撰文/黃谷香 譚林 尹琨

■412000 中國中車株洲電力機車研究所有限公司 湖南 株洲

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軌道車輛永磁同步牽引電機裝配技術(shù)研究

撰文/黃谷香 譚林 尹琨

■412000 中國中車株洲電力機車研究所有限公司 湖南 株洲

永磁同步電機裝配裝配優(yōu)選方案，永磁電機雙工位組裝機設(shè)計介紹。關(guān)鍵詞：軌交永磁同步牽引電機；偏吸；轉(zhuǎn)子定位；定子定位；雙工位；自動控制

世界少數(shù)發(fā)達國家將一種新型的永磁同步牽引技術(shù)應用于軌道車輛牽引領(lǐng)域，我國也正起步研究開發(fā)將此技術(shù)應用于軌道車輛牽引系統(tǒng)。新技術(shù)的應用離不開新工藝新裝備的保證，軌交永磁同步牽引電機制造關(guān)鍵技術(shù)之一就是裝配技術(shù)。

軌道車輛永磁同步牽引電機結(jié)構(gòu)工藝分析及裝配技術(shù)關(guān)鍵要點確定

軌道車輛牽引系統(tǒng)應用較普遍的是永磁同步牽引電機，功率大，一般在100KW以上。永磁同步牽引電機結(jié)構(gòu)型式與異步牽引電機比較，最大的區(qū)別在于轉(zhuǎn)子部分，轉(zhuǎn)子導條用永磁體代替了銅鋁導條，由于永磁體的存在，轉(zhuǎn)子是一個強磁體。永磁同步電機組裝在定轉(zhuǎn)子合裝的過程，定子的磁通量發(fā)生改變，定子、轉(zhuǎn)子間產(chǎn)生較大的軸向磁吸力，使電機裝配過程定子、轉(zhuǎn)子相對位置和相對移動速度難以確定，不能用常規(guī)的電機裝配方法來完成永磁電機的裝配。

如何有效控制定子轉(zhuǎn)子相對運動產(chǎn)生的磁引力，保證裝配過程相對位移與相對位移速度可控、操作過程安全平穩(wěn)可靠是永磁同步電機裝配技術(shù)需要解決的關(guān)鍵問題。

永磁同步電機裝配技術(shù)方案設(shè)計研究

a永磁同步電機裝配形式簡介

從裝配形式上分類，普通電機裝配一般分為立式裝配和臥式裝配，永磁同步電機裝配形式一般也可以分為立式裝配和臥式裝配，立式裝配電機軸線與水平面垂直，臥式裝配電機軸線與水平面平行。

b永磁同步電機定轉(zhuǎn)子裝配受力分析

①永磁同步電機定轉(zhuǎn)子立式裝配受力分析

電機組裝定子轉(zhuǎn)子相對運動受力分析示意圖1

永磁同步電機立式裝配時，電機轉(zhuǎn)子軸線垂直于水平面，定子、轉(zhuǎn)子軸向受力分析如下：轉(zhuǎn)子進入定子端部時定子磁通量發(fā)生變化，定子、轉(zhuǎn)子間將產(chǎn)生一定的軸向磁拉力，且方向與轉(zhuǎn)子裝配運動方向相同。定子、轉(zhuǎn)子徑向受力分析如下：如果定子、轉(zhuǎn)子中心重合，定子周向磁通均勻，圓周徑向力平衡。當定子轉(zhuǎn)子中心有誤差發(fā)生偏移時，徑向間隙周邊不相等，定子磁量量的不均勻?qū)е聫较虼爬Σ黄胶?，也就是一種徑向偏吸磁拉力。偏吸磁拉力使定子、轉(zhuǎn)子發(fā)生徑向位移，當定子轉(zhuǎn)子相對間隙越小偏吸磁拉力越大，至到定轉(zhuǎn)子相對運動受阻相互吸附。

W——轉(zhuǎn)子重力

F——定子轉(zhuǎn)子合裝軸向磁拉力

電機組裝轉(zhuǎn)子軸向受力Fz=W+F

電機組裝轉(zhuǎn)子徑向力 Fr=0

②永磁同步電機臥式裝配受力分析

(6)檢測尾氣排放成分：根據(jù)MT 220—90規(guī)定，在檢測尾氣中CO，NOx的濃度時，要測定11種運轉(zhuǎn)工況下的濃度，但我國煤礦企業(yè)目前難以實現(xiàn)11種模擬檢測實驗，目前大多數(shù)煤礦現(xiàn)場還是采用比較單一的工況。因此，根據(jù)實際情況及交管部門關(guān)于柴油車尾氣檢測的經(jīng)驗來看，只以煤礦現(xiàn)場車輛在額定載荷、正常運行的工況條件下作為檢測環(huán)境，根據(jù)其中CO、NOx，煙度值濃度來進行判定實驗，也即是采用尾氣成分檢測儀與BQDC100-8型號機動車流動檢測線檢測無軌膠輪車車輛正常工況下的尾氣成分。

