采用軸流通風(fēng)實(shí)現(xiàn)定子封閉與轉(zhuǎn)子開放通風(fēng)方式的電動(dòng)機(jī)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ]本發(fā)明涉及工業(yè)應(yīng)用的和驅(qū)動(dòng)鐵路車輛的全封閉自通風(fēng)電動(dòng)機(jī)。
【背景技術(shù)】
[0002]三相異步電動(dòng)機(jī)的定子和轉(zhuǎn)子發(fā)熱約各占到一半，工業(yè)電機(jī)的定子發(fā)熱比轉(zhuǎn)子略高，用于鐵路車輛的牽引電動(dòng)機(jī)由于工作負(fù)荷大，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)差率大，轉(zhuǎn)子發(fā)熱量會(huì)達(dá)到總體發(fā)熱量的一半以上；
[0003]鐵路車輛行駛在兩根鋼軌上，標(biāo)準(zhǔn)軌距1435毫米，牽引電動(dòng)機(jī)、聯(lián)軸節(jié)、齒輪箱組成的動(dòng)力模塊就安置在這個(gè)固定的空間內(nèi)，同時(shí)還需要給作業(yè)人員保留一定的日常維護(hù)保養(yǎng)空間；同時(shí)軌道交通工作在露天環(huán)境，經(jīng)受各種雨雪、灰塵、風(fēng)沙侵蝕的考驗(yàn)，所以軌道交通車輛對牽引電動(dòng)機(jī)的總體要求是體積小、重量輕、功率密度高，抵御惡劣環(huán)境能力強(qiáng)。
[0004]三相異步電動(dòng)機(jī)的通風(fēng)冷卻方式通常分為開放式自通風(fēng)、封閉式式自通風(fēng)、開放式強(qiáng)迫通風(fēng):
[0005]1.對于現(xiàn)有的開放式自通風(fēng)電動(dòng)機(jī):外部冷卻空氣直接流經(jīng)定子和轉(zhuǎn)子表面，帶走大部分熱量，冷卻效果好;缺點(diǎn)是定子線圈絕緣系統(tǒng)容易受到外界灰塵、濕氣、油污的侵蝕，根據(jù)國際電機(jī)協(xié)會(huì)的統(tǒng)計(jì)，由于定子絕緣故障造成電動(dòng)機(jī)失效的幾率占到總體的三成以上，僅次于軸承故障引起的電動(dòng)機(jī)失效，對于開放式電動(dòng)機(jī)，發(fā)生定子絕緣故障的幾率會(huì)更尚;
[0006]當(dāng)前地鐵行業(yè)普遍應(yīng)用的是開放式自通風(fēng)牽引電動(dòng)機(jī)，根據(jù)實(shí)際使用情況的總結(jié)，在電動(dòng)機(jī)投入運(yùn)行10年以后，定子絕緣故障率會(huì)迅速升高，單條線路的牽引電動(dòng)機(jī)月故障率可能達(dá)到2?3臺，而且主要發(fā)生在絕緣故障；
[0007]通常在開放式自通風(fēng)牽引電動(dòng)機(jī)的進(jìn)風(fēng)口需要安裝過濾除塵裝置，除去冷卻空氣中的大部分灰塵。過濾除塵裝置需要定期拆卸清洗，周期大約是3個(gè)月，耗費(fèi)大量人工。
[0008]2.對于現(xiàn)有的封閉式自通風(fēng)電動(dòng)機(jī)，優(yōu)點(diǎn)是定子絕緣具有清潔的工作環(huán)境因而絕緣可靠性高;不足是定子與外殼直接接觸，熱傳導(dǎo)效率高，比較容易通過外殼散熱，而轉(zhuǎn)子封閉在殼體內(nèi)，熱量很難散發(fā)出去，所以要提高封閉式電動(dòng)機(jī)的功率和效率，轉(zhuǎn)子散熱是比較大的挑戰(zhàn)，同樣功率和效率的電機(jī)，封閉式電動(dòng)機(jī)相對于開放式電動(dòng)機(jī)會(huì)有更大的體積和重量，材料成本也會(huì)因此上升；
[0009]當(dāng)前低地板有軌電車在國內(nèi)迅速普及，有軌電車的牽引電機(jī)靠近路面，容易接觸雨水和灰塵，必須采用封閉式牽引電動(dòng)機(jī);為了增加轉(zhuǎn)向架上方乘客和通道的空間，需要牽引電機(jī)的體積足夠小;為了滿足更大的坡道通過性能和提高制動(dòng)能量回收率，要求牽引電動(dòng)機(jī)的功率足夠大，這些因素都對當(dāng)前的牽引電動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)工作提出巨大的挑戰(zhàn)。
[0010]3.對于現(xiàn)有的開放式強(qiáng)迫通風(fēng)電動(dòng)機(jī)，優(yōu)點(diǎn)是體積小，重量輕，功率密度高；不足是需要獨(dú)立的風(fēng)機(jī)和風(fēng)道，額外增加成本和空間要求；
