專利名稱：鐵路轉(zhuǎn)轍機(jī)用兩相交流電動機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型屬于兩相交流電動機(jī)，尤其是涉及鐵路ZD6型轉(zhuǎn)轍機(jī)用的兩相交流電動機(jī)。
背景技術(shù)：
鐵路轉(zhuǎn)轍機(jī)是用于改變和保持鐵路道岔位置的專用電動設(shè)備，其中的一個重要組成部分是電動機(jī)，它是用來驅(qū)動轉(zhuǎn)轍機(jī)內(nèi)的減速器、主軸、齒條塊和動作桿等部件以轉(zhuǎn)換鐵道路軌的位置。鐵路ZD6型轉(zhuǎn)轍機(jī)是自20世紀(jì)70年代以來，被廣泛用來在我國鐵路道岔旁以電力扳動道岔的一種電動設(shè)備。為了扳動不同輕重、長短或截面等制式的路軌，ZD6型轉(zhuǎn)轍機(jī)一直在實(shí)行優(yōu)化改進(jìn)，所派生的規(guī)格已由A型順序發(fā)展到B、C、D、E直到J型。ZD6型轉(zhuǎn)轍機(jī)在上世紀(jì)90年代初，在國內(nèi)鐵路道岔上的使用覆蓋率高達(dá)96％。然而，自上世紀(jì)末開始，由于我國鐵路運(yùn)輸大面積提速，ZD6型轉(zhuǎn)轍機(jī)顯露出了一些弱點(diǎn)，主要原因是其內(nèi)部所配置的原動機(jī)均為直流電動機(jī)。而這種電機(jī)的轉(zhuǎn)子繞組和換向器經(jīng)常會出現(xiàn)故障，需要停機(jī)修換；或者是其碳刷因轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)被研磨而產(chǎn)生的碳粉和石墨層，還需要由大批維修人員不定期的到道岔旁，打開轉(zhuǎn)轍機(jī)及其電機(jī)進(jìn)行手工清除。這些情況在繁忙的現(xiàn)代化鐵路運(yùn)輸線上，勢必會影響到列車的正常運(yùn)營。為克服這種不足，近幾年來，我國鐵路也進(jìn)行了技術(shù)改造1.正在一些主干線的道岔上使用一種以轉(zhuǎn)子上既無漆包線又無碳刷的三相鼠籠式感應(yīng)電動機(jī)來取代上述直流電動機(jī)。但是，當(dāng)前在改用這種制式的同時，卻又給各個道岔的供電及電路系統(tǒng)帶來了繁瑣變更，甚至包括為此而增加配套器材和增鋪地下電纜等高額投資。2.也有人(某專利)提出用單相交流電動機(jī)(即電容運(yùn)轉(zhuǎn)式)作為該轉(zhuǎn)轍機(jī)的原動機(jī)，但是為了達(dá)到原來直流電動機(jī)的出力，電機(jī)的電流必然較大，致使原地下電纜也要更換，投資仍然較高。
以下結(jié)合附圖給予具體說明。
現(xiàn)有ZD6型轉(zhuǎn)轍機(jī)技術(shù)(如圖1所示)的直流電動機(jī)I在道岔控制電路中，是由220V的直流電源(正負(fù)兩根線)供電。為了扳動道岔，電流從正極出發(fā)，通過一個轉(zhuǎn)換開關(guān)S來改變轉(zhuǎn)向，經(jīng)過地下電纜(共三根)導(dǎo)線，到達(dá)電動機(jī)I的1號引線端(正轉(zhuǎn))或者2號引線端(反轉(zhuǎn))，再在電動機(jī)I內(nèi)部通過串聯(lián)的勵磁繞組和電樞(即轉(zhuǎn)子)繞組，并經(jīng)兩個電刷和3號引線端，由另一地下電纜導(dǎo)線返回電源負(fù)極。當(dāng)開關(guān)S1與1號引線端位置連接時，如上所述，正極電流由1號引線端進(jìn)入電動機(jī)I，使轉(zhuǎn)子朝一個方向旋轉(zhuǎn)，用來扳動道岔；當(dāng)開關(guān)S1與2號引線端位置連接時，正極電流由2號端子進(jìn)入電動機(jī)I，則使轉(zhuǎn)子及道岔向相反方向運(yùn)動。