用于車輛和鐵路車輛的電動(dòng)機(jī)的制作方法
【專利說(shuō)明】用于車輛和鐵路車輛的電動(dòng)機(jī)
[0001]相關(guān)專利申請(qǐng)的交叉引用
[0002]本申請(qǐng)基于2013年6月27日提交的日本專利申請(qǐng)第2013-135502號(hào)并且要求其優(yōu)先權(quán)，該申請(qǐng)的全部?jī)?nèi)容通過(guò)弓I用的方式并入本申請(qǐng)中。
技術(shù)領(lǐng)域
[0003]本發(fā)明描述的實(shí)施例涉及一種用于車輛和鐵路車輛的電動(dòng)機(jī)。
【背景技術(shù)】
[0004]根據(jù)典型的鐵路車輛，車輛的行駛(運(yùn)動(dòng))是通過(guò)旋轉(zhuǎn)力實(shí)現(xiàn)的，旋轉(zhuǎn)力是從附接到設(shè)置在車體的底板下方的轉(zhuǎn)向架的主電動(dòng)機(jī)(以下簡(jiǎn)稱為“電動(dòng)機(jī)”)產(chǎn)生的，并且通過(guò)接頭(耦接頭)和齒輪機(jī)構(gòu)(齒輪箱)傳遞到轉(zhuǎn)向架的車輪。
[0005]現(xiàn)有技術(shù)中的這種類型的電動(dòng)機(jī)主要由感應(yīng)電動(dòng)機(jī)構(gòu)成，這種感應(yīng)電動(dòng)機(jī)包括設(shè)置有旋轉(zhuǎn)鐵芯的籠型轉(zhuǎn)子、嵌入旋轉(zhuǎn)鐵芯中的多個(gè)轉(zhuǎn)子條以及短路環(huán)，該短路環(huán)連接在轉(zhuǎn)子軸的軸向上從旋轉(zhuǎn)鐵芯突出的各轉(zhuǎn)子條的延伸部分并且與延伸部分結(jié)合成一個(gè)電氣主體。
[0006]感應(yīng)電動(dòng)機(jī)通常具有所謂的全封閉結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)使包含轉(zhuǎn)子條、構(gòu)成定子的線圈和其他電氣零件的電動(dòng)機(jī)內(nèi)部與外部空氣分隔開(kāi)。這種結(jié)構(gòu)采用本領(lǐng)域中已知的這樣一種用于電動(dòng)機(jī)的冷卻系統(tǒng)，這種冷卻系統(tǒng)不是通過(guò)引入外部空氣到電動(dòng)機(jī)中而是通過(guò)外部空氣的空氣流動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)冷卻，由與轉(zhuǎn)子軸一起轉(zhuǎn)動(dòng)的兩個(gè)風(fēng)扇來(lái)引起該流動(dòng)，而不需要引入外部空氣到全封閉結(jié)構(gòu)的外殼內(nèi)的電氣配合和磁性配合的電動(dòng)機(jī)部件。
[0007]例如，現(xiàn)有技術(shù)中的感應(yīng)電動(dòng)機(jī)包括兩個(gè)風(fēng)扇:一個(gè)風(fēng)扇位于用于支撐旋轉(zhuǎn)鐵芯的鐵芯支撐構(gòu)件與用于以使得轉(zhuǎn)子軸能夠自由旋轉(zhuǎn)的方式支撐轉(zhuǎn)子軸的兩端的一對(duì)軸承之一之間；并且另一個(gè)風(fēng)扇位于鐵芯支撐構(gòu)件與另一個(gè)軸承之間。每個(gè)風(fēng)扇包括在軸向上面向外部幾乎徑向設(shè)置在風(fēng)扇表面的多個(gè)葉輪。每個(gè)風(fēng)扇的外周緣與使電動(dòng)機(jī)內(nèi)部和外側(cè)分開(kāi)的外殼相對(duì)，在風(fēng)扇的邊緣與外殼之間存在極小間隙，迷宮式密封結(jié)構(gòu)形成在該間隙中。根據(jù)如此構(gòu)造的感應(yīng)電動(dòng)機(jī)，旋轉(zhuǎn)區(qū)域和靜止區(qū)域被分隔開(kāi)，從而構(gòu)成如上所述的所謂的全封閉結(jié)構(gòu)，其中電動(dòng)機(jī)的內(nèi)部部件與外部空氣分開(kāi)。