[0011 ]當(dāng)前高鐵動(dòng)車和機(jī)車普遍應(yīng)用的是開放式強(qiáng)迫通風(fēng)牽引電動(dòng)機(jī)，因?yàn)檐囕v對電機(jī)功率要求高，而現(xiàn)有開放式自通風(fēng)電動(dòng)機(jī)體積太大，轉(zhuǎn)向架的空間不能夠容納;開放式強(qiáng)迫通風(fēng)牽引電動(dòng)機(jī)需要獨(dú)立的風(fēng)機(jī)和風(fēng)道，布置在車廂下面，安裝工作很繁瑣，是整車廠非常頭疼的一項(xiàng)工作。
[0012]4.三相異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子發(fā)熱多，通常轉(zhuǎn)子工作溫度比定子工作溫度高50到100度，轉(zhuǎn)子熱量容易通過軸傳導(dǎo)給軸承，軸承工作溫度高會(huì)降低潤滑脂的性能進(jìn)而減低軸承的壽命;軸承內(nèi)圈受熱過度膨脹可能會(huì)使軸承的工作游隙消失，軸承卡死進(jìn)而燒毀電動(dòng)機(jī)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0013]本發(fā)明的目的在于克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種采用軸流通風(fēng)實(shí)現(xiàn)定子封閉與轉(zhuǎn)子開放通風(fēng)方式的電動(dòng)機(jī)，作為開放式和封閉式電機(jī)的一個(gè)中間品種，除了防爆、潛水和船用等特種電動(dòng)機(jī)外，能夠替代大部分常規(guī)的開放式和封閉式電動(dòng)機(jī)，使電動(dòng)機(jī)的成本低，體積小，工作溫度低，工作效率高，軸承和定子絕緣的可靠性也高；
[0014]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的第一發(fā)明技術(shù)方案如下:
[0015]電機(jī)的最外面是外殼、前端蓋、后端蓋緊固在一起形成一個(gè)腔體；
[0016]定子包括定子鐵心和定子繞組，定子繞組固定在定子鐵心內(nèi)圓周均勻分布的槽內(nèi)；定子的端部繞組布置在定子鐵心兩端;組成定子繞組的多個(gè)線圈之間的連接接頭安置在了左側(cè)端部繞組的側(cè)面;定子鐵心通過過盈配合固定在外殼的內(nèi)圓周；
[0017]前軸承安裝在前端蓋的中心位置，左右有負(fù)責(zé)固定軸承的迷宮密封裝置；
[0018]后軸承安裝在后端蓋的中心位置，左右有負(fù)責(zé)固定軸承的迷宮密封裝置；
[0019]軸安置在前軸承和后軸承的中心孔內(nèi)，依靠兩個(gè)軸承實(shí)現(xiàn)兩點(diǎn)支撐的自由旋轉(zhuǎn)能力；
[0020]轉(zhuǎn)子包括轉(zhuǎn)子鐵心和鼠籠繞組，鼠籠繞組固定在轉(zhuǎn)子鐵心外圓周均勻分布的槽內(nèi)；鼠籠端環(huán)布置在轉(zhuǎn)子鐵心的兩側(cè);轉(zhuǎn)子鐵心內(nèi)孔套在軸的中間位置，依靠過盈配合能夠帶動(dòng)軸旋轉(zhuǎn)，通過軸端輸出動(dòng)力；
[0021]前端蓋的凸緣與速度傳感器齒盤形成迷宮密封，后軸流風(fēng)扇的凸緣與后端蓋的凸緣形成迷宮密封，這兩處配合位置把定子繞組與風(fēng)道分隔開，為達(dá)成轉(zhuǎn)子開放式通風(fēng)冷卻，定子封閉式通風(fēng)冷卻成為可能；
[0022]電機(jī)外殼的定子風(fēng)道處于電機(jī)主體外側(cè)的寬度與高度最大尺寸的四個(gè)角，不占用電機(jī)圓周尺寸，為定子和轉(zhuǎn)子保留最大空間，具有更高的功率密度；
[0023]軸的中間最大直徑段的外圓周設(shè)置了螺旋槽，前軸流風(fēng)扇和后軸流風(fēng)扇布置在軸的螺旋段的兩側(cè);兩個(gè)軸流風(fēng)扇的風(fēng)葉也是螺旋裝置并且與軸上的螺旋槽的螺旋方向相同；當(dāng)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時(shí)，三個(gè)零件上的三組螺旋裝置產(chǎn)生風(fēng)力的疊加，推動(dòng)空氣在風(fēng)道內(nèi)流動(dòng)；如果轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)向發(fā)生變化，風(fēng)向也發(fā)生變化，但是不影響電機(jī)冷卻;這種軸流組合冷卻裝置不占用電機(jī)的軸向尺寸也不需要加大電機(jī)的徑向尺寸，使得電機(jī)的外形更加緊湊;根據(jù)冷卻風(fēng)量和風(fēng)壓的需要，以及簡化結(jié)構(gòu)，可以單獨(dú)使用軸的螺旋段或者其與前、后軸流風(fēng)扇中的任一組合；
