用于车辆和铁路车辆的电动机的制作方法
【专利说明】用于车辆和铁路车辆的电动机
[0001]相关专利申请的交叉引用
[0002]本申请基于2013年6月27日提交的日本专利申请第2013-135502号并且要求其优先权，该申请的全部内容通过弓I用的方式并入本申请中。
技术领域
[0003]本发明描述的实施例涉及一种用于车辆和铁路车辆的电动机。
【背景技术】
[0004]根据典型的铁路车辆，车辆的行驶(运动)是通过旋转力实现的，旋转力是从附接到设置在车体的底板下方的转向架的主电动机(以下简称为“电动机”)产生的，并且通过接头(耦接头)和齿轮机构(齿轮箱)传递到转向架的车轮。
[0005]现有技术中的这种类型的电动机主要由感应电动机构成，这种感应电动机包括设置有旋转铁芯的笼型转子、嵌入旋转铁芯中的多个转子条以及短路环，该短路环连接在转子轴的轴向上从旋转铁芯突出的各转子条的延伸部分并且与延伸部分结合成一个电气主体。
[0006]感应电动机通常具有所谓的全封闭结构，这种结构使包含转子条、构成定子的线圈和其他电气零件的电动机内部与外部空气分隔开。这种结构采用本领域中已知的这样一种用于电动机的冷却系统，这种冷却系统不是通过引入外部空气到电动机中而是通过外部空气的空气流动来实现冷却，由与转子轴一起转动的两个风扇来引起该流动，而不需要引入外部空气到全封闭结构的外壳内的电气配合和磁性配合的电动机部件。
[0007]例如，现有技术中的感应电动机包括两个风扇:一个风扇位于用于支撑旋转铁芯的铁芯支撑构件与用于以使得转子轴能够自由旋转的方式支撑转子轴的两端的一对轴承之一之间；并且另一个风扇位于铁芯支撑构件与另一个轴承之间。每个风扇包括在轴向上面向外部几乎径向设置在风扇表面的多个叶轮。每个风扇的外周缘与使电动机内部和外侧分开的外壳相对，在风扇的边缘与外壳之间存在极小间隙，迷宫式密封结构形成在该间隙中。根据如此构造的感应电动机，旋转区域和静止区域被分隔开，从而构成如上所述的所谓的全封闭结构，其中电动机的内部部件与外部空气分开。
[0008]每个外壳的一部分在轴向上盖在风扇上，并且因此在轴向上覆盖风扇。外壳的这部分形成在内部、完全密封的外壳、电动机的部分的上方的护罩，从而在护罩与密封的外壳之间形成冷却通道。空气入口端口形成在盖在风扇上的外壳的一部分上，该部分在电动机的驱动侧的轴承附近形成入口端口，进而允许外部空气在冷却通道内流过并且冷却轴承以及与轴承相邻的定子的一侧。这种空气入口端口通过形成在外壳内的空气通道与空气通道连通以冷却定子，该空气通道在轴向上延伸穿过定子的定子铁芯。
[0009]空气入口端口和空气出口端口进一步形成在外壳中，该外壳覆盖另一个轴承侧的风扇的轴向外侧部分。再者，外壳的一部分形成与电动机的密封壳体间隔开的护罩，从而在两者之间形成冷却通道/空气通道。入口端口和出口端口形成为位于另一个轴承附近的护罩的开口。
[0010]当如此构造的感应电动机的转子轴旋转时，风扇相应地旋转。因此，形成在风扇上的叶轮产生的吸力使外部空气穿过空气入口端口而被引入。然后，在一个轴承侧，经由空气入口端口引入的外部空气作为冷却空气顺序地流过外壳内的空气通道以及定子铁芯内的空气通道，然后穿过出口流出。在此过程期间，可以同时实现一个轴承的冷却、线圈经由定子铁芯的冷却以及转子条经由风扇、铁芯支撑构件和转子铁芯的冷却。
[0011 ] 在另一个轴承侧，通过空气入口端口引入的外部空气作为冷却空气朝着空气出口端口流动，然后流出以便排出。在此过程期间，可以同时实现另一个轴承的冷却以及转子条经由风扇、铁芯支撑构件和转子铁芯的冷却。
