專利名稱：鐵路轉(zhuǎn)轍機用兩相交流電動機的制作方法
技術領域：
本實用新型屬于兩相交流電動機，尤其是涉及鐵路ZD6型轉(zhuǎn)轍機用的兩相交流電動機。
背景技術：
鐵路轉(zhuǎn)轍機是用于改變和保持鐵路道岔位置的專用電動設備，其中的一個重要組成部分是電動機，它是用來驅(qū)動轉(zhuǎn)轍機內(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)轍機是自20世紀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)轍機一直在實行優(yōu)化改進，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)轍機在上世紀90年代初，在國內(nèi)鐵路道岔上的使用覆蓋率高達96％。然而，自上世紀末開始，由于我國鐵路運輸大面積提速，ZD6型轉(zhuǎn)轍機顯露出了一些弱點，主要原因是其內(nèi)部所配置的原動機均為直流電動機。而這種電機的轉(zhuǎn)子繞組和換向器經(jīng)常會出現(xiàn)故障，需要停機修換；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)轍機及其電機進行手工清除。這些情況在繁忙的現(xiàn)代化鐵路運輸線上，勢必會影響到列車的正常運營。為克服這種不足，近幾年來，我國鐵路也進行了技術改造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電動機來取代上述直流電動機。但是，當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(即電容運轉(zhuǎn)式)作為該轉(zhuǎn)轍機的原動機，但是為了達到原來直流電動機的出力，電機的電流必然較大，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)轍機技術(如圖1所示)的直流電動機I在道岔控制電路中，是由220V的直流電源(正負兩根線)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S來改變轉(zhuǎn)向，經(jīng)過地下電纜(共三根)導線，到達電動機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，由另一地下電纜導線返回電源負極。當開關S1與1號引線端位置連接時，如上所述，正極電流由1號引線端進入電動機I，使轉(zhuǎn)子朝一個方向旋轉(zhuǎn)，用來扳動道岔；當開關S1與2號引線端位置連接時，正極電流由2號端子進入電動機I，則使轉(zhuǎn)子及道岔向相反方向運動。這里存在的問題是每扳動一次道岔，電動機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I的性能和質(zhì)量變差、故障增加。于是，為了保持電動機I正常工作，就需要不定期的以手工對碳刷處進行清潔處理。甚至要更換電動機I，這些對用戶來說都感到很不滿意。
為了改進上述缺陷，當前，在道岔控制電路中(如圖2)，推行了以三相交流電動機II替換直流電動機I的技改措施。由于這種電動機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(因為有三相)，而且還在每根供電端(U、V、W)處增添了被稱為斷相保護器的線圈。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II單相供電，這樣很可能要損壞電動機。另外為了使三相交流電動機II的轉(zhuǎn)子能作改變旋轉(zhuǎn)方向，電動機II的供電電源應能改變相序。實踐證明，當前的技改措施，除已知的轉(zhuǎn)子不帶漆包線和碳刷優(yōu)點外，但卻導致了電源屏、保護器、繼電器甚至導線的增設，從而增加了較高的經(jīng)費投入。
另外，中國專利(專利號02205572.X)，提出了鐵路轉(zhuǎn)轍機使用單相電容交流電動機的方案(如圖3所示)。盡管該電動機的轉(zhuǎn)子上不帶漆包線和碳刷、也無需增加地下電纜線數(shù)、電動機的安裝尺寸可保持不變等優(yōu)點，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)磁場使電動機啟動和運行。而電容器本身的存在將使制造成本增加。2.因為單相交流電容運轉(zhuǎn)電動機采用了電容移相，若啟動時為圓形旋轉(zhuǎn)磁場，則由電機理論知在電動機運行時必然是橢圓形旋轉(zhuǎn)磁場，運行性能較差；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，才能滿足目前直流電動機的性能，但這種電動機內(nèi)部還要增設離心開關等，又降低了可靠性。4.從電機設計觀點，電容運轉(zhuǎn)電動機的電流要超過直流電動機時的值，為達到直流電機的性能，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
