CN217682902U - 牵引电机轴、有牵引电机轴的电机、驱动单元和轨道车辆 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种牵引电机轴，其包括电机小齿轮(2)和小齿轮座(3)。为了保护变速箱部件免受电流的影响，尤其是防止电流流过齿轮齿接物，并保护变速箱部件免受轴电流的影响，所述小齿轮座(3)具有低电容的电绝缘涂层来抵抗电流。
Description
技术领域
本发明涉及一种牵引电机轴，以及一种驱动单元，所述牵引电机轴具有借助于涂层与轴绝缘的电机小齿轮，以防止电流流过牵引驱动器的轴承和齿轮齿接物。
背景技术
由于轨道车辆运行中的现代具有绝缘栅电极的双极晶体管(IGBT)和碳化硅(SiC)转换器的时钟频率和切换速度不断增大，越来越多地发生轴承电流引起的轴承损坏或电流流过对齿轮箱齿接物的损坏。这些电流流过是由电机中的定子绕组与壳体之间、绕组自身之间、定子绕组与转子之间、转子与壳体之间的电容或由轴承的电容引起的。此处的基本规则是，激励频率越高，生成的电流越大。
此处，在驱动器内循环的电流之间存在区别，所述电流流过例如以下驱动部件：定子-壳体-轴承-轴-转子-定子。还存在来自转子的电流，其经由齿轮箱的齿轮齿接物作用在轮组上。这些所示的电流流过(循环电流和转子电流)会严重磨损轴承、轴承润滑脂和齿接物，直至损坏所提及组件。在这方面，功耗也会增大。
取决于所使用的驱动概念，有各种可能来最小化或防止轴承电流。传统方法是使用绝缘轴承和/或混合轴承来抵抗电机中的循环电流，此外，在电机与齿轮齿接物之间使用绝缘联轴器来保护齿轮齿接物和其轴承免受流过齿接物的电流的影响。接地电刷用于电机小齿轮也是齿轮箱的小齿轮的驱动类型。
DE 10 2007 036 001 B4包含电绝缘的轴连接元件，所述连接元件在轨道车辆的驱动单元与轨道之间提供电绝缘。
德国公开文件DE 36 39 132 A1公开了具有滑轮的电动机，借此在插入有高强度电绝缘层的情况下将滑轮压在转子轴上，所述绝缘层由不流动塑料组成，且滑轮无需任何其它紧固构件即可固持在转子轴上。因此，绝缘层尽可能薄，且不会损害滑轮的牢固抗扭配合。
对于电机小齿轮已为齿轮箱的部分且直接用作齿轮齿接物的小齿轮的驱动器，使用绝缘轴承的传统绝缘方法是不可能的，这是由于在此驱动概念中，尽管电机中有绝缘轴承，但电流仍流过齿接物，所述电流经由齿轮箱轴承或例如经由齿轮箱输出轴耗散。如果在整个变速箱中使用电流绝缘或混合轴承，且同时使用绝缘输出联轴器或轮，则存在高成本因素的缺点，尤其在两级变速箱或具有中间轴的变速箱中。上文所提及类型的电机小齿轮也是齿轮箱中的小齿轮的驱动器并不需要联轴器。在此情况下，只能通过使用接地电刷来防止电流，所述接地电刷常常需要维护，且因此耗时且费钱。
发明内容
因此，本发明的目标是保护齿轮部件(齿接物、轴承)免受寄生电流的影响，尤其是防止电流流过齿轮齿接物，并保护齿轮部件免受轴电流的影响。
本发明的目的可以通过以下措施达到：
本发明提供了一种牵引电机轴，其包括：电机轴(1)，其具有小齿轮座(3)，电机小齿轮(2)，其在所述小齿轮座(3)上，以及转子(4)，其在所述电机轴(1)上。电绝缘涂层(5)安置于所述小齿轮座(3)与所述电机小齿轮(2)之间，所述电绝缘涂层将具有所述小齿轮座(3)的所述电机轴(1)与所述电机小齿轮(2)电容性分离来抵抗电流。