永磁同步電機臥式裝配時，電機軸線平行于水平面，轉(zhuǎn)子重力與電機軸線垂直，定子轉(zhuǎn)子合裝時的軸向磁拉力與電機軸線平行如圖2。

永磁電機臥式裝配受力分析示意圖2

W——轉(zhuǎn)子重力

F——定子轉(zhuǎn)子合裝軸向磁拉力

如果電機組裝時定子轉(zhuǎn)子中心重合，定子轉(zhuǎn)子合裝徑向磁拉力為零，合裝時定轉(zhuǎn)子所受合力為K，K與電機軸線成一個a夾角，如果轉(zhuǎn)子剛性不足，則會使轉(zhuǎn)子變形產(chǎn)生一定的繞度，當繞度大于一定值時打破徑向磁拉力的平衡而使定轉(zhuǎn)子間隙不均勻，轉(zhuǎn)子發(fā)生偏移使定轉(zhuǎn)子吸附在一起。

③永磁同步電機裝配方式與定轉(zhuǎn)子受力關(guān)系分析

從上述受力分析對比永磁電機立式裝配比較臥式裝配，在定轉(zhuǎn)子徑向間隙均勻時，立式裝配時軸向磁拉力與轉(zhuǎn)子重力與組裝運動方向一至，定子轉(zhuǎn)子不易吸有利于裝配。而臥式裝配時，定轉(zhuǎn)子所受合力為K，K與電機軸線成一個a夾角，此力將使轉(zhuǎn)子發(fā)生偏移，使定轉(zhuǎn)子吸附在一起。不利于裝配。

因此永磁同步牽引電機裝配常選用立式裝配法。立式裝配時，保持定轉(zhuǎn)子間隙均勻就保證了定子轉(zhuǎn)子不會偏吸，保持定子轉(zhuǎn)子軸向力的平衡，就保證了電機裝配過程的運動速度勻速，運動平穩(wěn)，操作安全性就能提高。

①定轉(zhuǎn)子立式中心定位設(shè)計?

永磁電機雙工位組裝機示意圖3

1——司服電機傳動系統(tǒng)

2——轉(zhuǎn)子定位工裝

3—油壓系統(tǒng)

4——定子定位工裝

5——底座

6——工作臂

定轉(zhuǎn)子合裝中心定位設(shè)計方案如圖3：轉(zhuǎn)子組件用專用轉(zhuǎn)子定位工裝與工作臂定位壓緊，定子通過定子定位工裝與底座定位壓緊，工作臂的定位孔與底座定位孔同心，從而保證了定子、轉(zhuǎn)子合裝前中心重合。

②定子轉(zhuǎn)子合裝速度設(shè)計

如圖3所示，定子組件與底座固定不動，轉(zhuǎn)子組件與工作臂定位壓緊后，啟動油壓系統(tǒng)，使頂尖升高到定子鐵芯的上表面后停止上升，啟動司服電機傳動系統(tǒng)，通過螺紋傳動系統(tǒng)帶動轉(zhuǎn)子相對定子移動，當轉(zhuǎn)子軸伸與油壓頂尖接觸達到設(shè)定的壓力后，頂尖下行且保持與螺紋傳動系統(tǒng)同步運行，同步運行速度即合裝速度。

③定子轉(zhuǎn)子合裝不同軸偏吸控制設(shè)計

如圖3所示，油壓系統(tǒng)的工作保證了定轉(zhuǎn)子合裝時由于制造同軸度誤差造成定轉(zhuǎn)子偏吸的可能。

④永磁合裝機提升效率設(shè)計方案

如圖3所示，工作臂對稱設(shè)計，兩個工序兩臺電機同時裝配，不僅保證了設(shè)備受力均衡，同時提高工作效率1倍。

結(jié)論

永磁電機立式裝配技術(shù)是軌交新型永磁同步牽引電機裝配的優(yōu)選方案，永磁電機雙工位組裝機不僅保證了定轉(zhuǎn)子中心定位準，而且使各種不同的電機定位通用化，司服電機傳動系統(tǒng)與油壓系統(tǒng)的聯(lián)合使用，使設(shè)備可靠度大大提高，同時自動化控制程度也大大提高，對稱雙工位工作使設(shè)備工作效率成倍提高，設(shè)備占地小，結(jié)構(gòu)簡單，操作方便，是軌交永磁牽引電機量產(chǎn)裝配的有力技術(shù)保證。

黃谷香（1963-），女，主要從事軌道車輛牽引電機制造工藝技術(shù)研究。