低损耗、低噪音的100％低地板车用全封闭自通风牵引电机的制作方法

本发明涉及牵引电机领域，具体为一种低损耗、低噪音的100％低地板车用全封闭自通风牵引电机。

背景技术：

100%低地板轻轨车辆是指地板面距轨面高度一般在250～400mm以下的轨道交通车辆，相对70%低地板车地板面距轨面高度低40%。轨道可直接铺设在路面上,或利用原来的有轨电车轨道;车辆能够通过半径很小的曲线,适应于城市地面路况,可显著降低线路的造价。100%低地板轻轨车辆的列车编组一般为4～5节,总长度33～35m,属于中运量交通模式，适合作用中小城市的干线交通和大城市的支线交通。100%低地板车要求地板面低、轴重小、转弯半径小、客室宽敞、车门和车窗超大，所以可用于安装车辆设备的空间狭小，与一般的地铁交通系统具有较大的差别，为车体底下设备布置安装造成一定的难度。100％低地板车牵引电机车底安装空间长度比70%低地板车缩短12.7%，牵引、制动能力比70%低地板车提高近20%，载客能力提高近20%。相较于70%低地板车牵引电机体积限制更严苛，轻量化要求更高；对电机温升和噪音性能的要求也更为严苛。

现有开启结构电机应用在有轨电车车辆，6极、防护等级ip23，机座采用球墨铸铁材质铸造，定子铁心热套，转子为鼠笼式导条端环焊接结构，单风扇、单端轴承结构，与齿轮箱轴承配合使用。电机主要参数：

额定功率130kw额定电压500v额定转速1800r/min。

电机电磁性能能够满足100%低地板车辆特性的需求，电机槽配合为54/44，6极开启式自通风。电机在运行频率段存在高频电磁噪声。自通风开启式结构安装在低地板车底部，雨水容易由进出风口进入电机内部，进而由引出线位置进入接线盒内部，导致三相引出线烧损。电机重量486kg，无法满足100%低地板车电机重量≤440kg的需求。

技术实现要素：

本发明通过合理设计100%低地板车电机结构，满足低地板车安装空间、安装方式和电机限值重量要求，重点研究全封闭电机通风散热与温升的匹配设计，全封闭电机电磁参数选取积累，同时兼顾全封闭电机降噪设计。具体技术问题体现在以下内容：

1）满足100%低地板车牵引电机结构强度、重量、同领域低转速长时工作制需求。

2）转子设计为鼠笼携带风扇结构，进行强度计算分析，保证强度满足长时间高速旋转的要求，同时满足低速、高速振动限值要求。

3）电机轻量化设计，整机重量≤440kg。

4）电机内部依靠转子压板叶片转动实现散热平衡，电机冲片设置有外风路散热，电机温升满足要求。

本发明是采用如下技术方案实现的：一种低损耗、低噪音的100％低地板车用全封闭自通风牵引电机，包括机座、分别安装在机座两侧的传动端端盖和非传动端端盖、位于机座内部的定子装配和转子装配；非传动端端盖内侧固定有轴承盖，轴承盖中心安装有轴承，轴承上支撑有转轴；转轴在轴承盖的外侧部分安装有风扇，非传动端端盖上开有进风口；轴承盖周圈与定子装配中同侧的定子压圈密封连接，传动端端盖的周圈与同侧定子压圈密封连接，实现电机内部的全封闭；定子装配中的定子冲片周圈外缘设置有不规则锪孔和大风孔，定子压圈靠近其边缘的位置开有与上述不规则锪孔和大风孔相连通的定子压圈风道，非传动端端盖上开有与定子压圈风道相连通的非传动端进风口，传动端端盖上开有与上述锪孔、大风孔以及定子压圈风道相连通的出风口；锪孔与机座内壁之间形成的通风道、大风孔以及定子压圈风道共同构成外部循环风路；定子冲片周圈在径向小于大风孔的位置还设置有位于全封闭空间内的小风孔，定子装配与转子装配之间设有气隙，转子上开有轴向通风道；转子装配在非传动端一侧的转子压板周圈设有叶片构成辅助风扇；小风孔、气隙以及转子轴向通风道构成两路内部循环风路。

