专利名称：铁路机车车辆和受轨道约束车辆的电驱动装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种铁路机车车辆和受轨道约束车辆的电驱动装置。该驱动装置包括一电动机和至少一个安装于电动机机轴上的通风叶轮。
为了减小发动机转矩、减轻发动机重量和保持较小的外型构造，象三相交流牵引电动机这样的用于铁路机车车辆和受轨道约束车辆的电动机越来越多地高转速运行。依照DE-B-2514265，这种电动机冷却系统是一个固定于电动机机轴上的通风叶轮。该通风叶轮以电动机实时转速受驱动、周围空气可以通过电动机或专用外部冷却管吸入或压入。
以前，为了不受电动机周围空气和空气需求量的制约，还要安装昂贵的外部冷却系统。该冷却系统或是以一种带有导气装置和自身鼓风电动机的通风设备为基础，或是以一种水冷却设备为基础。这个冷却系统和其控制系统是非常昂贵的。
利用鼓风机后，随着电动机转速的提高，电动机噪声也随之增大。为了减小噪声，在CH-A-664242中公开了一种用于一转动电机的冷气通风机。该转动电机带有一个固定在轭上的定子，以及一个固定在一个支承于轭上的转轴上的转子，而冷气通风机借助于安装在转轴上的轴承也是可转动的。在转子或通风机上固定有许多磁铁对，在转子或通风机上安装有一不含铁的圆盘。该圆盘具有一个设置于磁铁对之间的法兰盘。通过磁铁和在法兰盘内感生出的电涡流之间的相互作用来驱动通风机。利用作为速度函数上升的转差率，可以使通风机产生的噪声水平降低。在电动机高速旋转状态下，人们期望当存在足够的行车风冷却作用时，联接器的联接传输作用可以降低直至失效中断状态。这是已有的磁控联接器无法达到的。
人们发现，对于本文开始描述的这种借助于安装在电动机机轴上的通风叶轮致冷的电动机冷却系统，其冷空气需求量因与当时的电动机转速成高度正比关系。由此通常在高转速运行工况范围内会产生大量的为冷却所不需要的冷却空气，因为这会引起能源的高消耗和巨大的干扰噪声。另外，能源的高消耗还会使驱动电机产生不必要的热量。
本发明的目的在于改进对铁路机车车辆和受轨道约束车辆的电驱动装置的驱动电机的冷却。
本发明的目的是这样实现的，即电动机机轴和安装于机轴上的可自由转动的通风叶轮之间用一个异步滑动离合器联接，该离合器可由电动机转速和离心力控制。其中该异步滑动离合器的作用可从一预定的电动机转速起降低直至动力传输中断状态；其中在电动机转速下降之后，该异步滑动离合器传送的传输动力将再次增加。这样就可以实现在电动机低转速情况下仍有足够的冷空气使用；而在电动机较高或极高转速情况下，冷空气的需求量不再和电机转速成正比上升。或者，在电动机高转速和行车风有足够冷却作用情况下，通过取消离合器的联接传动可使冷空气的需求量不再增加。
本发明一个有利方案在于，该异步滑动离合器包括一个安装在电动机机轴上的圆盘。该圆盘是由可磁化的材料，尤其是金属制成。另外，在通风叶轮上至少设有一永久性磁铁，该磁铁面向金属圆盘安装，并在其间产生一空气间隙。本发明设计出一个由电动机转速来决定其作用的磁控异步滑动离合器，所以可以使离合器的联接传输作用在转速升高的情况下降至失效中断状态，而在电动机转速下降后，其联接传输作用又可再次增加到满值。
所以这是一种适合于机车制造企业的电动机冷却系统。该系统无需前述的外部通风设备或水冷设备，并且也不用为如使用昂贵的专用开关和监视设备而进行大量的技术投资。此外这种电驱动装置也可设计成一种简单、耐用的自然通风设备。
依照本发明，在一有利的实施形式中，冷却空气需求量与电动机转速的比例关系只保持到一个能满足致冷要求的转速为止。从这个转速开始，通风叶轮的驱动转速将减小，所以能源消耗和鼓风机噪声都将显著减少。
