高速交流客運機車用變頻調速異步牽引電動機的製作方法

2023-09-10 20:47:05

專利名稱：高速交流客運機車用變頻調速異步牽引電動機的製作方法
技術領域：
本發明涉及電機，特別涉及大功率、高轉速、高電壓異步牽引電動機，具 體為一種高速交流客運機車用變頻調速異步牽引電動機。
背景技術：
為了適應中國鐵路跨越式發展要求，鐵路機車採用交流電傳動技術是技術 發展的必然趨勢。異步牽引電動機是交流電傳動機車中的關鍵部件和裝置。交 流電傳動機車以變頻調速異步牽引電動機為動力，通過齒輪箱驅動機車輪對。 因此，高速鐵路客運機車需要高轉速的牽引電動機，而同時要輸出與貨運機車 相當的轉矩，這就要求客運機車牽引電機比貨運機車電機輸出更大的功率。由 於設計時考慮配電的影響，希望電流小時電壓就可以升的很高，因此，交流高 速客運機車就需要一種大功率、高轉速、高電壓的變頻調速異步牽引電動機。
而我國還沒有200km/h高速交流客運電力機車，主要是由於機車牽引電機的功 率還沒有能達到1640kW(高速交流客運電力機車電機所需達到的功率)的電機; 同時該電機在驅動200km/h高速交流客運電力機車時電壓需要提升至2942V， 最高轉速需提升至3821r/min。目前在有關的電機基礎理論及其它實用文獻中， 涉及大功率、高轉速、高電壓的客運交流電傳動電力機車用變頻調速異步牽引 電動機結構方面的文獻報導幾乎沒有。

發明內容
本發明為了解決現在沒有一種大功率、高轉速、高電壓的電動機，而現有 電機不能解決200km/h交流客運機車工作所需的動力的問題，提供了一種高速交流客運機車用變頻調速異步牽引電動機。
本發明是採用如下技術方案實現的高速交流客運機車用變頻調速異步牽 引電動機，包括轉軸、端蓋、定子鐵心、定子繞組、由前壓圈和後壓圈壓緊並 由轉子衝片組成的轉子鐵心、含有銅導條和銅端環的轉子繞組以及位於轉子銅 端環外的護環，轉軸非傳動端端面中心處設有軸刷握，銅導條和銅端環是由高
強度合金銅CuCrZr材料製成的，護環是由高強度合金鋼50Mnl8Cr5材料製成 的，端蓋中心位置設有向前(端蓋外部的方向)伸出的圓柱套，轉軸傳動端通 過軸承放置在圓柱套內，軸承上套有與圓柱套前端固定的軸承內蓋，軸承前端 面上壓有固定在軸承內蓋上的軸承外蓋，軸承後側設有固定在轉軸上的小齒輪， 小齒輪由前部的傳動齒部分和後部的軸套部分構成，圓柱套的圓柱面上開有與 小齒輪的傳動齒對應的弧狀傳動孔；圓柱套頂部開有進油通孔，軸承內蓋上開 有與軸承室和進油通孔相通的通油孔，軸承外蓋後端面下方與軸承內蓋的止口
處開有凹槽，軸承內蓋上開有與凹槽相通的通油孔，圓柱套底部開有可與通油 孔連通的主回油孔，小齒輪軸套部分上固定有甩油環，甩油環後側設有穿在小 齒輪軸套部分上的後內封環，後內封環上固定有與端蓋內壁固定的防護蓋並在 後內封環的內圈開有若干徑向的環狀密封槽，環狀密封槽下部開有漏油通道， 圓柱套底部開有可與漏油通道連通的輔回油孔。為了保護軸承，防止軸電流對 軸承的損壞，在轉軸上設有軸刷握，軸刷握設在轉軸端面中心與傳統結構中軸 刷握設在轉軸軸徑上相比，線速度降至最小，軸刷握的磨耗量也達到最小；同 時銅端環、銅導條和護環均採用高強度材料，可使電機轉子轉速達130m/s，滿 足牽引電動機高速轉動的要求；齒輪箱是密封套在圓柱套上，齒輪箱內的大齒
輪與小齒輪通過圓柱套上的弧形傳動孔嚙合，齒輪箱內的潤滑油經齒輪轉動帶 起後流過與齒輪箱相通的進油通孔和軸承內蓋上端的通油孔進入軸承室，從而對軸承進行潤滑，當軸承室內的油進滿後，流過軸承外蓋止口處的凹槽和與凹 槽相通的通油孔進入圓柱套內腔底部，進而通過主回油孔流回齒輪箱，形成一 個循環的迴路。為了防止軸承室內的潤滑油流入電機內部，轉軸旋轉帶動甩油 環一同轉動(甩油環為電機上常用結構，主要是用於與端蓋內壁配合，防止潤 滑油流入電機內部)，可使將要流進電機內部的油被甩出，從圓柱套底部的主回 油孔流回齒輪箱，當有少許潤滑油流過甩油環進入後內封環時，也可從後內封 環內圈的環狀密封槽流出，從而經過漏油通道流入空腔，再通過輔回油孔流回 齒輪箱，從而實現潤滑油的密封。