所述牵引电机轴可以用于轨道车辆的牵引电机中。
此外，所述转子(4)至少部分通过抵抗电流的电绝缘涂层与所述电机轴(1)分离。
小齿轮座(3)与电机小齿轮(2)之间的所述电绝缘涂层与转子(4)与电机轴(1) 之间的所述电绝缘涂层一起形成连续电绝缘涂层，或小齿轮座(3)与电机小齿轮(2) 之间的所述电绝缘涂层与转子(4)与电机轴(1)之间的所述电绝缘涂层分离。
所述电绝缘涂层(5)由陶瓷和/或一种或多种陶瓷纤维复合材料制成，所述电绝缘涂层(5)尤其由包括氧化铝的陶瓷纤维复合材料形成。
所述电绝缘涂层的材料由技术陶瓷形成，且尤其由选自包括以下的群组的材料形成：氧化镁、氧化锆、氧化钛、钛酸铝、碳化硅、碳化硼、氮化硅、氮化铝、氮化硼、氧化铝/二氧化钛、氧化锆和/或氧化铬，所述电绝缘涂层的所述材料尤其包括氧化铝。
所述电绝缘涂层(5)具有小于10mm且大于1μm的涂层厚度。
所述电绝缘涂层(5)具有小于1mm且大于0.1mm，尤其大于0.2mm的涂层厚度。
所述电机轴(1)、所述电绝缘涂层(5)和所述电机小齿轮(2)至多形成1nF的电容。
所述牵引电机轴进一步包括至少一个轴承(10、11)，其中所述轴承(10、11)通过抵抗电流的电绝缘涂层与所述电机轴(1)分离。
所述轴承(10、11)与所述电机轴(1)之间的所述电绝缘涂层与以下两涂层中的一个或两个形成连续电绝缘涂层：小齿轮座(3)与电机小齿轮(2)之间的所述电绝缘涂层和所述转子(4)与电机轴(1)之间的所述电绝缘涂层，或所述轴承(10、11)与所述电机轴(1)之间的所述电绝缘涂层与其它电绝缘涂层分离。
小齿轮座(3)与电机小齿轮(2)之间的所述绝缘涂层(5)被涂覆到所述电机小齿轮(2)的面向所述小齿轮座(3)的内表面。
本发明还提供了一种用于轨道车辆的牵引电机，其包括具有定子的电机和任一前述的牵引电机轴。
本发明还提供了一种用于轨道车辆的驱动单元(6)，其包括牵引电机(7)和齿轮箱(8)，其中包括具有定子的电机和前述的牵引电机轴，所述牵引电机的所述牵引电机轴的所述电机小齿轮(2)被设计为所述齿轮箱(8)的组件，其中所述电机小齿轮(2) 充当所述齿轮箱(8)的齿轮齿接物(9)的小齿轮。
本发明还提供了一种轨道车辆，其具有驱动单元(6)。
附图说明
图1示出具有完全绝缘的电机轴承的电路图的示意性表示。
图2示出牵引电机轴的截面图。
图1示意性地示出包含电机(7)和齿轮箱(8)的驱动单元(6)。电机轴承(10) 以及输入侧齿轮轴承(11)设计成是完全绝缘的。小齿轮座(3)上的所表示电绝缘涂层(5)使转子(4)完全绝缘，使得不会经由电机小齿轮(2)和齿轮齿接物(9)耗散寄生电流。
图2示出具有直接在电机轴(1)上的电机小齿轮(2)的驱动单元(6)的实例实施例的横截面图。可以看到，电绝缘涂层(5)被涂覆到电机小齿轮(2)下的小齿轮座 (3)或集成驱动器的内轴承表面上。结果，通过绝缘涂层(5)的充分低的电容大大减少了电流流动，从而防止损坏轴承和齿接物。
元件符号列表
1 牵引电机轴
2 电机小齿轮
3 小齿轮座
4 转子
5 绝缘涂层
6 驱动单元
7 电机
8 齿轮箱
9 齿轮齿接物
10 电机轴承
11 输入侧齿轮箱轴承
具体实施方式
