懸掛式空中列車用異步牽引電機

陳志華 李 廣 張會青 張 坤

(1.中車株洲電機有限公司，湖南 株洲 412001；2.中車青島四方機車車輛股份有限公司，山東 青島 266000)

圖1 懸掛式空中列車傳動單元示意圖

1 整車技術要求

車輛編組：列車的基本配置為3輛車編組，3輛車均為動車，首尾為帶司機室動車；網壓，DC500～DC900V；最高運行速度，50km/h；平均加速度，≥1.0m/s2；制動減速度，≥1.0m/s2；橡膠輪徑，518mm；傳動比，6.375。

2 電機的牽引制動特性

電機的牽引工況見圖2，制動工況見圖3。

3 電機基本技術參數

類型三相異步電機供電方式VVVF逆變器供電工作方式連續制額定功率54kW額定轉矩155Nm啟動轉矩260Nm額定電流71A額定電壓585V最高工作轉速3325r/min冷卻方式自通風冷卻

4 電機基本結構

電機由定子、轉子、端蓋、軸承、溫度傳感器、速度傳感器等部件組成[3]。電機采用自通風的冷卻方式，電機的進風口設置在非制動端，出風口設置在制動端，在轉軸制動端裝有離心式徑向葉片風扇，電機進風口不裝濾塵器而在非制動端兩側設置簡單的濾塵網，在制動端轉軸上裝有制動齒盤，制動端壓圈上留有制動鉗安裝接口。

圖2 電機牽引工況

圖3 電機制動工況

(1)定子。

電機定子由定子鐵心、定子端板、拉板、定子壓圈、接線盒等組成。定子鐵心采用無機殼結構，即由4塊拉板將定子沖片、定子端板、定子壓圈焊接為一個整體，定子繞組嵌入定子鐵心槽內，然后焊接內部繞組和引出線。帶繞組的定子采用真空壓力浸漆，滿足絕緣等級200級的要求，兩端定子壓圈上設有懸掛，制動端壓圈上設有制動鉗安裝座。

(2)轉子。

轉子鐵心采用高磁導率、低損耗的冷軋電工鋼片疊壓而成，兩端采用轉子壓圈壓緊；壓圈和沖片上開有通風孔，轉子導條采用銅合金材料，轉子外徑小轉速低，不采用端環；轉軸與轉子壓圈采用不導磁的材料，以減少轉子端部和軛部的漏磁。

(3)軸承與潤滑。

在電機的非制動端與制動端裝有軸承，軸承的密封采用非接觸迷宮式密封結構，在兩端的端蓋上設計有添加潤滑脂的油嘴，用于在定期維護保養的時候給軸承添加潤滑脂。

(4)附件。

在電機鐵芯安裝有溫度傳感器，以便對電機定子鐵芯的溫度進行實時地監測，并在控制系統中設置報警值，確保車輛在運行的時候電機處于安全可靠的工作狀態下。在非傳動端壓圈上裝有速度傳感器，用于控制系統實時監測電機的轉速。

5 電機設計要點

由于轉向架結構的限制，考慮到電機的安裝方式、制動齒盤的使用，電機設計階段有以下要點。

電機采用傾斜式安裝方式，為了防止電機轉子發生軸向位移，電機軸承配置中使用球軸承來進行軸向定位，在運行中球軸承會受到持續的軸向載荷，在軸承選型時需要重點考慮球軸承的軸向承載能力和軸承壽命。

傾斜安裝式電機若采用通用的密封結構，可能出現潤滑脂流失嚴重導致軸承潤滑不良的情況，通過對現有的密封結構進行優化設計，選取合適的密封間隙以及增大間隙區域的長度，同時加大儲油槽的容積來防止潤滑脂流失的情況發生。

電機制動側裝有制動夾鉗與制動齒盤，電機制動工況時可能會產生鐵屑影響電機的運行，在進行電機的冷卻結構設計時，在傳動端設置有進風口，制動端轉軸上裝有離心式徑向頁片風扇，制動端設置有出風口，防止制動齒盤產生的鐵屑進入電機內部。

電機制動時，制動齒盤發熱會對軸承內外圈的溫差有附加影響，在軸承選型時需要計算電機在制動工況球軸承內外圈的溫差。

6 試驗結果

根據IEC 60349-2：2010電力牽引-軌道機車車輛與公路車輛用旋轉電動機-第2部分：電子變流器供電交流電動機的要求完成了型式試驗，在室溫條件下，電機定子繞組端部平均溫升104K，傳動端軸承溫度92℃，制動端軸承溫度89℃。

同時電機完成了主機廠內線路的運行試驗，各項指標均滿足整車的要求。

7 結語

對懸掛式空中列車用牽引電機的性能和整體結構做了闡述，詳細介紹了該電機的整體結構和電機設計要點。通過電機溫升、特性試驗等研究性試驗，充分掌控電機的運行性能，同時在整車上進行了聯調試驗，證明了該電機的可靠性。該項目的研制成功，證明了公司具備懸掛式空中列車用傾斜式安裝牽引電機的設計與制造能力。