這里存在的問題是每扳動一次道岔，電動機(jī)I轉(zhuǎn)子上的整流器表面與碳刷之間都要發(fā)生研磨，研磨產(chǎn)生的碳粉和石墨經(jīng)日積月累后，使電動機(jī)I的性能和質(zhì)量變差、故障增加。于是，為了保持電動機(jī)I正常工作，就需要不定期的以手工對碳刷處進(jìn)行清潔處理。甚至要更換電動機(jī)I，這些對用戶來說都感到很不滿意。
為了改進(jìn)上述缺陷，當(dāng)前，在道岔控制電路中(如圖2)，推行了以三相交流電動機(jī)II替換直流電動機(jī)I的技改措施。由于這種電動機(jī)II的轉(zhuǎn)子上不再帶漆包線和碳刷，因而提高了該類電動機(jī)的可靠性。但是，比較圖1和圖2的兩種道岔控制電路，可以看出不但圖2的電源線需增加到交流三根(因?yàn)橛腥?，而且還在每根供電端(U、V、W)處增添了被稱為斷相保護(hù)器的線圈。它是用來避免因任一根電源線斷路時，則會變成由兩根電源線向電動機(jī)II單相供電，這樣很可能要損壞電動機(jī)。另外為了使三相交流電動機(jī)II的轉(zhuǎn)子能作改變旋轉(zhuǎn)方向，電動機(jī)II的供電電源應(yīng)能改變相序。實(shí)踐證明，當(dāng)前的技改措施，除已知的轉(zhuǎn)子不帶漆包線和碳刷優(yōu)點(diǎn)外，但卻導(dǎo)致了電源屏、保護(hù)器、繼電器甚至導(dǎo)線的增設(shè)，從而增加了較高的經(jīng)費(fèi)投入。
另外，中國專利(專利號02205572.X)，提出了鐵路轉(zhuǎn)轍機(jī)使用單相電容交流電動機(jī)的方案(如圖3所示)。盡管該電動機(jī)的轉(zhuǎn)子上不帶漆包線和碳刷、也無需增加地下電纜線數(shù)、電動機(jī)的安裝尺寸可保持不變等優(yōu)點(diǎn)，但存在的問題是1.由于采用電容器使通過主副繞組的電流移相，以便產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場使電動機(jī)啟動和運(yùn)行。而電容器本身的存在將使制造成本增加。2.因?yàn)閱蜗嘟涣麟娙葸\(yùn)轉(zhuǎn)電動機(jī)采用了電容移相，若啟動時為圓形旋轉(zhuǎn)磁場，則由電機(jī)理論知在電動機(jī)運(yùn)行時必然是橢圓形旋轉(zhuǎn)磁場，運(yùn)行性能較差；反之，啟動性能將變壞。3.為解決以上存在的問題，需要采用雙值電容的單相交流電動機(jī)，才能滿足目前直流電動機(jī)的性能，但這種電動機(jī)內(nèi)部還要增設(shè)離心開關(guān)等，又降低了可靠性。4.從電機(jī)設(shè)計觀點(diǎn)，電容運(yùn)轉(zhuǎn)電動機(jī)的電流要超過直流電動機(jī)時的值，為達(dá)到直流電機(jī)的性能，電纜線的電流密度也要增大，這樣將要加粗電纜線，又增加了資金投入。

發(fā)明內(nèi)容
本實(shí)用新型所要解決的技術(shù)方案是提供一種鐵路轉(zhuǎn)轍機(jī)用兩相交流電動機(jī)，它既是轉(zhuǎn)子上不帶漆包線和碳刷，又能夠在鐵路ZD6型轉(zhuǎn)轍機(jī)的道岔上被用來直接替換該轉(zhuǎn)轍機(jī)內(nèi)部現(xiàn)有的直流電動機(jī)，無需增設(shè)配套器材，無需增鋪電纜，因而既免除了在鐵路道岔旁對電動機(jī)手工維修和干擾列車運(yùn)營，又節(jié)省了鐵路建設(shè)資金。目的是設(shè)計一種供鐵路轉(zhuǎn)轍機(jī)配套使用的新型結(jié)構(gòu)交流電動機(jī)，以克服目前的鐵路轉(zhuǎn)轍機(jī)配套電動機(jī)的缺點(diǎn)，新設(shè)計的兩相交流電動機(jī)可以在現(xiàn)有的鐵路轉(zhuǎn)轍機(jī)上安裝使用。
