂贵的外部冷却系统，这种外冷却系统或是以带有通风管道和自备鼓风机的人工强制通风为基础，或是以水冷为基础而工作。这种冷却系统及其控制很昂贵。
为了降低由于电风扇转速提高而加大的电机噪声，由CH-A-664242公开了一种用于旋转电机的冷却风扇，该风扇带有一个固定在磁轭上的定子和一个固定在由磁轭旋转支承的旋转轴上的转子，其中冷却风扇借助一轴承可装动地设置在电机轴上。在转子或风扇上固定有许多磁铁对。一个不含铁的圆盘固定在电风扇或是转子上，它具有一个环形的，设置在磁铁对之间的法兰盘。电风扇通过磁铁和在法兰盘内感应的涡流的相互作用而转动。由此产生一个作为速度函数的增大的滑差，这样使电风扇产生的噪声电平降低。
人们发现，在本文前言部分所述冷却电机的情况中，借助一个固定安装在电机轴上的风扇叶轮，冷却空气量在很大程度上与当时的电机转速成比例，这样通常在高转速范围内会产生为冷却所不需要的大量冷却空气，这些大量的冷却空气会造成高能耗并使干扰噪声显著提高。而高能耗本身又会造成对驱动电机不必要的加热。
本发明的目的在于对本文前言所述类型电动驱动装置的驱动电机的冷却进行改善。
本发明的目的是通过权利要求1所述特征来实现的。
这样实现了在电机低转速时保证提供足够的冷却空气量，而在电机较高或高转速时有待传输的冷却空气量不再随电机转速的提高而成比例地增大。
本发明有利的改进结构在于，在旋转安装于电机轴上的风扇叶轮和电机轴之间设置一个受电机转速影响的电磁滑动离合器，滑动离合器的传动作用随电机转速升高被削弱直至几乎失效，而在电机转速降低时又恢复到完全的传动作用。
由此实现了与车辆运行相适应的电机冷却，不必再采用外部冷却系统或水冷却系统，无需巨大的工程技术费用，也不存在使用昂贵，特殊的开关设备和监测设备的必要性。此外，电动驱动装置可以设计成具有比较简单且牢靠的自身冷却通风系统。
在本发明的有利设计中，冷却空气量与转速成比例的关系只保持到满足冷却要求的转速为止，大于这一电机转速时风机叶轮将以较低转速被驱动，使得能耗和风机噪声明显降低。
本发明有利的改进设计方案由其它权利要求给出。
下面借助附图所示实施例对本发明作进一步的说明。
图1为本发明电动驱动装置的局部剖示图，该电动驱动装置尤其适合于高转速运行的三相交流-牵引电动机。
图中所示一公知的电动机8具有一个电机轴承4和一根电机轴3。在电机轴3上装有用于对电机8进行空气冷却的一风扇叶轮1，其中风扇叶轮轮毂11通过轴承2的中间布置可以自由旋转地支承于电机轴3上，使得该不带直接驱动装置的风扇叶轮与电动机8相耦合。
在自由旋转地安装在电机轴3上的风扇叶轮1和电机轴之间有一个对于冷却鼓风机的电磁转速限制和控制装置。在本实施例中，设计作为电磁滑动离合器5-7的装置这样起作用，即随着电机转速的升高，尤其是大于一确定的转速范围时，通过滑动离合器对风扇叶轮的驱动作用开始减弱。而当电机转速降到一确定的转速范围以下时，滑动离合器将起作用，其对风扇叶轮的驱动作用又重新增强。
在图示实施例中，电机轴3上的环状凹槽13中装有永久磁铁5，而风扇叶轮1，更确切地说风扇轮毂11上配置有一个或多个短路或鼠笼式绕组7，该绕组最好嵌入磁性材料6中。在本实施例中是这样布置的，即在风扇叶轮轴承2与电磁部件6，7之间布置有一隔热垫圈，在部件6，7面朝电动机8的一侧设置有一轴向定位器9。附图标记12表示风扇叶轮叶片。