[0012]通过使用风扇冷却各部件的结构在引入并利用外部空气作为冷却空气之后，经由空气通道或空气出口端口排出外部空气到外壳的外部，并且因此在此过程中产生噪声。当车辆速度增大时，电动机的转数增大，在这种情况下容易产生噪声。具体地讲，在轴向上与耦接头相反的一侧的另一个轴承侧的用于风扇的空气出口端口位于相应的风扇附近，即，叶轮通过排出端口直接暴露于外部环境。在这种情况下，叶轮旋转产生的风噪声以大体上扇形形状直接扩散的方式经由空气出口端口传到外面，换句话讲，沿着形成在叶轮视线边缘的锥形形状穿过排出开口。反之，从电动机的驱动侧穿过电动机并在电动机的非驱动侧排出的空气远离风扇。因此，当风扇高速旋转时，噪声的产生往往容易增大。
[0013]有几种方法被认为是减小从设置在另一个轴承侧(非驱动侧)的风扇产生的噪声的可行方案，例如，包括减小空气出口端口的开口面积的结构，以及将空气出口端口放置成远离叶轮以便减小噪声的扩散角度的结构。然而，根据这些方法，气流量受到限制并且因此减小，在这种情况下难以提供充足的冷却效果。
[0014]特别是，在将空气出口端口放置为远离叶轮的结构的情况下，例如，引导件形成为以这样一种方式突出的部分，这种方式为在电动机的轴向上从壳体延伸到外部的方式。在这种情况下，如果冷却空气的通道长度变得足够长，空气出口端口可以设置成远离叶轮。然而，根据这种结构，难以维持电动机和外壳的包层的大小为事先建立的电动机和外壳的大小，即，火车的转向架中的电动机和外壳可以装配到的约束空间。
[0015]一般而言，附接到转向架的电动机具有事先确定的严格的尺寸设计极限，即，由转向架内的可用空间决定，而与电动机的类型无关。
[0016]更具体地讲，电动机以这样一种情况附接到转向架上，该情况为转子轴的轴向由车辆的横向宽度方向决定的情况。根据这种结构，电动机设置在相对的车轮之间的空间中。在这种情况下，至少一个耦接头和齿轮箱也设置在车轮与电动机之间。因此，在车轮之间的有限空间中至少需要将电动机、耦接头和齿轮箱放置成彼此靠近，对电动机在轴向上的大小有严格限制。此外，电动机附接在转向架的横梁与车辆前后方向上的轮轴之间。因此，对电动机在径向和宽度方向上的大小也有严格限制。
[0017]因此，需要在上述严格限制的范围内设计电动机。特别是，电动机的大小是影响电动机的输出和性能的重要因素，因此，需要根据充足的经验和各种各样的技巧来设计电动机。换句话讲，设计这种电动机必不可少的是在利用能确保最大输出和性能的技术的同时，利用用于改进电动机的结构的技巧，以及在不超过限制的大小的其他技术。
[0018]然而，当引导件如同在以上讨论的结构中从壳体延伸时，电动机的大小将由于延伸的量而增加。在这种情况下，难以在使电动机的大小在预定的大小限制或约束内的同时，延伸排出端口远离风扇叶轮以减小噪声。
【附图说明】
[0019]图1图示了根据第一实施例的铁路车辆。
[0020]图2是设置在图1所示的车体底板下方的转向架的俯视图。
[0021]图3是沿着图2的线B-B截取的剖视图。
[0022]图4是图2所示的电动机的垂直剖视图。
[0023]图5是从与驱动侧相反的那侧观察的图4所示的电动机的部分侧视图。
[0024]图6是示出了图4所示的电动机的排气通道周围的放大区域的放大剖视图。
[0025]图7是从与驱动侧相反的那侧观察的图6所示的空气入口端口和排气通道的侧视图。