本實(shí)用新型的技術(shù)方案是一種鐵路轉(zhuǎn)轍機(jī)用兩相交流電動機(jī)，由轉(zhuǎn)子和定子兩大部分構(gòu)成，其轉(zhuǎn)子為鼠籠型轉(zhuǎn)子；其特征在于，定子鐵心槽內(nèi)嵌有空間互成90度電角度的兩相正弦繞組。
本實(shí)用新型的另一特點(diǎn)是，直接利用三相電源中的線電壓與相電壓移相成90度相位差，使兩相正弦繞組通入兩相電流時就能夠產(chǎn)生圓形旋轉(zhuǎn)磁場。
本實(shí)用新型與現(xiàn)有技術(shù)相比具有如下優(yōu)點(diǎn)
1)交流電動機(jī)本身具有結(jié)構(gòu)簡單、堅固耐用、成本低廉、性能良好以及維修方便等優(yōu)點(diǎn)。
2)由于該電動機(jī)定子磁場無論是啟動時或是運(yùn)行時均為圓形旋轉(zhuǎn)磁場，則其關(guān)鍵技術(shù)性能指標(biāo)均可達(dá)到或超過直流電動機(jī)時的指標(biāo)規(guī)定。電動機(jī)的兩相繞組引線端的編號(1、2、3)與ZD6型轉(zhuǎn)轍機(jī)內(nèi)部現(xiàn)有的直流電動機(jī)相一致，故該電動機(jī)可直接替換直流電動機(jī)。
3)本實(shí)用新型是轉(zhuǎn)子不帶漆包線和碳刷的兩相交流電動機(jī)，可以被用來直接替換該轉(zhuǎn)轍機(jī)內(nèi)部現(xiàn)有的直流電動機(jī)，完成這種替換后，將可以免除幾十年來在道岔旁對轉(zhuǎn)子損壞時需要更換電動機(jī)的情況。也省去了對現(xiàn)有總數(shù)達(dá)20多萬個的碳刷進(jìn)行手工清除的工作，還消除了對列車正常運(yùn)營的干擾。
4)與現(xiàn)有轉(zhuǎn)轍機(jī)受控電路基本相同，只是靠電源端使用了價錢便宜的隔離開關(guān)，無需增鋪電纜，也不需電容器和電力電子整流設(shè)備，因而可大大節(jié)約鐵路建設(shè)資金。


圖1為現(xiàn)有技術(shù)ZD6型轉(zhuǎn)轍機(jī)的直流電動機(jī)電路示意圖；圖2為現(xiàn)有技術(shù)ZD6型轉(zhuǎn)轍機(jī)的三相交流電動機(jī)電路示意圖；圖3為ZD6型轉(zhuǎn)轍機(jī)的單相(電容)交流電動機(jī)電路(現(xiàn)尚未使用)示意圖；圖4為本實(shí)用新型鐵路轉(zhuǎn)轍機(jī)用兩相(非對稱繞組)交流電動機(jī)電路示意圖；圖5為本實(shí)用新型鐵路轉(zhuǎn)轍機(jī)用兩相(對稱繞組)交流電動機(jī)電路示意圖；圖6為本實(shí)用新型鐵路轉(zhuǎn)轍機(jī)用兩相交流電動機(jī)主視圖；圖7為本實(shí)用新型鐵路轉(zhuǎn)轍機(jī)用兩相交流電動機(jī)左視圖。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖和實(shí)施例對本實(shí)用新型作具體說明。