按本发明为冷却电动机而使用的通风叶轮通过永久磁铁和一个安装在电动机机轴上的金属圆盘被带动。这个永久磁铁最好安装在通风叶轮背面的支撑部件上。这样不产生接触就可使通风叶轮相对于该金属圆盘而被带动。该支撑部件以弹性或铰结方式固定或支承在该通风叶轮上。这样当通风叶轮的转速提高后，受离心力作用支撑部件和其磁铁一起向外运动，造成磁铁和金属圆盘间的空气间隙加大，因此离合器对通风叶轮的联接传输作用将减弱，甚至完全中断。这样的好处就是，除了能进行无磨损动力传输之外，还能象期望的一样，在电动机转速下降后可重新自动开始进行动力传输，并且逐渐地加强。
上述异步滑动离合器按照一变型方案也可以设计成这样，即以电磁铁代替永久磁铁而与可磁化金属圆盘配合工作。
本发明还有其它结构形式，即在电动机机轴上安装至少一个永久磁铁，该磁铁以一定间距面向通风叶轮上的可磁化金属部件安装，其中这个金属部件铰接地或弹性地固定在通风叶轮上，使得该间距在离心力作用下可被改变。
本发明的其它有利结构将在权利要求中给出。
下面借助附图所示实施例对本发明作进一步的说明，附图中
图1是本发明驱动装置的局部剖视图，该装置尤其适用于可以高速驱动的机车发动机。
图2是本发明电驱动装置的驱动轴配有一个通风叶轮和一个磁控异步滑动离合器的俯视图。
为对已知的电动机1进行通风冷却，在该电动机机轴2上设置一通风轮3。通风轮3通过一轴承4可自由旋转地安装在机轴2上。在图1所示实施例中，在通风叶轮3和电动机1之间有一个圆盘5固定在电动机机轴2上，该圆盘5由可磁化材料，尤其是一种金属制成，通风叶轮3在面向金属盘的一侧配备有至少一块磁铁6，尤其是一块永久磁铁，所以在磁铁6和金属圆盘5的外径10之间产生一个空气间隙9。
在本发明的结构中，该通风叶轮3具有至少一个带有一支承元件8的驱动销7，该支承元件8用于支撑永久磁铁或电磁铁6。此时通过该驱动销或支承部件受离心力作用，磁铁与金属圆盘5之间的间距，亦即空气间隙9会发生变化。在本实施例中磁铁6的支撑部件8设置在驱动销7上。驱动销虽然与通风叶轮3固定联接，但另一方面在离心力的作用下它也可发生弹性偏移，而且可以再次复位回到原位。
为对电动机进行冷却，在电动机机轴2和通风叶轮3之间安装有一磁控异步滑动离合器。该离合器在电驱动铁路机车车辆时构成对冷却空气通风机的转速的磁性限制和调节。在本实施例中该磁控异步滑动离合器4-10以下列方式工作，当电动机转速升高，特别是从一个给定的转速范围开始，通过异步滑动离合器而传送到通风叶轮上的驱动动力减小了。另一方面，当电动机转速下降到一给定转速范围内时，异步滑动离合器可使通过它传送到通风叶轮上的驱动动力自动增加。
在本实施例中由图2以俯视图形式示出该电动机机轴2和固定在机轴2上的金属圆盘5以及固定在金属圆盘5后面的通风叶轮3。在通风叶轮3上至少可铰接或偏转地安装有一段弧型的永久磁铁6′，该磁铁与安装在机轴2上的磁化金属圆盘5的外径10是大致同心的。在通风叶轮通过带有金属圆盘的磁性异步滑动离合器的作用处于静止或低转速状况时，磁铁和金属圆盘5的外径10之间的间隙9′保持很小。从一个预定转速起，在离心力的作用下，该磁铁远离金属圆盘，因此利用空气缝隙9′的增大可使通过异步滑动离合器传送的传输动力减小。
在一个有利的结构中还这样设置，即磁铁6′设置在通风叶轮3的至少一个弓形支撑部件11上且以间距9′面朝金属圆盘5的外径10，其中支撑部件11通过一个转轴12或是一个铰链固定在通风叶轮3上，该支撑部件11的自由端借助一个拉力弹簧14克服离心力的作用抵靠在通风叶轮3的一个止挡15上，使所述磁铁和金属圆盘之间保持一个最小距离，用16表示通风叶轮上用于安装拉力弹簧14的固定销钉。利用止挡15′可以限制支撑部件11沿图中箭头所示方向作提升偏转运动。
