新型跨座式单轨车辆永磁同步牵引电动机研究

翁萍

（中车株洲电机有限公司，湖南株洲412001）

新型跨座式单轨车辆永磁同步牵引电动机研究

翁萍

（中车株洲电机有限公司，湖南株洲412001）

介绍了新型跨坐式单轨车辆用75kW变频调速永磁同步牵引电动机的基本结构、技术参数和特性，并结合本电机结构特点阐述了电机的设计难点及解决方案。

永磁电动机；结构；跨座式单轨

目前，跨坐式单轨车在日本、韩国、马来西亚、新加坡、泰国、美国、德国、俄罗斯、巴西、澳大利亚等国家已陆续应用。国内跨坐式单轨车主要用于重庆，车型单一，驱动电机为异步牵引电动机。为适应运量小的场合对跨座式单轨车辆的需求，基于绿色、节能、环保的原则，重庆长客轨道车辆有限公司研制了一辆小单轨车辆，驱动电机为文章所介绍的新型变频调速永磁同步牵引电动机。

1 主要技术参数

主要技术参数如表1所示。

表1 主要技术参数

2 结构

该电机是一款专门为新型跨坐式单轨车辆轮边驱动方式开发的扁平结构的水冷电机，适用于小型单轨等车辆的轮边驱动结构。该电机采用滚动轴承的架悬式横向安装，每列2编组单轨车辆由6台该电机驱动。电机由定子、转子、端盖和轴承等部件组成。该电机定子主要由机座、铁芯、定子线圈等部件组成，电机采用水冷机座结构，具有结构可靠、散热效率高等特点。该电机铁心采用优质冷轧硅钢片叠压而成，该硅钢片绝缘性能强，导磁性能好，铁磁损耗小。定子绕组匝间绝缘采用耐电晕薄膜，主绝缘采用交叉叠包的玻璃布补强有机硅云母带和亚胺薄膜，带绕组定子铁芯整体真空压力浸有机硅漆，具有良好的电气性能以及防潮、防霉、耐振、寿命长、可靠性高等特点。电机转子主要由转子铁芯、永磁体、压圈、转轴等部件组成。采用高性能的永磁材料，具有启动转矩大、体积小、重量轻、噪音低、抗失磁能力强、高效范围宽、功率密度大等特点。电机转轴采用锻造的优质合金钢材料,具有较高的机械强度、抗疲劳性能和耐冲击性能。采用高品质的绝缘轴承，能有效地防止电流腐蚀，运行可靠。轴承采用润滑脂润滑，并具有补充润滑脂的功能，确保轴承安全运行。轴承密封采用无接触式迷宫结构。轴承计算寿命不少于200万km。在定子铁芯齿中安装有温度传感器,用于监控定子绕组温度,保证电机的安全运行。永磁电机的转子位置、转速测量、转向确定是由装在电机传动端的磁阻式旋转变压器完成的。旋转变压器的励磁绕组和输出绕组放在同一套定子槽内，两相绕组的输出信号，是随转角作正弦变化、彼此相差90°电角度的电信号，由此来判断电机转子位置、转速和电机转向，以便对电机进行控制。电机采用全封闭水冷结构设计，冷却液为水、乙二醇混合液。电机设计使用寿命为30年。

3 特性

（1）牵引特性（DC1500V）。列车在半磨耗轮径、超员载荷（AW3）负载下，额定网压DC1500V，干燥的平直道条件下：恒转矩特性：679.6N·m@0～1195r/min；恒功率特性：85kW@1195～1872r/min；自然特性：1872～3187r/min。

（2）制动特性（DC1500V）。列车在半磨耗轮径、超员载荷（AW3）负载下，额定网压DC1500V，干燥的平直道条件下：自然特性：3187～2390r/min；恒转矩特性：695.2N·m@2390～199 r/min。

4 电机设计主要难点及解决方案

（1）电机设计主要难点。电机为扁平结构，定子绕组端部空间小。

（2）解决方案。此永磁电机为3相叠绕组电机，极槽配合为12极72槽，绕组接法Y，3线制，整数槽，节距5，绕组并联支路数1路，电机绕组联线原理图如图1所示。

图1 绕组接线原理图

由于本电机为扁平式结构，绕组出线、并头空间紧张，根据绕组引线、出线和联线特点，将绕组联线分成两组（如图2、图3所示），并把两组绕组联线分布在线圈鼻部外侧和内侧，与常规联线方式不同的是，这种联线方式占用轴向空间极少，非常适用于扁平式电机结构。

图2 下层边引线联线

图3 上层边引线联线

（3）解决方案推广及注意事项。通过对不同极数和并联支路数绕组的分析，图4中列出了能应用这种特殊联线方式的组合。

图4 特殊绕组联线不同极数和并联支路数绕组组合

这种特殊联线方式在应用的过程中需要注意以下三点：①联线时注意保证联线弯曲角度不能太小，否则在电机运行的过程中容易造成引线断裂；②联线时尽量应用引线本线进行联线，减少径向空间的浪费；③这种联线方式应用在多槽结构中时，引线出线空间进行，需注意加强引线和线圈鼻部之间的绝缘。

5 结语

75kW变频调速永磁同步牵引电动机经过结构的合理设计，不仅满足新型跨座式单轨转向架的结构需要，并通过了型式试验，本电机符合了IEC60349-4标准的要求。

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Research on Permanent-Magnet Transaction Motor of New Straddle Monorail Vehicle

WENG Ping
（CRRC Zhuzhou Electric Machine Co.，Ltd.，Zhuzhou，Hunan 421000，China）

This paper introduces the basic structure，technical parameters and characteristics of 75kW variable frequency permanent-magnet synchronous traction motor for new type of single-track monorail vehicle.The design difficulty and solution of the motor are expounded according to the characteristics of the motor.

permanent magnet motor；structure；straddle type monorail

U264.1+3

A

2095-980X（2017）03-0088-02

2017-02-26

翁萍（1985-），女，助理工程师，主要研究方向：永磁电机设计。