新型跨座式單軌車輛永磁同步牽引電動機研究

翁萍

（中車株洲電機有限公司，湖南株洲412001）

新型跨座式單軌車輛永磁同步牽引電動機研究

翁萍

（中車株洲電機有限公司，湖南株洲412001）

介紹了新型跨坐式單軌車輛用75kW變頻調速永磁同步牽引電動機的基本結構、技術參數和特性，并結合本電機結構特點闡述了電機的設計難點及解決方案。

永磁電動機；結構；跨座式單軌

目前，跨坐式單軌車在日本、韓國、馬來西亞、新加坡、泰國、美國、德國、俄羅斯、巴西、澳大利亞等國家已陸續應用。國內跨坐式單軌車主要用于重慶，車型單一，驅動電機為異步牽引電動機。為適應運量小的場合對跨座式單軌車輛的需求，基于綠色、節能、環保的原則，重慶長客軌道車輛有限公司研制了一輛小單軌車輛，驅動電機為文章所介紹的新型變頻調速永磁同步牽引電動機。

1 主要技術參數

主要技術參數如表1所示。

表1 主要技術參數

2 結構

該電機是一款專門為新型跨坐式單軌車輛輪邊驅動方式開發的扁平結構的水冷電機，適用于小型單軌等車輛的輪邊驅動結構。該電機采用滾動軸承的架懸式橫向安裝，每列2編組單軌車輛由6臺該電機驅動。電機由定子、轉子、端蓋和軸承等部件組成。該電機定子主要由機座、鐵芯、定子線圈等部件組成，電機采用水冷機座結構，具有結構可靠、散熱效率高等特點。該電機鐵心采用優質冷軋硅鋼片疊壓而成，該硅鋼片絕緣性能強，導磁性能好，鐵磁損耗小。定子繞組匝間絕緣采用耐電暈薄膜，主絕緣采用交叉疊包的玻璃布補強有機硅云母帶和亞胺薄膜，帶繞組定子鐵芯整體真空壓力浸有機硅漆，具有良好的電氣性能以及防潮、防霉、耐振、壽命長、可靠性高等特點。電機轉子主要由轉子鐵芯、永磁體、壓圈、轉軸等部件組成。采用高性能的永磁材料，具有啟動轉矩大、體積小、重量輕、噪音低、抗失磁能力強、高效范圍寬、功率密度大等特點。電機轉軸采用鍛造的優質合金鋼材料,具有較高的機械強度、抗疲勞性能和耐沖擊性能。采用高品質的絕緣軸承，能有效地防止電流腐蝕，運行可靠。軸承采用潤滑脂潤滑，并具有補充潤滑脂的功能，確保軸承安全運行。軸承密封采用無接觸式迷宮結構。軸承計算壽命不少于200萬km。在定子鐵芯齒中安裝有溫度傳感器,用于監控定子繞組溫度,保證電機的安全運行。永磁電機的轉子位置、轉速測量、轉向確定是由裝在電機傳動端的磁阻式旋轉變壓器完成的。旋轉變壓器的勵磁繞組和輸出繞組放在同一套定子槽內，兩相繞組的輸出信號，是隨轉角作正弦變化、彼此相差90°電角度的電信號，由此來判斷電機轉子位置、轉速和電機轉向，以便對電機進行控制。電機采用全封閉水冷結構設計，冷卻液為水、乙二醇混合液。電機設計使用壽命為30年。

3 特性

（1）牽引特性（DC1500V）。列車在半磨耗輪徑、超員載荷（AW3）負載下，額定網壓DC1500V，干燥的平直道條件下：恒轉矩特性：679.6N·m@0～1195r/min；恒功率特性：85kW@1195～1872r/min；自然特性：1872～3187r/min。

（2）制動特性（DC1500V）。列車在半磨耗輪徑、超員載荷（AW3）負載下，額定網壓DC1500V，干燥的平直道條件下：自然特性：3187～2390r/min；恒轉矩特性：695.2N·m@2390～199 r/min。

4 電機設計主要難點及解決方案

（1）電機設計主要難點。電機為扁平結構，定子繞組端部空間小。

（2）解決方案。此永磁電機為3相疊繞組電機，極槽配合為12極72槽，繞組接法Y，3線制，整數槽，節距5，繞組并聯支路數1路，電機繞組聯線原理圖如圖1所示。

圖1 繞組接線原理圖

由于本電機為扁平式結構，繞組出線、并頭空間緊張，根據繞組引線、出線和聯線特點，將繞組聯線分成兩組（如圖2、圖3所示），并把兩組繞組聯線分布在線圈鼻部外側和內側，與常規聯線方式不同的是，這種聯線方式占用軸向空間極少，非常適用于扁平式電機結構。

圖2 下層邊引線聯線

圖3 上層邊引線聯線

（3）解決方案推廣及注意事項。通過對不同極數和并聯支路數繞組的分析，圖4中列出了能應用這種特殊聯線方式的組合。

圖4 特殊繞組聯線不同極數和并聯支路數繞組組合

這種特殊聯線方式在應用的過程中需要注意以下三點：①聯線時注意保證聯線彎曲角度不能太小，否則在電機運行的過程中容易造成引線斷裂；②聯線時盡量應用引線本線進行聯線，減少徑向空間的浪費；③這種聯線方式應用在多槽結構中時，引線出線空間進行，需注意加強引線和線圈鼻部之間的絕緣。

5 結語

75kW變頻調速永磁同步牽引電動機經過結構的合理設計，不僅滿足新型跨座式單軌轉向架的結構需要，并通過了型式試驗，本電機符合了IEC60349-4標準的要求。

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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，助理工程師，主要研究方向：永磁電機設計。