[0008]每個(gè)外殼的一部分在軸向上蓋在風(fēng)扇上，并且因此在軸向上覆蓋風(fēng)扇。外殼的這部分形成在內(nèi)部、完全密封的外殼、電動(dòng)機(jī)的部分的上方的護(hù)罩，從而在護(hù)罩與密封的外殼之間形成冷卻通道。空氣入口端口形成在蓋在風(fēng)扇上的外殼的一部分上，該部分在電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)側(cè)的軸承附近形成入口端口，進(jìn)而允許外部空氣在冷卻通道內(nèi)流過(guò)并且冷卻軸承以及與軸承相鄰的定子的一側(cè)。這種空氣入口端口通過(guò)形成在外殼內(nèi)的空氣通道與空氣通道連通以冷卻定子，該空氣通道在軸向上延伸穿過(guò)定子的定子鐵芯。
[0009]空氣入口端口和空氣出口端口進(jìn)一步形成在外殼中，該外殼覆蓋另一個(gè)軸承側(cè)的風(fēng)扇的軸向外側(cè)部分。再者，外殼的一部分形成與電動(dòng)機(jī)的密封殼體間隔開(kāi)的護(hù)罩，從而在兩者之間形成冷卻通道/空氣通道。入口端口和出口端口形成為位于另一個(gè)軸承附近的護(hù)罩的開(kāi)口。
[0010]當(dāng)如此構(gòu)造的感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子軸旋轉(zhuǎn)時(shí)，風(fēng)扇相應(yīng)地旋轉(zhuǎn)。因此，形成在風(fēng)扇上的葉輪產(chǎn)生的吸力使外部空氣穿過(guò)空氣入口端口而被引入。然后，在一個(gè)軸承側(cè)，經(jīng)由空氣入口端口引入的外部空氣作為冷卻空氣順序地流過(guò)外殼內(nèi)的空氣通道以及定子鐵芯內(nèi)的空氣通道，然后穿過(guò)出口流出。在此過(guò)程期間，可以同時(shí)實(shí)現(xiàn)一個(gè)軸承的冷卻、線圈經(jīng)由定子鐵芯的冷卻以及轉(zhuǎn)子條經(jīng)由風(fēng)扇、鐵芯支撐構(gòu)件和轉(zhuǎn)子鐵芯的冷卻。
[0011 ] 在另一個(gè)軸承側(cè)，通過(guò)空氣入口端口引入的外部空氣作為冷卻空氣朝著空氣出口端口流動(dòng)，然后流出以便排出。在此過(guò)程期間，可以同時(shí)實(shí)現(xiàn)另一個(gè)軸承的冷卻以及轉(zhuǎn)子條經(jīng)由風(fēng)扇、鐵芯支撐構(gòu)件和轉(zhuǎn)子鐵芯的冷卻。
[0012]通過(guò)使用風(fēng)扇冷卻各部件的結(jié)構(gòu)在引入并利用外部空氣作為冷卻空氣之后，經(jīng)由空氣通道或空氣出口端口排出外部空氣到外殼的外部，并且因此在此過(guò)程中產(chǎn)生噪聲。當(dāng)車輛速度增大時(shí)，電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)數(shù)增大，在這種情況下容易產(chǎn)生噪聲。