新型轮对电机一体化独立驱动系统研究方案

其基本结构、 技术参数、 主要原理、 主要特点以及应用领域等作了详细介绍。分析了该系统的设计方案， 以及主要的研究内 容， 提出了该系统的多方面应用前景。 关键词：轮轨机车；轮对电机一体化；独立驱动系统；研究方案 中图分类号：A5BB45 文献标识码：C 文章编号： （5;;5 ） 8;;D<;B6B ;8<;;86<;>
图6 电机的安装示意图
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胡桂林・新型轮对电机一体化独立驱动系统研究方案・ )..) 年第 - 期
!"2 电机的接线
在每台电机的定子上引出了三根电源连接线 （6 、 7、 和两组信号线 （温度和转速） ， 可以根据用户的需要决 8） 定出线的长短。 在电机上没有出线盒， 用户只需将引线接 至中间接线端子上即可。
8 概述
近年来， 交通工具都在向交流驱动系统发展， 对驱动 系统的要求也越来越高。轨道机车车辆要求驱动系统必 须提供强大的动力， 有利于环境保护， 且具有较低的运行 费用和检修率等。 为了获得上述理想的驱动系统， 针对城 市轨道、 市郊轨道、 城际间轨道交通运输车辆的需求， 我 们设计了一种完全新概念的“轮对电机一体化独立驱动 系统” 。该系统主要由外置转子和内置定子组成， 如图 8 所示。 外置转子就是机车轮对， 主要由轮毂、 永久磁铁、 转 轴、 轴承组成。内置定子主要由线圈、 铁心、 空心轴支架、 端盖、 位置传感器等组成。 这种电机构成的驱动系统由电机直接驱动机车轮 对， 不需要复杂的齿轮传动系统， 大大简化了机车的驱动 结构， 降低了制造费用， 减少了由齿轮传动机构带来的噪 声， 可以将车厢的地板降低， 制造出 8;;V 的低地板有轨 电车。 电机由三相逆变器供电， 变频调速。由于采用永磁铁 作为电机的转子， 可以提高电机的效率和功率因数， 使电
滑油等污染存在， 有利于环境保护； （2 ） 采用三相逆变器供电， 可以方便地实现变频调速， 可应用于各种地铁动车、 轻轨动车、 城市有轨电车等公共 运输车辆。
!"4 电机的控制
采用矢量变换控制的 8889 变频器供电或直接转矩 控制下的逆变器供电，根据需要决定电机是采用单台控 制或是单元控制。
$ 主要用途
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收稿日期： 5;;8<;=<5;
机的运行成本大为降低， 并且改善了电网的质量。
图8
电机结构剖面图
8 —自 冷 风 扇 ； 5 —永 磁 极 ； > —轴 承 盖 ； @ —测 速 齿 盘 ； 6 —转 速
传 感 器 ； B —封 环 ； D —端 盖 ； = —过 滤 网 罩 ； ? —铁 心 片 ； 8; —支 架 ；
（上接第 - # 页）
传动端轴承采用圆柱轴承，非传动端轴承采用球轴 承。 两端轴承均采用油脂润滑。 密封结构采用非接触式迷 宫密封结构。 在两个端盖上均设有加油嘴， 可以定期补充 润滑脂。在两个端盖上还设有泄油孔， 可使废油流出。
# 结束语
+,--) 型异步牵引电动机于 )... 年 -. 月完成试制，
6 电机设计
电机的外壳设计成可以旋转的外转子轮毂结构， 其 形状按照轮毂形状进行设计，外转子轮毂的内圆上安装 有稀土永磁铁， 在端部安装有自通风风扇叶片。 整个外转 子轮毂与转轴采用过盈配合， 随转轴一起旋转。 定子铁心 冲片套装在一个 $ 型的空心支架上，端部用一个压圈将 铁心固定。 线圈嵌放在铁心槽内， 端部及槽内采用密封材
第 56 卷 第 8 期 5;;5 年 ;8 月 5; 日
电力机车技术
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新型轮对电机一体化独立驱动系统研究方案
胡桂林
（株洲电力机车厂，湖南 株洲 摘
@85;;8）
要： 针对目前国内各种电动轮轨机车驱动系统的需求， 大胆构思了一种新型的轮对电机一体化独立驱动系统， 对
参考文献：
［- ］ 唐 任 远 " 现 代 永 磁 电 机 理 论 与 设 计 ［& ］ 机械工业出版社， " 北京：
-334"
［) ］ 孙章， 何宗华， 徐金祥 " 城 市 轨 道 交 通 概 论 ［& ］ 中国铁道出 " 北京： 版社， )..."