[0024]定子冷卻風(fēng)道與轉(zhuǎn)子冷卻風(fēng)道相互串聯(lián)，共同由螺旋組合裝置提供風(fēng)壓；
[0025]在前端蓋靠近前軸承處有進(jìn)風(fēng)口；后軸流風(fēng)扇包裹了后端蓋的后軸承的安裝位置，客觀上能夠強(qiáng)化前、后軸承的冷卻，提高軸承的壽命；
[0026]速度傳感器齒盤放于此位置不額外占用電機(jī)軸向長度，有利于電機(jī)軸向尺寸緊湊;如果不需要速度傳感器，可以取消此零件，適當(dāng)修改后軸流風(fēng)扇的凸緣達(dá)成迷宮密封的效果。
[0027]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的第二發(fā)明技術(shù)方案如下:
[0028]電機(jī)的最外面是外殼、前端蓋、后端蓋緊固在一起形成一個(gè)腔體；
[0029]定子包括定子鐵心和定子繞組，定子繞組固定在定子鐵心內(nèi)圓周均勻分布的槽內(nèi)；定子的端部繞組布置在定子鐵心兩端;組成定子繞組的多個(gè)線圈之間的連接接頭安置在了左側(cè)端部繞組的側(cè)面;定子鐵心通過過盈配合固定在外殼的內(nèi)圓周；
[0030]前軸承安裝在前端蓋的中心位置，左右有負(fù)責(zé)固定軸承的迷宮密封裝置；
[0031 ]后軸承安裝在后端蓋的中心位置，左右有負(fù)責(zé)固定軸承的迷宮密封裝置；
[0032]軸安置在前軸承和后軸承的中心孔內(nèi)，依靠兩個(gè)軸承實(shí)現(xiàn)兩點(diǎn)支撐的自由旋轉(zhuǎn)能力；
[0033]轉(zhuǎn)子包括轉(zhuǎn)子鐵心和鼠籠繞組，鼠籠繞組固定在轉(zhuǎn)子鐵心外圓周均勾分布的槽內(nèi)；鼠籠端環(huán)布置在轉(zhuǎn)子鐵心的兩側(cè);轉(zhuǎn)子鐵心內(nèi)孔套在軸的中間位置，依靠過盈配合能夠帶動(dòng)軸旋轉(zhuǎn)，通過軸端輸出動(dòng)力；
[0034]前端蓋的凸緣與速度傳感器齒盤形成迷宮密封，后軸流風(fēng)扇的凸緣與后端蓋的凸緣形成迷宮密封，這兩處配合位置把定子繞組與風(fēng)道分隔開，為達(dá)成轉(zhuǎn)子開放式通風(fēng)冷卻，定子封閉式通風(fēng)冷卻成為可能；
[0035]電機(jī)外殼風(fēng)道位于外殼的內(nèi)圓周并且均勾分布，定子鐵心的外圓周也均勾開槽為空氣的流動(dòng)留出通道;一方面定子鐵心直接與空氣接觸，冷卻效果好，另一方面這些槽隔離定子軛部與鑄鐵外殼，減低鐵損；
[0036]軸的中間最大直徑段的外圓周設(shè)置了螺旋槽，前軸流風(fēng)扇和后軸流風(fēng)扇布置在軸的螺旋段的兩側(cè);兩個(gè)軸流風(fēng)扇的風(fēng)葉也是螺旋裝置并且與軸上的螺旋槽的螺旋方向相同；當(dāng)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時(shí)，三個(gè)零件上的三組螺旋裝置產(chǎn)生風(fēng)力的疊加，推動(dòng)空氣在風(fēng)道內(nèi)流動(dòng)；如果轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)向發(fā)生變化，風(fēng)向也發(fā)生變化，但是不影響電機(jī)冷卻;這種軸流組合冷卻裝置不占用電機(jī)的軸向尺寸也不需要加大電機(jī)的徑向尺寸，使得電機(jī)的外形更加緊湊;根據(jù)冷卻風(fēng)量和風(fēng)壓的需要，以及簡化結(jié)構(gòu)，可以單獨(dú)使用軸的螺旋段或者其與前、后軸流風(fēng)扇中的任一組合；
[0037]定子冷卻風(fēng)道與轉(zhuǎn)子冷卻風(fēng)道相互串聯(lián)，共同由螺旋組合裝置提供風(fēng)壓；
[0038]在前端蓋靠近前軸承處有進(jìn)風(fēng)口；后軸流風(fēng)扇包裹了后端蓋的后軸承的安裝位置，客觀上能夠強(qiáng)化前、后軸承的冷卻，提高軸承的壽命；
[0039]速度傳感器齒盤放于此位置不額外占用電機(jī)軸向長度，有利于電機(jī)軸向尺寸緊湊;如果不需要速度傳感器，可以取消此零件，適當(dāng)修改左軸流風(fēng)扇的凸緣達(dá)成迷宮密封的效果。
[0040]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的第三發(fā)明技術(shù)方案如下:
[0041]電機(jī)的最外面是外殼、前端蓋、后端蓋緊固在一起形成一個(gè)腔體；
[0042]定子包括定子鐵心和