根据本发明，通过一种牵引电机轴来解决此目标，这种牵引电机轴，其包括：电机轴(1)，其具有小齿轮座(3)，电机小齿轮(2)，其在所述小齿轮座(3)上，以及转子(4)，其在所述电机轴(1)上。所述牵引电机轴的特征在于，电绝缘涂层(5)安置于所述小齿轮座(3)与所述电机小齿轮(2)之间，所述电绝缘涂层将具有所述小齿轮座(3)的所述电机轴(1)与所述电机小齿轮(2)电容性分离来抵抗电流。此外，通过一种用于轨道车辆的牵引电机(7)，其包括具有定子的电机和任一前述的牵引电机轴和一种用于轨道车辆的驱动单元(6)，其包括前述的牵引电机(7)和齿轮箱(8)，其中所述牵引电机的所述牵引电机轴的所述电机小齿轮(2)被设计为所述齿轮箱(8)的组件，其中所述电机小齿轮(2)充当所述齿轮箱(8)的齿轮齿接物(9)的小齿轮来解决所述目标。从以下描述和所附权利要求书可以导出其它实施例、修改和改进方案。
根据实施例，提出一种牵引电机轴，其包括电机小齿轮、小齿轮座和转子。牵引电机轴的小齿轮座具有低电容的电绝缘涂层来抵抗电流。因此，接地电流不会通过齿轮箱(齿轮箱有时也称为变速箱)的齿接物耗散且不需要接地电刷。
根据可以与本文中所描述的其它实施例组合的实施例，牵引电机轴包括具有小齿轮座的电机轴、在小齿轮座上的电机小齿轮，和在电机轴上的转子。电绝缘涂层可以插入于小齿轮座与电机小齿轮之间，电绝缘涂层将具有小齿轮座的电机轴与电机小齿轮电容性分离来抵抗电流。
借助于电绝缘涂层，可能实现电机小齿轮与电机轴的电容性分离。电容性分离应设计成限制电容性电抗，否则由于高电容性电抗，将无法实现充分绝缘效果。
根据优选实施例，牵引电机轴用于轨道车辆中，即牵引电机轴适用于此目的。由于铁路运行中的现代转换器的时钟频率和切换速度不断增大，此种牵引电机轴是尤其有利的，且其对于确保改进电机驱动器，尤其是更高效的驱动单元是必需的。
根据另一优选实施例，转子至少部分地包括低电容的电绝缘涂层来抵抗电流。
根据特定实施例，电绝缘涂层由一种或多种陶瓷纤维复合材料和/或陶瓷制成。其它电绝缘构件或材料或材料组合或构件与材料的组合，以及前述材料也是可能的。包含氧化铝的陶瓷纤维复合材料是尤其优选的，因为氧化铝具有良好的机械性质以及良好的电绝缘性质。相比陶瓷，陶瓷纤维复合材料也具有较高的机械强度。
结合优选实施例，公开陶瓷涂层的材料是选自包含以下的群组：氧化铝、氧化镁、氧化锆、氧化钛、钛酸铝、碳化硅、碳化硼、氮化硅、氮化铝、氮化硼、氧化铝/二氧化钛、氧化锆和/或氧化铬。陶瓷涂层提供了对磨蚀、滑动磨损、摩擦和氧化的有利抗性，且因此具有高硬度。一些陶瓷涂层也对酸和碱具有抗性。特殊陶瓷材料/组合也对热冲击具有抗性。所使用陶瓷优选为技术陶瓷或工程陶瓷，且也称为功能陶瓷。氧化铝的陶瓷涂层是尤其优选的。
根据可以与本文中所描述的其它实施例合适地组合的实施例，电绝缘涂层具有小于 10mm且大于1μm的涂层厚度。电绝缘涂层越厚，绝缘效果越好。较厚的电绝缘涂层也会产生较低电容。然而，较厚的绝缘涂层会引起机械强度问题，例如在机械应力下破裂。另外，所述涂层也会带来较高的整体安装空间。因此，小于10mm的电绝缘涂层厚度是优选的。
根据可以与本文中所描述的其它实施例合适地组合的实施例，电绝缘涂层具有小于 1mm且大于0.1mm，例如大于0.10mm，且尤其大于0.2mm，例如大于0.20mm的涂层厚度。已证明，涂层厚度在此范围中的电绝缘涂层是机械稳定且充分绝缘的。