鐵路ZD6型轉(zhuǎn)轍機(jī)的原動機(jī)采用兩相交流電動機(jī)III，如圖4(非對稱繞組)或圖5(對稱繞組)所示，該電動機(jī)定子上有兩相繞組，轉(zhuǎn)子選用鼠籠型，定子繞組在空間互成90°電角度。利用三相電源中的線電壓與相電壓移相成90度相位差，使兩相正弦繞組通入兩相電流時就能夠產(chǎn)生圓形旋轉(zhuǎn)磁場。BY1和BY2為兩個單相變壓器，三根導(dǎo)線(1號、2號和3號)，轉(zhuǎn)換開關(guān)S是為了實(shí)現(xiàn)電動機(jī)III的正反轉(zhuǎn)以改變鐵路路軌位置。圖6和圖7給出了該兩相交流電動機(jī)III的主要外形設(shè)計尺寸以及裝配尺寸。其中圖6為該兩相交流電動機(jī)III的主視圖，其中標(biāo)號1、2和3為兩相繞組的引出線端子編號；圖7為該兩相交流電動機(jī)III的左視圖，有四個安裝孔。其安裝尺寸及安裝方法均保持與被替換的直流電動機(jī)相同，其機(jī)體外徑及軸伸直徑也保持與原直流電動機(jī)相等，其受控電路形式與原替換直流電動機(jī)一致，技術(shù)性能指標(biāo)超過原替換直流電動機(jī)。所述的兩相交流電動機(jī)III的交流電源，分別取自經(jīng)過兩個(或一個)隔離作用的單相變壓器的兩相輸出交流電源，同時這兩個(或一個)單相變壓器不但起隔離作用以防止短路，而且還可以通過多抽頭來改變電壓以適應(yīng)特殊或緊急情況下(例如下雪結(jié)冰時)提高電動機(jī)的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩。為了在扳道岔時能節(jié)省工作時間，該兩相交流電動機(jī)III的額定轉(zhuǎn)速被設(shè)計成2800rpm。
該電動機(jī)的安裝尺寸及電機(jī)部分參數(shù)限制如下機(jī)體外徑及軸伸直徑(單位為mm)Φ110，Φ10；(見圖6)安裝孔徑及孔距(單位為mm)4孔Φ9，94×94；(見圖7)額定電壓(單位為V)電源兩相引出端380、220；額定電流(單位為A)額定轉(zhuǎn)矩時，不大于2；額定轉(zhuǎn)矩(單位為N.m)不小于0.88。
權(quán)利要求1.一種鐵路轉(zhuǎn)轍機(jī)用兩相交流電動機(jī)，由轉(zhuǎn)子和定子兩大部分構(gòu)成，其轉(zhuǎn)子為鼠籠型轉(zhuǎn)子；其特征在于，定子鐵心槽內(nèi)嵌有空間互成90度電角度的兩相正弦繞組。
2.如權(quán)利要求1所述的鐵路轉(zhuǎn)轍機(jī)用兩相交流電動機(jī)，其特征在于，所述兩相正弦繞組利用三相電源中的線電壓與相電壓移相成90度相位差，通入兩相電流即可產(chǎn)生圓形旋轉(zhuǎn)磁場。
專利摘要本實(shí)用新型公開了一種鐵路轉(zhuǎn)轍機(jī)用兩相交流電動機(jī)，其結(jié)構(gòu)主要由轉(zhuǎn)子和定子兩大部分組成，它的轉(zhuǎn)子為鼠籠型轉(zhuǎn)子，定子繞組由空間互成90°電角度的兩相繞組組成。而且所述的電動機(jī)安裝尺寸均與原有直流電動機(jī)相一致。其優(yōu)點(diǎn)是(1)轉(zhuǎn)子不帶漆包線和碳刷；(2)可以改變鐵路轉(zhuǎn)轍機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩；(3)可以直接替換原有直流電動機(jī)，而且與現(xiàn)有轉(zhuǎn)轍機(jī)受控電路的形式相同；(4)無需增鋪電纜；(5)可省去價格較昂貴的電力電子整流設(shè)備，可以節(jié)約鐵路建設(shè)資金。總之，減少或消除了對列車正常運(yùn)營的干擾，適應(yīng)了鐵路運(yùn)輸不斷提速的發(fā)展需要。
文檔編號H02K3/28GK2686193SQ200420041618
公開日2005年3月16日 申請日期2004年3月4日 優(yōu)先權(quán)日2004年3月4日
發(fā)明者閻治安, 李振偉 申請人:西安交通大學(xué)