[0026]图8示意性地示出了图6所示的排气通道的入口端口的横截面区域与排气通道的出口端口的横截面区域之间的关系。
[0027]图9是根据第二实施例的电动机的部分剖视图，示出了排气通道周围的放大横截面。
[0028]图10是从与驱动侧相反的那侧观察的图9所示的空气入口端口和排气通道的侧视图。
[0029]图11是根据第三实施例的电动机的部分剖视图，示出了排气通道周围的放大横截面。
[0030]图12是从与驱动侧相反的那侧观察的图11所示的空气入口端口和排气通道的侧视图。
[0031]图13是根据第四实施例的电动机的部分剖视图，示出了排气通道周围的放大横截面。
[0032]图14是从与驱动侧相反的那侧观察的图13所示的空气入口端口和排气通道的侧视图。
[0033]图15是示出了从与驱动侧相反的那侧观察的第四实施例的修改实例的侧视图，示出了设置有肋的排气通道。
[0034]图16是根据第五实施例的电动机的部分剖视图，示出了排气通道周围的放大横截面。
[0035]图17是从与驱动侧相反的那侧观察的图16所示的空气入口端口和排气通道的侧视图。
[0036]图18是根据第六实施例的电动机的部分剖视图，示出了在与驱动侧相反的那侧的放大横截面。
【具体实施方式】
[0037]一般来讲，根据一个实施例，实施例的各个实例所实现的一个目的是提供一种电动机，该电动机能够减小噪声，同时能够在不降低电动机的输出性能的情况下将电动机的大小限制在事先确定的大小限制范围内。
[0038]根据一个实施例，铁路电动机具有驱动侧，电动机的驱动轴从驱动侧延伸，并且在铁路电动机与驱动侧相反的那侧的电动机罩包括入口和出口，其中出口被构造成在远离电动机的滑架的方向上将排气以及与风扇叶轮相关的噪声引导到远离风扇叶轮的位置。在一个方面，这通过以下方式提供:形成电动机的侧面外壳以包括内壁和护罩，使得排气通道形成在护罩与外壳体的内壁之间；并且形成具有向内渐狭的排气开口的排气口。在这方面，通道可以具有弧形形状，并且入口通道可以为与其相邻，也是弧形形状。入口和排气口的横截面可以设置成大致相等，不管通道从入口到出口侧的渐狭。在另一方面，壳体的外壁或护罩以及排气通道开口沿着壳体的同一侧不向外延伸超过壳体的其他部件。另外，风扇与通道朝向外部的开口之间的视线远离火车车厢以引导风扇噪声远离车厢。
[0039]根据另一个实施例，一种用于车辆的电动机包括:转子轴，围绕轴线旋转；转子铁芯，固定在所述转子轴上；定子铁芯，在径向上设置在所述转子铁芯外侧；壳体，在其中容纳转子铁芯和定子铁芯，并且经由轴承支撑所述转子轴的两个轴向端部的每一个使得所述转子轴可旋转；空气入口端口，在径向上形成在所述轴承外侧的所述壳体的一部分上；以及风扇，设置在所述转子铁芯与所述轴承之间，并且与所述转子轴一起旋转以引导外部空气穿过所述空气入口端口，其中所述壳体的在所述轴向上位于所述风扇的叶轮外侧的一部分形成第一外壳和第二外壳，所述第一外壳和所述第二外壳构成排出所述外部空气的排出通道，所述第一外壳包括在所述径向上朝着外侧延伸的引导壁，并且所述第二外壳包括薄壁部分，所述薄壁部分的壁厚小于所述第二外壳的其他区域的壁厚，并且薄壁部分在轴向上位于所述引导壁内侧以构成在所述薄壁部分与所述引导壁之间的排出通道。
[0040]根据实施例的铁路车辆包括:电动机；以及车体，所述电动机在这样一种情况下附接到所述车体上，所述情况为所述电动机经由转向架保持在所述车体底板下方的情况。[0041 ]