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该新型电机通过与转向架组合设计可以组成多种直 接驱动系统， 应用于不同的机车场合。 用于地铁动车及有轨电车。该系统用于地铁动车 （- ） 可以降低地铁动车的整体高度和站台的高度，从而可以 将地铁的隧道高度降低， 节省有效的投资成本。 该系统用 于有轨电车可以降低地板高度， 可以制造出 -..;的低地 板有轨电车， 不再需要站台， 完全可以在地面上 车 ， 美化 了城市， 节省投资， 经济效益和社会效益明显。 用于快速城际列车及城市轨道车辆。这种新型的 （)） 驱动系统可以用于快速城际列车和城市高 架 快 速 环 线 ， 由于省却了复杂的齿轮传动系统， 机车轴重轻， 因此可以 减轻高架路轨的承重， 降低成本。 用这种新型的驱动系统 还可制造出各种用途的地面电车，可以运行在城市的主 要交通道路， 而不会影响到城市的其他车辆的正常运行。
88 —轴承；85 —转轴；8> —轮毂外转子；8@ —线圈。
作者简介： ， 男， 高级工程师， 主要从事电机产品研发工作， 现任株洲电力机车厂技术中心 >= 岁， 8?=6 年获华南理工大学电机专业学士学位， 产品开发部副部长、 电机分厂总工程师。
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电力机车技术・ !""! 年第 # 期
! 工作原理及技术参数
根据电磁理论，在同样的电磁力作用下，力臂 $ 越 我 长， 则转矩 % 越大。为了做到尽可能增大电机的转矩， 们将电机设计成扁平结构， 以增大电机的有效直径， 从而 加大电机的力臂； 另外由于电机的轴向尺寸变短， 因此其 散热效果更好， 使得电机的功率可以更大， 从而可以增大 电机的有效电流， 达到增大电机转矩的目的。 在电磁力方 面， 电机也要经过一系列的特殊设计。在磁场的建立上， 考虑采用性能比钕铁硼更加优异的永磁材料，这种永磁 振动加速度为 #&( 的工作环境 材料必须满足： 在 #&& ’ 、 下能够建立起 #)& * 的磁场， 不会产生退磁、 去磁、 失磁等 负面影响， 磁能积能够保持正常工作水平。 电机的线圈设 计为分数槽绕组， 铁心槽采用斜槽分布， 以避免电机的转 矩因齿槽效应引起的损失以及有利于制成更多的极 数 。 选用不均匀气隙， 采用磁场定向的矢量控制技术， 尽可能 使电机的气隙磁场分布为理想的正弦波，并使得定子电 流的矢量始终在 + 轴与气隙主磁场正交，获得理想状况 下的最大电磁转矩。其转矩特性曲线见图 !。 系统采用矩形波速度传感器。系统主要技术参数如 下。 轮毂直径 , -电机功率 , /0 额定工作 最高工作转速 , 2 ・ -34 轮毂速度 , /・ 9 额定频率 , :; 最高频率 , :; 最大轮毂速度 , /・ 9
电机采用自通风方式。在非传动端装有高效、 低噪声 的铸铝合金离心式风扇， 电机进风口装滤尘器， 可使进入 电机内部的空气为清洁空气。 为了加强通风和冷却效果，在定子冲片和转子冲片 上分别设计一排通风孔。
参考文献：
［- ］ /012.!#3() ： 电力牵引—铁路机车车辆和公路车辆用旋转 -33! ， 电机—第 ) 部分： 电子变流器供电的交流电动机 ［5 ］ " ［) ］ /012-!44 ： 电力牵引—机车车辆—逆变器供电的交流电动 -332 ， 机及其控制系统的综合试验 ［5 ］ "
# 系统主要特点
（-） 由于采用永磁同步电动机作为牵引动力， 省却了 传统电机的励磁绕组， 没有励磁损耗， 大大提高了效率， 降低了运用成本； 采用永磁同步电动机作为牵引动力， 通过转子位 （)） 置的实时检测和控制，使定子电流矢量始终在 : 轴并与 气隙磁场正交，使电机的功率因数为 -，改善了电网质 量， 并可以降低运用成本； 电机结构紧凑， 体积小， 重量轻， 可以有效节省机 （!） 车空间位置， 减轻轴重， 降低机车制造成本； （# ） 低转速、 大转矩、 直接驱动， 可以甩掉以往复杂的 齿轮传动结构，节省大量的空间，机车的空间利用率提 高， 并消除了过去由于齿轮传动所带来的噪声、 功率损失 以及各种齿轮传动故障， 使得机车成本大为降低， 并提高 了机车的可靠性； 因为不需要复杂的齿轮传动， 所以没有噪声和润 （$ ）
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6)! 电机的轴承
电机的轴承采用特殊的结构设计。表面带有绝缘层， 防止轴承电蚀，双磙子结构，独特的润滑油路和密封结 构， 可以保证轴承的正常使用寿命。
6)6 电机的绝缘
在防腐和防水的要求上比一 采用 !"" 级主绝缘材料， 般电机更为严格。 耐受一般情况下的潮湿和灰尘工况， 不 会对电机构成影响。