前壓圈和後壓圈上均固定有平衡片，調試電機的動平衡時，通過在前壓圈 和後壓圈的圓心徑向分布的頸上增減平衡片的數量來克服離心力對其的影響。
傳動端軸承為NU2322ECM/C5滾柱軸承，轉軸的非傳動端設有輔助軸承， 輔助軸承為NJ2218ECM/C4滾柱軸承，通過對軸承型號的設置，可滿足牽引電 動機在高速狀態下運轉。
定子鐵心為全疊片結構(由定子前後壓圈壓緊定子衝片並通過拉板焯接而 成)，定子衝片為十六邊形定子衝片，其槽型為後退槽，後退槽的深度為9mm。 不僅有效的利用了機車轉向架下的空間，而且與傳統槽的深度l-3mm相比較好 的實現了通風散熱。
定子繞組採用成型繞組(即繞組導體截面為單一截面)，成型繞組所用線圈 為200級耐電暈薄膜(杜邦薄膜)2/3繞包扁銅線，電機所用浸漬漆為200級絕 緣漆，選擇成型繞組是由於其故障率低，使用起來可靠性較高，而且由於選擇 較好的線圈，有效地防止了電機高速運轉時線圈的承受能力。
本發明通過對電機內小齒輪位置的改變和軸承的有潤滑結構的設計，使電 機在高轉速下正常工作，並通過對銅端環、銅導條和護環的結構設計和材料選取是電機在高電壓、大功率下正常工作，軸刷握的結構設計避免電機在高速運 轉時線速度過大造成摩擦較大的問題，具有效率高、溫升低、使用安全可靠等
優點，目前高速交流客運機車用變頻調速異步牽引電動機已經應用於200km/h 交流客運電力機車中。


圖1為本發明所述的高速交流客運機車用變頻調速異步牽引電動機的結構 示意圖2為本發明所述的高速交流客運機車用變頻調速異步牽引電動機中A的 局部放大圖3為本發明所述的高速交流客運機車用變頻調速異步牽引電動機的軸承 外蓋的左視圖4為圖3的B-B剖視圖5為本發明所述的高速交流客運機車用變頻調速異步牽引電動機的圓柱 套的主視圖6為本發明所述的高速交流客運機車用變頻調速異步牽引電動機的圓柱 套的俯視圖。
圖中l-轉軸，2-圓柱套，3-軸承室，4-軸承，5-軸承內蓋，6-軸承外蓋，7國 進油通孔，8-凹槽，9-輔回油孔、10-主回油孔，11、 12-通油孔，13-小齒輪，14-後內封環，15-環狀密封槽，16-漏油通道，17-輔助軸承，18-軸刷握，19-護環， 20-銅端環，21-後外封環，22-甩油環，23-傳動孔，24防護蓋，25-端蓋，26-定 子鐵心，27-定子繞組，28-轉子鐵心，29-銅導條。
具體實施方式
高速交流客運機車用變頻調速異步牽引電動機，包括轉軸1、端蓋25、定 子鐵心26、定子繞組27、由前壓圈和後壓圈壓緊並由轉子衝片組成的轉子鐵心 28、含有銅導條29和銅端環20的轉子繞組以及位於轉子銅端環20外的護環19， 轉軸1非傳動端端面中心處設有軸刷握18，銅導條29和銅端環20是由高強度 合金銅CuCrZr材料製成的，護環19是由高強度合金鋼50Mnl8Cr5材料製成的， 端蓋25中心位置設有向前(端蓋外部的方向)伸出的圓柱套2，轉軸l傳動端 通過軸承4放置在圓柱套2內，軸承4上套有與圓柱套2前端固定的軸承內蓋5， 軸承4前端面上壓有固定在軸承內蓋5上的軸承外蓋6，軸承4後側設有固定在 轉軸1上的小齒輪13，小齒輪13由前部的傳動齒部分和後部的軸套部分構成， 圓柱套2的圓柱面上開有與小齒輪13的傳動齒對應的弧狀傳動孔23;圓柱套2 頂部開有進油通孔7，軸承內蓋5上開有與軸承室3和進油通孔7相通的通油孔 11，軸承外蓋6後端面下方與軸承內蓋5的止口處開有凹槽8，軸承內蓋5上開 有與凹槽8相通的通油孔12，圓柱套2底部幵有可與通油孔12連通的主回油孔 10，小齒輪13軸套部分上固定有甩油環22，甩油環22後側設有穿在小齒輪13 軸套部分上的後內封環14，後內封環14上固定有與端蓋25內壁固定的防護蓋 24並在後內封環14的內圈開有若干徑向的環狀密封槽15，環狀密封槽15下部 開有漏油通道16，圓柱套2底部開有可與漏油通道16連通的輔回油孔9。