本发明中，电机风路结构采用自通风结构，非传动端端盖、定子压圈、定子冲片通风孔、风扇组成电机外通风风路，转子通风孔、定转子间隙、转子压板叶片（辅助风扇）组成内风路对电机进行冷却。冷却风分三路对电机进行散热（图2箭头所示）。一路由非传动端风扇，通过非传动端端盖进风口送入定子压圈风道-定子冲片通风道（不规则风道和不均布大圆）-传动端定子压圈-传动端盖，将定子铁心进行冷却；一路流经转子铁心轴向通风道-转子压板叶片-定、转子间气隙，对转子铁心表面进行冷却；一路流经转子铁心轴向通风道-定子冲片通风道（内圈不均布小孔）-转子压板叶片，对定、转子进行散热。

进一步的，采用54/48的槽配合6极全封闭自通风电机，电磁参数优化选取。电机电磁参数与开启式自通风电机电磁参数选取对比情况如下：

全封闭自通风电机电磁负荷的选取与开启式自通风偏差控制在10%以内，电负荷选取较开启式电机偏低均在10%以上，电机整体及各项损耗降低的范围在5%以上，电机总损耗与开启式自通风电机偏差较小在2.7%，总损耗偏差小于0.5kw。

进一步的，转子压板辅助风扇采用硅钢片一体化制成；大小风孔均不规则环绕定子冲片中心设置；整机重量≤440kg。

定子采用叠片无机壳焊接结构；定子铁心由定子冲片叠压而成，定子冲片由高导磁率、低损耗的冷轧电工钢片冲制而成。

本发明涉及一种100%低地板车用全封闭6极、54/48槽配合自通风牵引电机，相比城市轨道交通领域相同功率等级自通风异步牵引电机体积更小、重量更轻，电机温升低，噪音性能优越。

a）、电机整机结构：全封闭卧式单轴承结构。

b）、电机冷却方式：自然通风冷却，冷却风通过电机外部风路进行通风散热。

c)、转子压板满足压紧铁心功能外，设有12片扇叶，用于平衡电机内部热量流动，降低电机转子温度。

d)、本发明采用不同于同功率等级槽配合6极全封闭电机，电机磁密、电密及定、转子铜耗较小，电机杂散损耗较低，抑制谐波能力强。额定点总损耗比开启式电机降低3.5%。

额定功率120kw、电压530v、转速相近情况下进行长时温升试验：

全封闭电机试验长时温升（转速1963r/min）：126k；

开启式电机试验长时温升(转速1800r/min）):121k；

e）、同领域全新槽配合选取，消除电机运行频率段的1，2，3，4，5次径向力波，只产生6次径向力波，大幅降低电机电磁噪声。

全封闭电机（转速4500r/min）声功率级噪声值：101db（a）；

开启式电机（转速3900r/min）声功率级噪声值：108.4db（a）。

f）、轻量化结构方案设计：

转子端板采用硅钢片替代钢板，增加有效铁长，保证磁、电负荷相当的情况下，实现减重。

压板-辅助风扇一体化取代压板纯钢板设计结构，减少配件，同时扇叶薄片焊接结构设计，利于电机减重。

定子冲片均布内风路通风孔，使磁路均匀分布合理，有效减轻定子部件重量。

定子冲片外部风路采用不均布通风孔及不规则通风孔布置，既保证定子部分磁路通畅，同时又保证定子部分结构强度，进而实现定子部件减重设计。

本发明技术方案带来的有益效果

本发明技术方案用于100%低地板车用全封闭牵引电机，填补了国内100%低地板车用全封闭牵引电机的技术空白，优选出适合低地板车全封闭电机的槽配合和风路结构，为全封闭地铁电机电磁设计和结构设计提供了参考和依据。电机性能优良，可靠性高，各项指标完全满足地底板车运行的需求。电机合适的槽配合有效避免电磁噪声，消除低阶次径向力波，降低电机高频段及低频段的电磁噪声，进而降低低地板车噪音对人体和环境的危害。