依据一未示出的实施例，永久磁铁也可以装在风扇叶轮上，而电磁部件6，7则装在电动机轴上。通过永久磁铁以及基于电动机轴3或风扇叶轮1的旋转可产生滑动离合器的磁激励。传动风扇叶轮所需的扭矩通过在短路绕组7上的电压感应来产生，其原理与带有鼠笼转子的异步电机是相同的。鼠笼绕组或是装在风扇叶轮里或是装在电动机轴上，这取决于永久磁铁的安装位置，鼠笼绕组还嵌入磁性材料6中。撇开可能的反应力矩不谈，该结构的最大力矩(倾覆力矩)应该在给定的转速时达到，并在给定转速下正好足以克服空气动力范围内的压力降。这一转速通常应在电动机最高转速的60％-70％之间。如果电动机转速超过了这一值，则根据风扇叶轮离合器的转矩-滑动特性曲线出现一个较低转速，从而减少冷却空气量，能耗和风机噪声。

Claims (10)

1.一种尤其用于铁路机车车辆和轨道导行机车的电动驱动装置，该装置带有一电动机(8)和至少一个安装在电动机轴(3)上的风扇叶轮(1)，其特征在于，在电动机轴(3)和风扇叶轮(1)之间设有一个电磁的转速限制与控制装置(5-7)，当电机转速升高超过风扇叶轮的转速时，该装置限制输送的冷却空气为所需冷却空气量，其中从一个可预定的电机转速开始，风扇叶轮的转速相对于电动机转速可降低。
2.按照权利要求1所述的电动驱动装置，其特征在于，在自由旋转地支承于电动机轴(3)上的风扇叶轮(1)和电动机轴(3)之间设有一个受电动机转速影响的电磁滑动离合器(5-7)，该滑动离合器的传动作用随着电动机转速的升高被减弱直至几乎失效，在电动机转速降低时又重新恢复至完全的传动作用。
3.按照权利要求2所述的电动驱动装置，其特征在于，该电动机轴(3)上带有永久磁铁(5)，在风扇叶轮(1)的轮毂(11)中设有一短路绕组(7)。
4.按照权利要求2所述的电动驱动装置，其特征在于，在风扇叶轮上安装有永久磁铁，而在电动机轴上安装有短路绕组。
5.按照权利要求3或4所述的电动驱动装置，其特征在于，所述短路绕组(7)嵌入磁性材料(6)中。
6.按照权利要求1至5中任一项所述的电动驱动装置，其特征在于，所述风扇叶轮(1)设计用于封装的或连续通风的电动机(8)，它自由旋转地安装在电动机轴(3)上，用于抽风或压力通风。
7.按照权利要求1至6中任一项所述的电动驱动装置，其特征在于，所述风扇叶轮(1)通过一个装在风扇叶轮轮毂(11)内的轴承(2)自由旋转地安装在电动机轴(3)上，在风扇叶轮轮毂(11)上有一个对于电动机轴(3)的轴向定位销，在风扇叶轮轮毂(11)或电动机轴(3)上装有永久磁铁(5)，或是在风扇叶轮及电动机轴的磁性材料(6)中嵌入一鼠笼式绕组或短路绕组(7)，以使其以异步电机方式感应出一电压，在风扇叶轮轴承(2)与电磁部件(5-7)之间布置有一隔热垫圈(10)。
8.按照权利要求1至7中任一项所述的电动驱动装置，其特征在于，所述永久磁铁(5)和/或嵌入磁性材料(6)中的一个或多个短路绕组(7)呈环状或是逐段呈环状地装在风扇叶轮(1)的轮毂(11)或电动机轴(3)中。
9.按照权利要求1至8中任一项所述的电动驱动装置，其特征在于，所述电磁滑动离合器(5-7)的部件被设计成这样，使得最大的倾覆力矩或者在电动机轴与风扇叶轮之间的最大传动作用在一预定的电动机转速时达到，在该预定转速时，正好足以克服空气动力范围内的压力降，其中该转速大约在电动机最高转速的60％-70％范围之间。
10.按照权利要求1至9中任一项所述的电动驱动装置，其特征在于，该装置用于带有高转速运行的三相交流牵引电动机的情况。
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