本實用新型所要解決的技術方案是提供一種鐵路轉(zhuǎn)轍機用兩相交流電動機，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)轍機的道岔上被用來直接替換該轉(zhuǎn)轍機內(nèi)部現(xiàn)有的直流電動機，無需增設配套器材，無需增鋪電纜，因而既免除了在鐵路道岔旁對電動機手工維修和干擾列車運營，又節(jié)省了鐵路建設資金。目的是設計一種供鐵路轉(zhuǎn)轍機配套使用的新型結(jié)構(gòu)交流電動機，以克服目前的鐵路轉(zhuǎn)轍機配套電動機的缺點，新設計的兩相交流電動機可以在現(xiàn)有的鐵路轉(zhuǎn)轍機上安裝使用。
本實用新型的技術方案是一種鐵路轉(zhuǎn)轍機用兩相交流電動機，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。
本實用新型的另一特點是，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。
本實用新型與現(xiàn)有技術相比具有如下優(yōu)點
1)交流電動機本身具有結(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。
2)由于該電動機定子磁場無論是啟動時或是運行時均為圓形旋轉(zhuǎn)磁場，則其關鍵技術性能指標均可達到或超過直流電動機時的指標規(guī)定。電動機的兩相繞組引線端的編號(1、2、3)與ZD6型轉(zhuǎn)轍機內(nèi)部現(xiàn)有的直流電動機相一致，故該電動機可直接替換直流電動機。
3)本實用新型是轉(zhuǎn)子不帶漆包線和碳刷的兩相交流電動機，可以被用來直接替換該轉(zhuǎn)轍機內(nèi)部現(xiàn)有的直流電動機，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的情況。也省去了對現(xiàn)有總數(shù)達20多萬個的碳刷進行手工清除的工作，還消除了對列車正常運營的干擾。
4)與現(xiàn)有轉(zhuǎn)轍機受控電路基本相同，只是靠電源端使用了價錢便宜的隔離開關，無需增鋪電纜，也不需電容器和電力電子整流設備，因而可大大節(jié)約鐵路建設資金。
圖1為現(xiàn)有技術ZD6型轉(zhuǎn)轍機的直流電動機電路示意圖；圖2為現(xiàn)有技術ZD6型轉(zhuǎn)轍機的三相交流電動機電路示意圖；圖3為ZD6型轉(zhuǎn)轍機的單相(電容)交流電動機電路(現(xiàn)尚未使用)示意圖；圖4為本實用新型鐵路轉(zhuǎn)轍機用兩相(非對稱繞組)交流電動機電路示意圖；圖5為本實用新型鐵路轉(zhuǎn)轍機用兩相(對稱繞組)交流電動機電路示意圖；圖6為本實用新型鐵路轉(zhuǎn)轍機用兩相交流電動機主視圖；圖7為本實用新型鐵路轉(zhuǎn)轍機用兩相交流電動機左視圖。
具體實施方式
以下結(jié)合附圖和實施例對本實用新型作具體說明。
鐵路ZD6型轉(zhuǎn)轍機的原動機采用兩相交流電動機III，如圖4(非對稱繞組)或圖5(對稱繞組)所示，該電動機定子上有兩相繞組，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，三根導線(1號、2號和3號)，轉(zhuǎn)換開關S是為了實現(xiàn)電動機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III的主要外形設計尺寸以及裝配尺寸。其中圖6為該兩相交流電動機III的主視圖，其中標號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相同，其機體外徑及軸伸直徑也保持與原直流電動機相等，其受控電路形式與原替換直流電動機一致，技術性能指標超過原替換直流電動機。所述的兩相交流電動機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特殊或緊急情況下(例如下雪結(jié)冰時)提高電動機的轉(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III的額定轉(zhuǎn)速被設計成2800rpm。
該電動機的安裝尺寸及電機部分參數(shù)限制如下機體外徑及軸伸直徑(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)轍機用兩相交流電動機，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)轍機用兩相交流電動機，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。
專利摘要本實用新型公開了一種鐵路轉(zhuǎn)轍機用兩相交流電動機，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。而且所述的電動機安裝尺寸均與原有直流電動機相一致。其優(yōu)點是(1)轉(zhuǎn)子不帶漆包線和碳刷；(2)可以改變鐵路轉(zhuǎn)轍機的輸出轉(zhuǎn)矩；(3)可以直接替換原有直流電動機，而且與現(xiàn)有轉(zhuǎn)轍機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備，可以節(jié)約鐵路建設資金?？傊?，減少或消除了對列車正常運營的干擾，適應了鐵路運輸不斷提速的發(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