附图说明

图1本发明所述牵引电动机内部结构示意图。

1-转子装配，2-轴承，3-风扇，4-速度传感器，5-非传动端端盖，6-转子压板叶片，7-定子装配，8-传动端端盖，9-联轴节；

图2风路结构示意图。

10-进风口，11-非传动端进风口，12-定子压圈风道，13-定子铁心风道，14-外部循环风道，15-定子压圈出风，16-内部循环风路；

图3定子冲片图。

17-不规则锪孔，18-大风孔，19-小风孔。

具体实施方式

本发明所述电机由定子、转子、非传动端端盖、风扇、传动端端盖、轴承、联轴节等组成。定子采用叠片无机壳焊接结构。定子铁心由定子冲片叠压而成，定子冲片由高导磁率、低损耗的冷轧电工钢片冲制而成。定子冲片形状复杂，设置有不规则锪孔和大、小风孔，不规则锪孔与外部拉板焊接后形成风道和大风孔实现快速散热，小风孔实现局部快速散热。定子内设有定子线圈，定子线圈由薄膜熔敷导线绕制而成，匝间绝缘采用熔敷薄膜，主绝缘采用玻璃布补强的云母带和聚酰亚胺薄膜，线圈鼻部绕制时垫放匝间垫条，用于防止线圈鼻部错位。嵌装后整体真空压力浸绝缘漆。定子线圈引线头采用电磁线搭接，固定于接线盒内部，通过三相电缆引出，电机接线盒结构形式密封性好可靠性高。电机转子采用铜条鼠笼式结构。非传动端固定有风扇、端盖，端盖上经轴承支撑有转轴，转轴上有转子铁心，转子铁心由转子冲片叠压而成，转子压板和冲片上开有轴向通风孔用于转子散热。转子压板进行折弯，外圆压在转子冲片槽口位置，压板与冲片之间采用无涂层硅钢片过渡，减小冲片槽口部位受到的应力，同时不影响电机电磁分布效果。取消转子压板平衡槽，增大端环与转子压板通风间隙。端盖上固定有轴承盖，设有传感器安装座，安装速度传感器；转轴上安装有风扇，风扇采用多块钢板拼焊，在风扇单侧加工成齿盘，用于传递电机转速信号，速度传感器输出相位相差90度的双脉冲信号，用于电机转速和转向的精确控制。此外，定子铁心上面安装有定子温度传感器用于检测电机运行温度。

本发明所述电机定子结构紧凑，具有体积小、重量轻、散热冷却效果好、降噪性能好等特点，能够满足100%低地板车长时运行温升需求。

正弦供电情况下，本发明与开启式自通风试验情况对比,在各项参数相当的情况下，全封闭自通风电机与开启式自通风电机温升相当，噪音水平较好。

温升：

噪音：

本发明的技术关键点：

1）对100%低地板车用异步牵引全封闭电动机进行电磁计算、牵引特性研究

对电机不同功率特征点的牵引特生和制动特性曲线进行分析研究，进行特性参数最优化设计。

2）全封闭牵引电动机降噪设计

选取6极54/48的槽配合，减小电磁径向力波引发的定子铁心共振，避免高频段和低频段电机运行噪音。

3）全封闭异步牵引电动机通风冷却结构研究

低地板车电机安装空间紧张，结构设计紧凑。合理的设计通风冷却结构是重点，风路散热设计满足电机温升需求是难点。

4）全封闭电机降低温升设计

定、转子采用少槽配合，降低定、转子谐波损耗，实现电机整体损耗降低，进而降低电机温升。

5）全封闭电机轻量化设计。