权利要求
1.一种铁路机车车辆和受轨道约束车辆的电驱动装置，它具有一个电动机(1)和至少一个安装在电动机机轴(2)上的通风叶轮(3)，其特征在于，一个依赖于电动机转速和离心力的异步滑动离合器(4-12)设置在电动机机轴(2)和可自由旋转地支承在电动机机轴上的通风叶轮(3)之间，其中当电动机从一个预定的转速开始增速时，该异步滑动离合器的联接传输作用可降至使动力传输中断，而当电动机转速减小后，其动力传输作用再次增加。
2.如权利要求1所述的电驱动装置，其特征在于，该异步滑动离合器包括一个由磁化材料，尤其是金属制成的，固定安装在电动机机轴(2)上的圆盘(5)。
3.如权利要求1或2所述的电驱动装置，其特征在于，在通风叶轮(3)上至少安装一个永久磁铁(6)，该磁铁面向金属圆盘(5)安装从而在磁铁和金属圆盘之间构成一个空气间隙(9，9′)。
4.如权利要求1或2所述的电驱动装置，其特征在于，在通风叶轮上至少装有一个电磁铁，并且该电磁铁面向磁化金属圆盘安装。
5.如权利要求1至4中任一项所述的电驱动装置，其特征在于，在通风叶轮(3)上至少有一个驱动销(7)和一个用于一块或多块永久磁铁或电磁铁(6)的支撑部件(8)，其中通过驱动销(7)或支撑部件(8)受离心力作用可使永久磁铁或电磁铁与金属圆盘(5)之间的间距或空气间隙(9)发生变化。
6.如权利要求1所述的电驱动装置，其特征在于，在电动机机轴上至少固定支承有一永久磁铁，通风叶轮上的一磁化金属部件以一间距面朝该永久磁铁安装，其中该磁化金属部件铰接地或弹性地固定安装在通风叶轮上，使得该间距受离心力影响可改变。
7.如权利要求1至6中任一项所述的电驱动装置，其特征在于，与固定安装在电动机机轴(2)上的磁性金属圆盘(5)的外径(10)相同心地，在通风叶轮(3)上铰接地或可偏转地安装有至少一段弧型永久磁铁(6′)，在通风叶轮通过带有金属圆盘的异步滑动离合器的作用处于静止或低转速状况时，该磁铁与金属圆盘外径之间保持很小的间距(9′)，从一定的电动机转速开始，在离心力的作用下，该磁铁将偏离金属圆盘，从而可使离合器的动力传输作用降低。
8.如权利要求7所述的电驱动装置，其特征在于，这个或这些永久磁铁(6′)安装于至少一个位于通风叶轮(3)上的弓形支撑部件(11)上，并且以一定间距(9′)面朝金属圆盘(5)的外径(10)，该支撑部件(11)通过一个转轴或活节固定在通风叶轮(3)上，该支撑部件的自由端(13)借助一个拉力弹簧(14)克服离心力的作用抵靠在通风叶轮(3)的一个止挡(15)上，使所述磁铁与金属圆盘之间保持一个最小间隙。
9.如权利要求1至8中任一项所述的电驱动装置，其特征在于，在通风叶轮(3)上为支撑部件(11)或驱动销(7)的自由端(13)配设一个止挡(15′)，该自由端在离心力作用下克服拉力弹簧(14)的拉力可从圆盘(5)提升偏离开。
全文摘要
一种铁路机车车辆和受轨道约束车辆的电驱动装置,其中为改善对驱动电机(1)的冷却,在电动机机轴(2)和可自由旋转地支承在电动机机轴上的通风叶轮(3)之间设置一个依赖于电动机转速和离心力的异步滑动离合器(4—12),其中当电动机从一个可预定的转速开始增速时,该异步滑动离合器的联接传输作用可降至使动力传输中断,而当电动机转速降低后,其动力传输作用再次增加。
文档编号F16D43/18GK1181161SQ96193167
公开日1998年5月6日 申请日期1996年5月2日 优先权日1995年5月16日
发明者伯恩特·普法施米特 申请人:西门子公司