涂层厚度小于1mm的电绝缘涂层是尤其优选的。具体地说，涂层厚度为0.7mm及以下且大于0.2mm是有利的。除了较低的制造成本、改进的机械强度和绝缘性质之外，所述厚度也节省了空间。
根据可以与本文中所描述的其它实施例合适地组合的实施例，电绝缘涂层，即由电机轴、电绝缘涂层和电机小齿轮形成的电容的最大电容为1nF。这样能将屏障(绝缘涂层)上的负载保持在可接受的电平，并防止过早磨损。较高的电容会使电容性电抗增大，并产生应避免的较高电容性电流。在此情况下，绝缘效果将不再充分。然而，在其它实施例中，如果例如可以通过其它措施合适地限制接地电流，则至多100nF的电容是可能的。
根据可以与本文中所描述的其它实施例合适地组合的实施例，转子也至少部分或完全地通过抵抗电流的电绝缘涂层与电机轴分离。
根据可以与本文中所描述的其它实施例组合的实施例，小齿轮座与电机小齿轮之间的电绝缘涂层与转子与电机轴之间的电绝缘涂层一起形成连续电绝缘涂层(连接式电绝缘涂层)。替代地，小齿轮座与电机小齿轮之间的电绝缘涂层可以与转子与电机轴之间的电绝缘涂层分离。以此方式，不同的材料可以用于分离的电绝缘涂层，和/或分离的电绝缘涂层可以形成有不同的厚度。
根据本发明的又一有目的性发展，可延伸电绝缘涂层且常规轴承可被施加到涂层上。
根据可以与本文中所描述的其它实施例合适地组合的实施例，牵引电机轴包括至少一个轴承。轴承可通过抵抗电流的电绝缘涂层与电机轴分离。
根据可以与本文中所描述的其它实施例合适地组合的实施例，轴承与电机轴之间的电绝缘涂层可以与以下两涂层中的一个或两个形成连续电绝缘涂层：小齿轮座与电机小齿轮之间的电绝缘涂层和转子与电机轴之间的电绝缘涂层。替代地，轴承与电机轴之间的电绝缘涂层可以与其它电绝缘涂层分离。因此，在电机轴上可存在单个连续的电绝缘涂层。此电绝缘涂层接着“被延伸”。替代地，可以使用分离的电绝缘涂层，接着根据特定需要，所述涂层可以由不同材料制成和/或具有不同厚度。
根据可以与本文中所描述的其它实施例组合的实施例，小齿轮座与电机小齿轮之间的绝缘涂层被涂覆到电机小齿轮的面向小齿轮座的内表面。
根据本发明的实施例的一种驱动单元可以具备牵引电机轴，所述驱动单元具有电机，所述电机具有作为齿轮箱(变速箱)的组件的电机小齿轮，电机小齿轮充当齿轮箱的齿轮齿接物的小齿轮，所述牵引电机轴包括电机小齿轮和小齿轮座，小齿轮座具有低电容的电绝缘涂层来抵抗电流。
根据本发明的又一有目的性实施例，驱动单元可以用于轨道车辆，且因此最小化由于铁路运行中的转换器的时钟频率和切换速度的不断增大而引起的轴承受损和齿轮箱受损。
具体地说，也可以想到所论述的实施例彼此间的组合以及所论述的实施例与技术人员通常已知的原理的组合。
附图说明实施例的形式，且与描述一起用于解释本发明的原理。图式的元件是相对于彼此的，且未必按比例绘制。相同附图标记指示类似部件。
尽管本文中已描绘并描述特定实施例，但在不背离本发明的保护范围的情况下以适当方式修改所示实施例是属于本发明的范围内的。
Claims (15)
1.一种牵引电机轴，其包括：
电机轴(1)，其具有小齿轮座(3)，
电机小齿轮(2)，其在所述小齿轮座(3)上，以及
转子(4)，其在所述电机轴(1)上，