前壓 圈和後壓圈上均固定有平衡片；傳動端軸承4為NU2322ECM/C5滾柱軸承，轉 軸1的非傳動端設有輔助軸承17，輔助軸承17為NJ2218ECM/C4滾柱軸承； 定子鐵心26為全疊片結構(由定子前後壓圈壓緊定子衝片並通過拉板焊接而 成)，定子衝片為十六邊形定子衝片，其槽型為後退槽，後退槽的深度為9mm; 定子繞組27採用成型繞組(即繞組導體截面為單一截面)，成型繞組所用線圈 為200級耐電暈薄膜(杜邦薄膜)2/3繞包扁銅線，電機所用浸漬漆為200級絕緣漆。軸承內蓋5與圓柱套2前端、軸承外蓋6與軸承內蓋5均可以通過螺栓 固定，後內封環14與防護蓋24、防護蓋24與端蓋25之間均可通過過盈配合固 定，防護蓋24主要是為了在電機的安裝過程中調整後內封環14與端蓋25內壁 之間距離而設計的，小齒輪13通過過盈配合漲緊在轉軸1上，軸承外蓋6內端 面豎直中心線下部兩側45°的止口處均開有凹槽8，在此位置開設凹槽8可保 證潤滑油不會快速流回齒輪箱，良好的對軸承進行潤滑。漏油通道16由開在後 內封環14環狀密封槽15底部的豎向孔、與後內封環14上豎向孔相通的橫向孔 和開在防護蓋24上的可與橫向孔溝通的豎向孔組成。後內封環14後側的轉軸1 上還套有與防護蓋24固定的後外封環21，後外封環21的內圈開有若干徑向的 環狀密封槽。轉軸1與後外封環21、後內封環14和後外封環21的內壁均設有 若干(大於等於兩個)徑向的環狀密封槽，從而有效地提高了密封的效果。定 子衝片採用低損耗矽鋼片，其上開有陣列的通風孔，從轉軸1的傳動端進風， 穿過定子衝片上的通風孔從轉軸1的非傳動端出風。
高速交流客運機車用變頻調速異步牽引電動機的主要技術參數如下 類型 鼠籠式異步電動機 額定功率 1640kW
額定電壓 2942V
額定電流 382A
額定頻率 96.5Hz
額定轉速 1911r/min 額定功率因數》0.88 額定效率 》95.3% 恆功最高轉速3810r/min最高轉速: 額定轉矩: 最大轉矩: 絕緣等級: 通風方式:
重量
4180r/min
8200N.m
11375N.m
200級
強迫通風
1.4m3/s
2450kg 。
權利要求
1、一種高速交流客運機車用變頻調速異步牽引電動機，包括轉軸(1)、端蓋(25)、定子鐵心(26)、定子繞組(27)、由前壓圈和後壓圈壓緊並由轉子衝片組成的轉子鐵心(28)、含有銅導條(29)和銅端環(20)的轉子繞組以及位於轉子銅端環(20)外的護環(19)，其特徵是轉軸(1)非傳動端端面中心處設有軸刷握(18)，銅導條(29)和銅端環(20)是由高強度合金銅CuCrZr材料製成的，護環(19)是由高強度合金鋼50Mn18Cr5材料製成的，端蓋(25)中心位置設有向前伸出的圓柱套(2)，轉軸(1)傳動端通過軸承(4)放置在圓柱套(2)內，軸承(4)上套有與圓柱套(2)前端固定的軸承內蓋(5)，軸承(4)前端面上壓有固定在軸承內蓋(5)上的軸承外蓋(6)，軸承(4)後側設有固定在轉軸(1)上的小齒輪(13)，小齒輪(13)由前部的傳動齒部分和後部的軸套部分構成，圓柱套(2)的圓柱面上開有與小齒輪(13)的傳動齒對應的弧狀傳動孔(23)；圓柱套(2)頂部開有進油通孔(7)，軸承內蓋(5)上開有與軸