[发明专利]用于车辆和铁路车辆的电动机

说明书

相关专利申请的交叉引用

本申请基于2013年6月27日提交的日本专利申请第2013-135502号并且要求其优先权，该申请的全部内容通过引用的方式并入本申请中。

技术领域

本发明描述的实施例涉及一种用于车辆和铁路车辆的电动机。

背景技术

根据典型的铁路车辆，车辆的行驶(运动)是通过旋转力实现的，旋转力是从附接到设置在车体的底板下方的转向架的主电动机(以下简称为“电动机”)产生的，并且通过接头(耦接头)和齿轮机构(齿轮箱)传递到转向架的车轮。

现有技术中的这种类型的电动机主要由感应电动机构成，这种感应电动机包括设置有旋转铁芯的笼型转子、嵌入旋转铁芯中的多个转子条以及短路环，该短路环连接在转子轴的轴向上从旋转铁芯突出的各转子条的延伸部分并且与延伸部分结合成一个电气主体。

感应电动机通常具有所谓的全封闭结构，这种结构使包含转子条、构成定子的线圈和其他电气零件的电动机内部与外部空气分隔开。这种结构采用本领域中已知的这样一种用于电动机的冷却系统，这种冷却系统不是通过引入外部空气到电动机中而是通过外部空气的空气流动来实现冷却，由与转子轴一起转动的两个风扇来引起该流动，而不需要引入外部空气到全封闭结构的外壳内的电气配合和磁性配合的电动机部件。

例如，现有技术中的感应电动机包括两个风扇：一个风扇位于用于支撑旋转铁芯的铁芯支撑构件与用于以使得转子轴能够自由旋转的方式支撑转子轴的两端的一对轴承之一之间；并且另一个风扇位于铁芯支撑构件与另一个轴承之间。每个风扇包括在轴向上面向外部几乎径向设置在风扇表面的多个叶轮。每个风扇的外周缘与使电动机内部和外侧分开的外壳相对，在风扇的边缘与外壳之间存在极小间隙，迷宫式密封结构形成在该间隙中。根据如此构造的感应电动机，旋转区域和静止区域被分隔开，从而构成如上所述的所谓的全封闭结构，其中电动机的内部部件与外部空气分开。

每个外壳的一部分在轴向上盖在风扇上，并且因此在轴向上覆盖风扇。外壳的这部分形成在内部、完全密封的外壳、电动机的部分的上方的护罩，从而在护罩与密封的外壳之间形成冷却通道。空气入口端口形成在盖在风扇上的外壳的一部分上，该部分在电动机的驱动侧的轴承附近形成入口端口，进而允许外部空气在冷却通道内流过并且冷却轴承以及与轴承相邻的定子的一侧。这种空气入口端口通过形成在外壳内的空气通道与空气通道连通以冷却定子，该空气通道在轴向上延伸穿过定子的定子铁芯。

空气入口端口和空气出口端口进一步形成在外壳中，该外壳覆盖另一个轴承侧的风扇的轴向外侧部分。再者，外壳的一部分形成与电动机的密封壳体间隔开的护罩，从而在两者之间形成冷却通道/空气通道。入口端口和出口端口形成为位于另一个轴承附近的护罩的开口。

当如此构造的感应电动机的转子轴旋转时，风扇相应地旋转。因此，形成在风扇上的叶轮产生的吸力使外部空气穿过空气入口端口而被引入。然后，在一个轴承侧，经由空气入口端口引入的外部空气作为冷却空气顺序地流过外壳内的空气通道以及定子铁芯内的空气通道，然后穿过出口流出。在此过程期间，可以同时实现一个轴承的冷却、线圈经由定子铁芯的冷却以及转子条经由风扇、铁芯支撑构件和转子铁芯的冷却。

在另一个轴承侧，通过空气入口端口引入的外部空气作为冷却空气朝着空气出口端口流动，然后流出以便排出。在此过程期间，可以同时实现另一个轴承的冷却以及转子条经由风扇、铁芯支撑构件和转子铁芯的冷却。

通过使用风扇冷却各部件的结构在引入并利用外部空气作为冷却空气之后，经由空气通道或空气出口端口排出外部空气到外壳的外部，并且因此在此过程中产生噪声。当车辆速度增大时，电动机的转数增大，在这种情况下容易产生噪声。具体地讲，在轴向上与耦接头相反的一侧的另一个轴承侧的用于风扇的空气出口端口位于相应的风扇附近，即，叶轮通过排出端口直接暴露于外部环境。在这种情况下，叶轮旋转产生的风噪声以大体上扇形形状直接扩散的方式经由空气出口端口传到外面，换句话讲，沿着形成在叶轮视线边缘的锥形形状穿过排出开口。反之，从电动机的驱动侧穿过电动机并在电动机的非驱动侧排出的空气远离风扇。因此，当风扇高速旋转时，噪声的产生往往容易增大。

有几种方法被认为是减小从设置在另一个轴承侧(非驱动侧)的风扇产生的噪声的可行方案，例如，包括减小空气出口端口的开口面积的结构，以及将空气出口端口放置成远离叶轮以便减小噪声的扩散角度的结构。然而，根据这些方法，气流量受到限制并且因此减小，在这种情况下难以提供充足的冷却效果。