悬挂式空中列车用异步牵引电机

陈志华 李 广 张会青 张 坤

(1.中车株洲电机有限公司，湖南 株洲 412001；2.中车青岛四方机车车辆股份有限公司，山东 青岛 266000)

图1 悬挂式空中列车传动单元示意图

1 整车技术要求

车辆编组：列车的基本配置为3辆车编组，3辆车均为动车，首尾为带司机室动车；网压，DC500～DC900V；最高运行速度，50km/h；平均加速度，≥1.0m/s2；制动减速度，≥1.0m/s2；橡胶轮径，518mm；传动比，6.375。

2 电机的牵引制动特性

电机的牵引工况见图2，制动工况见图3。

3 电机基本技术参数

类型三相异步电机供电方式VVVF逆变器供电工作方式连续制额定功率54kW额定转矩155Nm启动转矩260Nm额定电流71A额定电压585V最高工作转速3325r/min冷却方式自通风冷却

4 电机基本结构

电机由定子、转子、端盖、轴承、温度传感器、速度传感器等部件组成[3]。电机采用自通风的冷却方式，电机的进风口设置在非制动端，出风口设置在制动端，在转轴制动端装有离心式径向叶片风扇，电机进风口不装滤尘器而在非制动端两侧设置简单的滤尘网，在制动端转轴上装有制动齿盘，制动端压圈上留有制动钳安装接口。

图2 电机牵引工况

图3 电机制动工况

(1)定子。

电机定子由定子铁心、定子端板、拉板、定子压圈、接线盒等组成。定子铁心采用无机壳结构，即由4块拉板将定子冲片、定子端板、定子压圈焊接为一个整体，定子绕组嵌入定子铁心槽内，然后焊接内部绕组和引出线。带绕组的定子采用真空压力浸漆，满足绝缘等级200级的要求，两端定子压圈上设有悬挂，制动端压圈上设有制动钳安装座。

(2)转子。

转子铁心采用高磁导率、低损耗的冷轧电工钢片叠压而成，两端采用转子压圈压紧；压圈和冲片上开有通风孔，转子导条采用铜合金材料，转子外径小转速低，不采用端环；转轴与转子压圈采用不导磁的材料，以减少转子端部和轭部的漏磁。

(3)轴承与润滑。

在电机的非制动端与制动端装有轴承，轴承的密封采用非接触迷宫式密封结构，在两端的端盖上设计有添加润滑脂的油嘴，用于在定期维护保养的时候给轴承添加润滑脂。

(4)附件。

在电机铁芯安装有温度传感器，以便对电机定子铁芯的温度进行实时地监测，并在控制系统中设置报警值，确保车辆在运行的时候电机处于安全可靠的工作状态下。在非传动端压圈上装有速度传感器，用于控制系统实时监测电机的转速。

5 电机设计要点

由于转向架结构的限制，考虑到电机的安装方式、制动齿盘的使用，电机设计阶段有以下要点。

电机采用倾斜式安装方式，为了防止电机转子发生轴向位移，电机轴承配置中使用球轴承来进行轴向定位，在运行中球轴承会受到持续的轴向载荷，在轴承选型时需要重点考虑球轴承的轴向承载能力和轴承寿命。

倾斜安装式电机若采用通用的密封结构，可能出现润滑脂流失严重导致轴承润滑不良的情况，通过对现有的密封结构进行优化设计，选取合适的密封间隙以及增大间隙区域的长度，同时加大储油槽的容积来防止润滑脂流失的情况发生。

电机制动侧装有制动夹钳与制动齿盘，电机制动工况时可能会产生铁屑影响电机的运行，在进行电机的冷却结构设计时，在传动端设置有进风口，制动端转轴上装有离心式径向页片风扇，制动端设置有出风口，防止制动齿盘产生的铁屑进入电机内部。

电机制动时，制动齿盘发热会对轴承内外圈的温差有附加影响，在轴承选型时需要计算电机在制动工况球轴承内外圈的温差。

6 试验结果

根据IEC 60349-2：2010电力牵引-轨道机车车辆与公路车辆用旋转电动机-第2部分：电子变流器供电交流电动机的要求完成了型式试验，在室温条件下，电机定子绕组端部平均温升104K，传动端轴承温度92℃，制动端轴承温度89℃。

同时电机完成了主机厂内线路的运行试验，各项指标均满足整车的要求。

7 结语

对悬挂式空中列车用牵引电机的性能和整体结构做了阐述，详细介绍了该电机的整体结构和电机设计要点。通过电机温升、特性试验等研究性试验，充分掌控电机的运行性能，同时在整车上进行了联调试验，证明了该电机的可靠性。该项目的研制成功，证明了公司具备悬挂式空中列车用倾斜式安装牵引电机的设计与制造能力。