具體地講，在軸向上與耦接頭相反的一側(cè)的另一個(gè)軸承側(cè)的用于風(fēng)扇的空氣出口端口位于相應(yīng)的風(fēng)扇附近，即，葉輪通過(guò)排出端口直接暴露于外部環(huán)境。在這種情況下，葉輪旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的風(fēng)噪聲以大體上扇形形狀直接擴(kuò)散的方式經(jīng)由空氣出口端口傳到外面，換句話講，沿著形成在葉輪視線邊緣的錐形形狀穿過(guò)排出開(kāi)口。反之，從電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)側(cè)穿過(guò)電動(dòng)機(jī)并在電動(dòng)機(jī)的非驅(qū)動(dòng)側(cè)排出的空氣遠(yuǎn)離風(fēng)扇。因此，當(dāng)風(fēng)扇高速旋轉(zhuǎn)時(shí)，噪聲的產(chǎn)生往往容易增大。
[0013]有幾種方法被認(rèn)為是減小從設(shè)置在另一個(gè)軸承側(cè)(非驅(qū)動(dòng)側(cè))的風(fēng)扇產(chǎn)生的噪聲的可行方案，例如，包括減小空氣出口端口的開(kāi)口面積的結(jié)構(gòu)，以及將空氣出口端口放置成遠(yuǎn)離葉輪以便減小噪聲的擴(kuò)散角度的結(jié)構(gòu)。然而，根據(jù)這些方法，氣流量受到限制并且因此減小，在這種情況下難以提供充足的冷卻效果。
[0014]特別是，在將空氣出口端口放置為遠(yuǎn)離葉輪的結(jié)構(gòu)的情況下，例如，引導(dǎo)件形成為以這樣一種方式突出的部分，這種方式為在電動(dòng)機(jī)的軸向上從殼體延伸到外部的方式。在這種情況下，如果冷卻空氣的通道長(zhǎng)度變得足夠長(zhǎng)，空氣出口端口可以設(shè)置成遠(yuǎn)離葉輪。然而，根據(jù)這種結(jié)構(gòu)，難以維持電動(dòng)機(jī)和外殼的包層的大小為事先建立的電動(dòng)機(jī)和外殼的大小，即，火車的轉(zhuǎn)向架中的電動(dòng)機(jī)和外殼可以裝配到的約束空間。
[0015]一般而言，附接到轉(zhuǎn)向架的電動(dòng)機(jī)具有事先確定的嚴(yán)格的尺寸設(shè)計(jì)極限，即，由轉(zhuǎn)向架內(nèi)的可用空間決定，而與電動(dòng)機(jī)的類型無(wú)關(guān)。
[0016]更具體地講，電動(dòng)機(jī)以這樣一種情況附接到轉(zhuǎn)向架上，該情況為轉(zhuǎn)子軸的軸向由車輛的橫向?qū)挾确较驔Q定的情況。根據(jù)這種結(jié)構(gòu)，電動(dòng)機(jī)設(shè)置在相對(duì)的車輪之間的空間中。在這種情況下，至少一個(gè)耦接頭和齒輪箱也設(shè)置在車輪與電動(dòng)機(jī)之間。因此，在車輪之間的有限空間中至少需要將電動(dòng)機(jī)、耦接頭和齒輪箱放置成彼此靠近，對(duì)電動(dòng)機(jī)在軸向上的大小有嚴(yán)格限制。此外，電動(dòng)機(jī)附接在轉(zhuǎn)向架的橫梁與車輛前后方向上的輪軸之間。因此，對(duì)電動(dòng)機(jī)在徑向和寬度方向上的大小也有嚴(yán)格限制。