所述牵引电机轴的特征在于，电绝缘涂层(5)安置于所述小齿轮座(3)与所述电机小齿轮(2)之间，所述电绝缘涂层将具有所述小齿轮座(3)的所述电机轴(1)与所述电机小齿轮(2)电容性分离来抵抗电流。
2.根据权利要求1所述的牵引电机轴，其特征在于，所述牵引电机轴可以用于轨道车辆的牵引电机中。
3.根据权利要求1或2所述的牵引电机轴，其特征在于，此外，所述转子(4)至少部分通过抵抗电流的电绝缘涂层与所述电机轴(1)分离。
4.根据权利要求3所述的牵引电机轴，其特征在于，小齿轮座(3)与电机小齿轮(2)之间的所述电绝缘涂层与转子(4)与电机轴(1)之间的所述电绝缘涂层一起形成连续电绝缘涂层，或小齿轮座(3)与电机小齿轮(2)之间的所述电绝缘涂层与转子(4)与电机轴(1)之间的所述电绝缘涂层分离。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的牵引电机轴，其特征在于，所述电绝缘涂层(5)由陶瓷和/或陶瓷纤维复合材料制成。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的牵引电机轴，其特征在于，所述电绝缘涂层的材料由技术陶瓷形成。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的牵引电机轴，其特征在于，所述电绝缘涂层(5)具有小于10mm且大于1μm的涂层厚度。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的牵引电机轴，其特征在于，所述电绝缘涂层(5)具有小于1mm且大于0.1mm，尤其大于0.2mm的涂层厚度。
9.根据权利要求1至8中任一项所述的牵引电机轴，其特征在于，所述电机轴(1)、所述电绝缘涂层(5)和所述电机小齿轮(2)至多形成1nF的电容。
10.根据权利要求1至9中任一项所述的牵引电机轴，其特征在于，所述牵引电机轴进一步包括至少一个轴承(10、11)，其中所述轴承(10、11)通过抵抗电流的电绝缘涂层与所述电机轴(1)分离。
11.根据权利要求10所述的牵引电机轴，其特征在于，所述轴承(10、11)与所述电机轴(1)之间的所述电绝缘涂层与以下两涂层中的一个或两个形成连续电绝缘涂层：小齿轮座(3)与电机小齿轮(2)之间的所述电绝缘涂层和所述转子(4)与电机轴(1)之间的所述电绝缘涂层，或所述轴承(10、11)与所述电机轴(1)之间的所述电绝缘涂层与其它电绝缘涂层分离。
12.根据权利要求1至11中任一项所述的牵引电机轴，其特征在于，小齿轮座(3)与电机小齿轮(2)之间的所述绝缘涂层(5)被涂覆到所述电机小齿轮(2)的面向所述小齿轮座(3)的内表面。
13.一种用于轨道车辆的牵引电机，其包括具有定子的电机和根据前述权利要求中任一项所述的牵引电机轴。
14.一种用于轨道车辆的驱动单元(6)，其包括根据权利要求13所述的牵引电机(7)和齿轮箱(8)，其中所述牵引电机的所述牵引电机轴的所述电机小齿轮(2)被设计为所述齿轮箱(8)的组件，其中所述电机小齿轮(2)充当所述齿轮箱(8)的齿轮齿接物(9)的小齿轮。
15.一种轨道车辆，其具有根据权利要求14所述的驱动单元(6)。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |