[发明专利]敞开式定子轴向磁通电动机

说明书

发明领域

本发明涉及一种电动机，具体地，本发明涉及一种敞开式定子轴向磁通(OSAF)的电动机。

对本发明将通过例子的方式借助电动机的优选应用或使用来描述。该优选的应用或使用是利用本发明的电动机作为牵引电动机用来驱动铁道动车转向架。应该理解，这仅是以例子的方式，而本发明的电动机还可具有另外的应用及用于另外的目的。

本发明的背景

现时用于铁道动车转向架的牵引电动机典型地为三相异步电动机，根据具体使用的牵引系统，它由供给约750至2000VAC三相AC电压的可控逆变器桥供电。

这种牵引电动机具有一个定子及一个转子且转子工作在相当高的速度上。

电子变流器/逆变器(例如脉宽调制的)被用于产生可调频的电子牵引三相电源，以对电动机供电及控制。该电动机是典型的鼠笼式电动机。为了利用在传统三相电机高转速时的高转矩特性，必需使用高速。

对于重型工作、造船及牵引应用，超过4000rpm及高至6500rpm的高电动机速度需要用专门的轴承设计及润滑维护。现实的情况是短的轴承寿命及轴承润滑的短维护周期。

高的电动机速度需要有昂贵的传动系统及齿轮箱结构。更换传动系统的一个部件，例如轮子或轨道牵引系统中的电动机是非常耗时及费力的。

牵引电动机的结构是这样的，即没有定子外壳或壳体，而定子的叠片形成了电动机壳体。一次严重的转子事故或定子绕组故障将需要完全更换电动机。

本发明的概述

本发明的目的是提供一种改进的用于传动系统的电动机，例如用于铁道动车转向架的牵引电机。

根据本发明的一个方面提供了一种敞开式定子轴向磁通的电动机，

一个敞开或定子，包括两个隔开的绝缘支板，各支板具有一个从每支板的一周边延伸到其内部位置的槽，具有磁极构件的多个极延伸在支板之间并固定在支板上，磁极构件是由导磁材料制作的并沿支板上的圆形路径布置，定子相应于至少某些磁极构件或具有分布绕组或具有凸极绕组并在支板的槽区域中的相邻磁极之间敞口；

一个转子，具有一个可放置在槽中并伸出槽及相对支板直角地延伸的轴，两个在轴上隔开的盘，所述各盘位于所述轴上及定子每侧上，每个盘由导磁材料构成并或具有导电材料的内表面或具有提供转子绕组的导电路径的内表面，轴被支承着以便相对定子转动。

构成转子一部分的轴最好由非导磁材料作成。以此方式可使从一个转子盘到另一转子盘的漏磁通路径减至最少，并使磁路保持在盘及定子极的范围内。利用这种轴材料的选择可减小边缘磁通散射及损耗。在一个实施例中，轴是由奥氏体不锈钢制成的一尽管也可使用另外的非导磁材料一例如特别优选的是相对介电常数约为1.03的奥氏体不锈钢。

如已述的，转子盘可具有内导电层或具有能提供导电通路以形成转子绕组的内表面。一种特别优选的导电层可以通过在导磁材料的每个盘上设置位于盘内表面上的铜片形成。这些盘可由铸钢作成及铜层具有的厚度在1至6mm之间一虽然也不排除另外合适的厚度。铜层可用任何合适方式固定到位，例如用银焊或T.I.G焊(钨极惰性气体保护焊)，或事实上该层本身可使用螺线式的连续T.I.G焊接并随后对焊层机加工形成平表面来制造。

虽然上述的导电层被指定为铜，但也可使用另外的导电材料，例如铝。

作为在转子盘内表面上设置导电材料层来形成转子绕组的一种替换，可采用以下的结构。盘的内表面上可设置导电材料作的径向内导电短路环及径向外导电短路环，并具有基本上径向地延伸在两短路环之间的导电条。这样一种构型可被看作在功能与用途上类似于在典型的鼠笼式感应电机中使用的鼠笼转子结构。如果需要，径向延伸的导电条可严格地在盘的径向上延伸或与径向成斜交以便在使用中减小转矩的波动。

如前所述，敞开式定子具有设置了具有分布绕组或凸极绕组的磁极构件的磁极。本发明的电动机可具有作为最小数目的三个极相组一虽然更多数目也在优选之列。所采用的极相组的数目可以是偶数或奇数。“敞开式定子”的措词是指在极布置所绕的圆形路径的一个扇区中没有磁极。这一事实与在每个磁极支板中设置槽结构一起，可使转子轴被接收并位于设在支板中的槽内及在电动机工作期间位于敞开的扇区中。类似地，转子易于和定子相分离并当需要时可容易地从定子中取出。

最好设有多于三极相组。在一个实施例中，优选了一个六极电动机一虽然七极电动机是特别有利的。