[0017]因此，需要在上述嚴(yán)格限制的范圍內(nèi)設(shè)計(jì)電動(dòng)機(jī)。特別是，電動(dòng)機(jī)的大小是影響電動(dòng)機(jī)的輸出和性能的重要因素，因此，需要根據(jù)充足的經(jīng)驗(yàn)和各種各樣的技巧來(lái)設(shè)計(jì)電動(dòng)機(jī)。換句話講，設(shè)計(jì)這種電動(dòng)機(jī)必不可少的是在利用能確保最大輸出和性能的技術(shù)的同時(shí)，利用用于改進(jìn)電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)的技巧，以及在不超過(guò)限制的大小的其他技術(shù)。
[0018]然而，當(dāng)引導(dǎo)件如同在以上討論的結(jié)構(gòu)中從殼體延伸時(shí)，電動(dòng)機(jī)的大小將由于延伸的量而增加。在這種情況下，難以在使電動(dòng)機(jī)的大小在預(yù)定的大小限制或約束內(nèi)的同時(shí)，延伸排出端口遠(yuǎn)離風(fēng)扇葉輪以減小噪聲。
【附圖說(shuō)明】
[0019]圖1圖示了根據(jù)第一實(shí)施例的鐵路車輛。
[0020]圖2是設(shè)置在圖1所示的車體底板下方的轉(zhuǎn)向架的俯視圖。
[0021]圖3是沿著圖2的線B-B截取的剖視圖。
[0022]圖4是圖2所示的電動(dòng)機(jī)的垂直剖視圖。
[0023]圖5是從與驅(qū)動(dòng)側(cè)相反的那側(cè)觀察的圖4所示的電動(dòng)機(jī)的部分側(cè)視圖。
[0024]圖6是示出了圖4所示的電動(dòng)機(jī)的排氣通道周圍的放大區(qū)域的放大剖視圖。
[0025]圖7是從與驅(qū)動(dòng)側(cè)相反的那側(cè)觀察的圖6所示的空氣入口端口和排氣通道的側(cè)視圖。
[0026]圖8示意性地示出了圖6所示的排氣通道的入口端口的橫截面區(qū)域與排氣通道的出口端口的橫截面區(qū)域之間的關(guān)系。
[0027]圖9是根據(jù)第二實(shí)施例的電動(dòng)機(jī)的部分剖視圖，示出了排氣通道周圍的放大橫截面。
[0028]圖10是從與驅(qū)動(dòng)側(cè)相反的那側(cè)觀察的圖9所示的空氣入口端口和排氣通道的側(cè)視圖。
[0029]圖11是根據(jù)第三實(shí)施例的電動(dòng)機(jī)的部分剖視圖，示出了排氣通道周圍的放大橫截面。
[0030]圖12是從與驅(qū)動(dòng)側(cè)相反的那側(cè)觀察的圖11所示的空氣入口端口和排氣通道的側(cè)視圖。
[0031]圖13是根據(jù)第四實(shí)施例的電動(dòng)機(jī)的部分剖視圖，示出了排氣通道周圍的放大橫截面。
[0032]圖14是從與驅(qū)動(dòng)側(cè)相反的那側(cè)觀察的圖13所示的空氣入口端口和排氣通道的側(cè)視圖。
[0033]圖15是示出了從與驅(qū)動(dòng)側(cè)相反的那側(cè)觀察的第四實(shí)施例的修改實(shí)例的側(cè)視圖，示出了設(shè)置有肋的排氣通道。
[0034]圖16是根據(jù)第五實(shí)施例的電動(dòng)機(jī)的部分剖視圖，示出了排氣通道周圍的放大橫截面。
[0035]圖17是從與驅(qū)動(dòng)側(cè)相反的那側(cè)觀察的圖16所示的空氣入口端口和排氣通道的側(cè)視圖。
[0036]圖18是根據(jù)第六實(shí)施例的電動(dòng)機(jī)的部分剖視圖，示出了在與驅(qū)動(dòng)側(cè)相反的那側(cè)的放大橫截面。
【具體實(shí)施方式】
