双动力动车组用永磁发电机研制

阎 阳，余 超

（中车株洲电机有限公司，湖南 株洲 412001）

双动力动车组用永磁发电机研制

阎 阳，余 超

（中车株洲电机有限公司，湖南 株洲 412001）

文章主要介绍了双动力动车组用永磁发电机的特点、技术参数、基本结构，最后对比试验结果验证了此电机满足设计性能要求。

双动力动车组；永磁发电机；技术参数；基本结构

双动力城际动车组采用电力和油电混合动力的运行模式，可以实现从干线到支线、从客运专线到普通线路、从电气化铁路到周边非电气化铁路跨线运行，可较好地解决西部欠发达地区和市郊客运的瓶颈问题。永磁发电机作为油电混合动力模式下的重要零部件，其性能的好坏直接影响到动车组在非电气化铁路上的安全可靠运行。文章对双动力动车组用永磁发电机的特点、技术参数、基本结构、试验等方面进行了详细的介绍和说明。

1 永磁发电机的特点

随着电力电子技术的发展，机车电机经历了从直流电机到异步交流电机的发展历程，随着稀土材料的开发和应用，近些年来永磁电机逐渐在轨道交通车辆上得到应用，由于电气化铁路的普及，目前永磁牵引电机应用居多。但是随着双动力动车组的开发，结合永磁电机的诸多优势，永磁发电机在双动力动车组中得到认可与应用。相比励磁发电机，其主要特点有：①结构简单、可靠性高。永磁发电机省去了励磁发电机的励磁绕组、碳刷、滑环结构等零部件，整机结构简单，避免了励磁绕组易烧毁、断线，碳刷、滑环易磨损等故障，可靠性大为提高。②体积小、重量轻、功率密度大。永磁转子结构的采用，使得发电机内部结构设计排列得很紧凑，体积、重量大为减少，功率密度大。③效率高。永磁转子结构免去了产生转子磁场所需的励磁功率和碳刷、滑环之间磨擦的机械损耗，使永磁发电机效率大为提高。④全封闭式结构，适合于在潮湿或灰尘多等恶劣环境下工作，维护量小。

2 发电机技术参数

双动力动车组发电机在油电混合动力模式下由柴油机拖动发电，经整流逆变后输出给牵引电机以及动车组上其他设备的用电，根据整车的技术要求，永磁发电机的主要技术参数和特性曲线分别如表1和图1所示。

表1 永磁发电机技术参数

图1 永磁发电机负载特性曲线

3 电机结构

根据动车组的总体设计要求，永磁发电机与柴油机、冷却换热系统、电控系统、安装悬挂系统集成形成内燃动力包系统，悬挂于车底。柴油机通过花键传动，并通过弹性联轴节进行连接，减小柴油机的振动对发电机的影响。发电机的结构在现有的成熟的城际车牵引电机的基础上，结合整车的运行工况和运行环境衍生设计而成，主要由定子、转子、轴承装配和附件装配组成，如图2所示。

图2 永磁发电机外形结构

（1）定子。定子由机座、定子绕组、定子铁心组成。为满足整个动力包冷却换热系统的设计要求，机座采用并联螺旋水道结构，降低流阻，减小压力损失。定子铁心采用高导磁率、低损耗的硅钢片叠压而成，然后将成型绕组嵌入定子槽内，带绕组的定子铁心采用真空压力浸漆，满足绝缘等级200级的要求。最后通过加热机座的方式热套定子铁心。

（2）转子。转子采用内置式结构，转子铁心由硅钢片叠压而成，两端通过转子压圈压紧，硅钢片和转子压圈上均开有减重孔。硅钢片上设计“V”型磁路结构，磁路中的隔磁桥设计既能减小漏磁，提高电机电磁性能，同时又能保证硅钢片的结构强度，确保电机转动过程中能够起到固定磁钢的作用。磁钢选用温度稳定性较好且耐高温的钐钴材料，提高输出电压的稳定性。

图3 端盖散热筋

（3）轴承装配。轴承装配主要用于支撑转子，是电机结构中旋转件和固定件之间的连接桥梁，同时也是电机安全可靠运行的重要保障。轴承装配中的核心部件就是轴承，设计过程中需要考虑轴承的润滑、寿命以及温升。永磁电机受永磁体的影响，设计时必须采用全封闭结构，全封闭式结构给永磁电机的设计带来一个难点——温升控制，电机内部的热量难于散发出去。温度高会直接影响轴承的安全运行和润滑脂的使用寿命。为此，永磁发电机对轴承配置结构进行了优化设计，并在两端端盖外围增加了散热筋，利用走行风增加电机内部与外部的对流换热。同时，两端盖上均设计了注油孔和排油孔，可以定期加注油脂，确保轴承运行过程中的良好润滑状态，如图3所示。

（4）附件装配。在电机定子绕组及两端轴承均设计安装温度传感器，实时检测电机温度，并在整车系统中设定警报值，确保动车组运行过程中电机的安全可靠性。转速及转子位置信号通过旋转变压器监测并输出至控制系统。此外，发电机输出电压通过交流电压变送器实时监测。

4 试验结果

永磁发电机根据IEC-60349-4的要求完成了型式试验，将设计结果与试验结果对比，发电机的特性参数如表2所示。

表2 发电机的输出功率

通过型式试验发现，发电机的输出功率与设计值偏差不到1%，完全符合设计要求。同时，绕组的平均温升为107.7K，能够满足200级绝缘体系的要求。两端轴承温度均不超过80℃，远低于轴承的最高工作温度120℃，能够满足轴承的运行要求。

5 结语

轨道交通电机一直在追求轻量化、体积小、效率高，永磁电机无疑在这方面具有领先优势，同时又具有高可靠性。通过试验验证，此款双动力动车组永磁发电机符合整车的设计要求，能够满足双动力动车组在油电模式下的发电需求。

［1］唐任远.现代永磁电机理论与设计［M］.北京：机械工业出版社，2013.

［2］IEC60349_4电力牵引——铁路机车车辆和公路车辆用旋转电机——第4部分：与电子变流器连接的永磁同步电机［S］.2010.

An Introduction of the Permanent-Magnet Generator Used in the Hybrid EMU

YAN Yang，YU Chao （CRRC zhuzhou Electric Co.，Ltd.，Zhuzhou，Hunan 412001，China）

This paper mainly introduces the characteristics，technical parameters and basic structure of the permanent magnet generator used in the hybrid EMU.Finally,the test results show that the motor meets the design requirements.

Hybrid EMU；permanent-Magnet Generator；technical parameters；basic structure

F426.6

A

2095-980X（2017）04-0092-02

2017-03-23

阎阳，主要研究方向：永磁电机设计。