承室(3)和進油通孔(7)相通的通油孔(11)，軸承外蓋(6)後端面下方與軸承內蓋(5)的止口處開有凹槽(8)，軸承內蓋(5)上開有與凹槽(8)相通的通油孔(12)，圓柱套(2)底部開有可與通油孔(12)連通的主回油孔(10)，小齒輪(13)軸套部分上固定有甩油環(22)，甩油環(22)後側設有穿在小齒輪(13)軸套部分上的後內封環(14)，後內封環(14)上固定有與端蓋(25)內壁固定的防護蓋(24)並在後內封環(14)的內圈開有若干徑向的環狀密封槽(15)，環狀密封槽(15)下部開有漏油通道(16)，圓柱套(2)底部開有可與漏油通道(16)連通的輔回油孔(9)。
2、 根據權利要求1所述的高速交流客運機車用變頻調速異步牽引電動機， 其特徵是前壓圈和後壓圈上均固定有平衡片。
3、 根據權利要求1或2所述的高速交流客運機車用變頻調速異步牽引電動機，其特徵是傳動端軸承(4)為NU2322ECM/C5滾柱軸承，轉軸(1)的非 傳動端設有輔助軸承(17)，輔助軸承(17)為NJ2218ECM/C4滾柱軸承。
4、 根據權利要求1或2所述的高速交流客運機車用變頻調速異歩牽引電動 機，其特徵是定子鐵心(26)為全疊片結構，定子衝片為十六邊形定子衝片， 其槽型為後退槽，後退槽的深度為9mm。
5、 根據權利要求3所述的高速交流客運機車用變頻調速異步牽引電動機， 其特徵是定子鐵心(26)為全疊片結構，定子衝片為十六邊形定子衝片，其 槽型為後退槽，後退槽的深度為9mm。
6、 根據權利要求1或2所述的高速交流客運機車用變頻調速異步牽引電動 機，其特徵是定子繞組(27)採用成d繞組，成型繞組所用線圈為200級耐 電暈薄膜2/3繞包扁銅線，電機所用浸漬漆為200級絕緣漆。
7、 根據權利要求3所述的高速交流客運機車用變頻調速異步牽引電動機， 其特徵是定子繞組(27)採用成型繞組，成型繞組所用線圈為200級耐電暈 薄膜2/3繞包扁銅線，電機所用浸漬漆為200級絕緣漆。
8、 根據權利要求4所述的高速交流客運機車用變頻調速異步牽引電動機， 其特徵是定子繞組(27)釆用成型繞組，成型繞組所用線圈為200級耐電暈 薄膜2/3繞包扁銅線，電機所用浸漬漆為200級絕緣漆。
9、 根據權利要求1或2所述的高速交流客運機車用變頻調速異步牽引電動 機，其特徵是後內封環(14)後側的轉軸(1)上還套有與防護蓋(24)固定 的後外封環(21)，後外封環(21)的內圈開有若干徑向的環狀密封槽。
10、 根據權利要求3所述的高速交流客運機車用變頻調速異步牽引電動機， 其特徵是後內封環(14)後側的轉軸(1)上還套有與防護蓋(24)固定的後 外封環(21)，後外封環(21)的內圈開有若干徑向的環狀密封槽。
全文摘要
本發明涉及電機，具體為一種高速交流客運機車用變頻調速異步牽引電動機，解決了現在沒有一種大功率、高轉速、高電壓的電動機的問題。轉軸非傳動端端面設有軸刷握，銅導條和銅端環是由高強度合金銅CuCrZr材料製成的，護環是由高強度合金鋼50Mn18Cr5材料製成的，端蓋上設有圓柱套，轉軸傳動端的軸承上套有軸承內蓋，軸承上壓有軸承外蓋，軸承後側設有小齒輪，圓柱套上開有弧狀傳動孔、進油通孔和主、輔回油孔，軸承內蓋上開有通油孔，軸承外蓋開有凹槽，小齒輪軸套部分上固定有甩油環，甩油環後側設有後內封環，後內封環上固定有防護蓋並在後內封環的內圈開有環狀密封槽，環狀密封槽下部開有漏油通道。可在高轉速下運行，滿足高速交流客運機車的動力要求。
文檔編號H02K17/02GK101588117SQ200910074659
公開日2009年11月25日 申請日期2009年6月2日 優先權日2009年6月2日
發明者尚詩賢, 張培軍, 魏榮斌 申請人:永濟新時速電機電器有限責任公司