[0037]一般來(lái)講，根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，實(shí)施例的各個(gè)實(shí)例所實(shí)現(xiàn)的一個(gè)目的是提供一種電動(dòng)機(jī)，該電動(dòng)機(jī)能夠減小噪聲，同時(shí)能夠在不降低電動(dòng)機(jī)的輸出性能的情況下將電動(dòng)機(jī)的大小限制在事先確定的大小限制范圍內(nèi)。
[0038]根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，鐵路電動(dòng)機(jī)具有驅(qū)動(dòng)側(cè)，電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)軸從驅(qū)動(dòng)側(cè)延伸，并且在鐵路電動(dòng)機(jī)與驅(qū)動(dòng)側(cè)相反的那側(cè)的電動(dòng)機(jī)罩包括入口和出口，其中出口被構(gòu)造成在遠(yuǎn)離電動(dòng)機(jī)的滑架的方向上將排氣以及與風(fēng)扇葉輪相關(guān)的噪聲引導(dǎo)到遠(yuǎn)離風(fēng)扇葉輪的位置。在一個(gè)方面，這通過(guò)以下方式提供:形成電動(dòng)機(jī)的側(cè)面外殼以包括內(nèi)壁和護(hù)罩，使得排氣通道形成在護(hù)罩與外殼體的內(nèi)壁之間；并且形成具有向內(nèi)漸狹的排氣開(kāi)口的排氣口。在這方面，通道可以具有弧形形狀，并且入口通道可以為與其相鄰，也是弧形形狀。入口和排氣口的橫截面可以設(shè)置成大致相等，不管通道從入口到出口側(cè)的漸狹。在另一方面，殼體的外壁或護(hù)罩以及排氣通道開(kāi)口沿著殼體的同一側(cè)不向外延伸超過(guò)殼體的其他部件。另外，風(fēng)扇與通道朝向外部的開(kāi)口之間的視線遠(yuǎn)離火車車廂以引導(dǎo)風(fēng)扇噪聲遠(yuǎn)離車廂。
[0039]根據(jù)另一個(gè)實(shí)施例，一種用于車輛的電動(dòng)機(jī)包括:轉(zhuǎn)子軸，圍繞軸線旋轉(zhuǎn)；轉(zhuǎn)子鐵芯，固定在所述轉(zhuǎn)子軸上；定子鐵芯，在徑向上設(shè)置在所述轉(zhuǎn)子鐵芯外側(cè)；殼體，在其中容納轉(zhuǎn)子鐵芯和定子鐵芯，并且經(jīng)由軸承支撐所述轉(zhuǎn)子軸的兩個(gè)軸向端部的每一個(gè)使得所述轉(zhuǎn)子軸可旋轉(zhuǎn)；空氣入口端口，在徑向上形成在所述軸承外側(cè)的所述殼體的一部分上；以及風(fēng)扇，設(shè)置在所述轉(zhuǎn)子鐵芯與所述軸承之間，并且與所述轉(zhuǎn)子軸一起旋轉(zhuǎn)以引導(dǎo)外部空氣穿過(guò)所述空氣入口端口，其中所述殼體的在所述軸向上位于所述風(fēng)扇的葉輪外側(cè)的一部分形成第一外殼和第二外殼，所述第一外殼和所述第二外殼構(gòu)成排出所述外部空氣的排出通道，所述第一外殼包括在所述徑向上朝著外側(cè)延伸的引導(dǎo)壁，并且所述第二外殼包括薄壁部分，所述薄壁部分的壁厚小于所述第二外殼的其他區(qū)域的壁厚，并且薄壁部分在軸向上位于所述引導(dǎo)壁內(nèi)側(cè)以構(gòu)成在所述薄壁部分與所述引導(dǎo)壁之間的排出通道。
[0040]根據(jù)實(shí)施例的鐵路車輛包括:電動(dòng)機(jī)；以及車體，所述電動(dòng)機(jī)在這樣一種情況下附接到所述車體上，所述情況為所述電動(dòng)機(jī)經(jīng)由轉(zhuǎn)向架保持在所述車體底板下方的情況。[0041 ]