方彬米　曹增明　雷金

摘 要：本文研究了城轨车辆牵引电机的主要结构和工作原理，分析了城轨车辆牵引电机存在的电磁噪声、机械噪声和电机重量过重问题，并从优化机械结构、材料选取、齿槽配合、电磁方案，提高电机制造过程中加工和安装工艺的精度和准确性等方面给出了减重降噪的建议。

关键词：城轨车辆;牵引电机;减重;降噪

城轨车辆牵引电机是城轨车辆实现牵引和电制动的动力机械，完成列车牵引和电制动。城轨车辆牵引电机设计选型特性、运行可靠性，直接决定城轨车辆的能否运营及整条线路的运营效率。牵引电机作为城轨车辆牵引和电制动系统的主要部件，牵引电机工作过程中所产生的电磁噪声和机械噪声是城轨车辆噪声的主要来源之一，牵引电机的轻量化也是实现城轨车辆轻量化设计的重要影响因素。

1 城轨车辆牵引电机主要结构

牵引电动机由定子、转子、传动端端盖、轴承、总装零件、测速装置等几大部件组成。

1.1 定子

定子绕组为双层成型绕组。成型的定子线圈嵌进定子槽中。为了得到足够的机械强度、良好的电气性能与优良的热稳定性，定子绕组端部用端箍以及绑扎绳固定。

电机的绝缘等级为200级，电机定子整体真空压力浸200级无溶剂漆（VPI），然后旋转烘焙固化。

1.2 转子

转子有转子冲片、导条、端环、转子前后压圈、风扇和转轴等组成。

转子铁心由50W350冷轧硅钢板叠压而成，两端用压圈压紧。转子冲片和压圈上开有通风孔。

转子导条采用无氧铜，端环采用铬锆铜。

转子导条插入槽中后，通过冲紧将导条固定在槽中，以克服导条在电机运行中因磁拉力和离心力作用而产生的径向振动和位移。

转子导条与端环之间的焊接采用中频感应整体焊接。

转轴采用高强度合金钢40CrMo。

1.3 传动端端盖

传动端端盖采用球墨铸铁，非传动端端盖采用高强度铝合金铸件。传动端端盖上开有进风口，非传动端端盖上开有出风口。

1.4 轴承

地铁、城轨类电机的轴承计算模式属于平行联轴节驱动模式。

地铁电机轴承配置传动端一般采用短圆柱轴承，非传动端轴承一般采用球轴承。从原理上讲，这一对轴承既不承受径向力，也不需要承受轴向力。只承受电动机质量和联轴节一半的质量。

1.5 测速装置

在电机的非传动端安装有非接触式、高精度的速度传感器。

为了监测电机的温度并给控制系统提供电机的温度保护信号，在定子铁心内装有PT100温度传感器。

2 城轨车辆牵引电机噪声和重量存在的主要问题

2.1 城轨车辆牵引电机存在的噪声问题

城轨车辆的噪声来源主要为轮轨噪声和车辆牵引电机、逆变器风机、制动电阻风机、空调等车辆附属设备，详见下图所示。

根据GB/T_IEC60349-2电力牵引轨道机车车辆和公路车辆用旋转电力第2部分：电子变流器供电的交流电动机附录C噪声测量和限值的C.8噪声限值为100dB（A）～115dB（A），已经远远超过了目前城轨车辆招标要求的列车在野外以最高速度运行时，在车辆中心离地板1.2m、1.6m高处测得的客室内、司机室内应不超过75dB（A），在距轨道中心线7.5m，距轨面高1.2m、3.5m处应不超过80dB（A）的要求。

2.2 城轨车辆牵引电机存在的重量问题

目前，城轨车辆牵引辅助系统的重量约占整车总重的5%，牵引电机的重量约占整车轴重的5%。在整车轻量化要求越来越严格的情况下，各大整车厂家对牵引电机的轻量化要求越来越高，如何在不损失牵引电机性能的条件下，进行牵引电机的轻量化逐渐穿成为各大城轨电机生产厂家急需研究的问题。

3 城轨车辆牵引电机降噪措施研究

针对以上车门系统的薄弱环节以及危害度≥45的六种故障模式，现提出以下设计优化措施：

3.1 降低电磁噪声的方法

本研究认为降低电磁噪声的主要途径有以下三个方面：

3.1.1 设计方面

在保证电机性能的前提下，对电机的风扇进行优化：采用叶片不均匀分布，避免风扇产生噪声频率的叠加，从而降低噪声;减小风扇扇叶外径，可以有效的降低噪声。

从结构上不能将整周均进行拓展，但至少可以将出风角的部分扩大，进而达到减少排风阻力的目的。同时因狭窄处是噪音的发生源，因此堵上不能拓宽的横向排气孔。

3.1.2 生產制造、质量控制方面

采用专用带计数设备进行保证线圈匝数准确性。

用专用涨型设备来保证线圈几何尺寸一致性。

三相绕组的直流电阻测量判断三相绕组值、电流是否平衡对称等。

电机定子铁芯、端盖止口和轴承室等关键尺寸重点检查，保证装配后定、转子同心度进而保证气隙均匀避免偏心。

转子铁心与转轴同心，保证气隙均匀避免偏心。

3.2 降低机械噪声的方法

降低机械噪声的主要措施如下：

（1）采用密封轴承结构，防止杂物进入轴承室;

（2）选择合适的轴承外圈与轴承室的配合、内圈与轴的配合，不宜太紧。保证轴承外圈与轴承室的配合在合适的游隙范围内;

（3）确保电机转子的质量分布均匀，以及转子的制造与安装时的圆度和同心度合格。对转子包括风扇进行动平衡校正。

3.3 降低空气动力噪声的方法

降低空气动力噪声的主要措施如下：

（1）对散热良好或温升不高的电机可取消风扇，消除噪声源;

（2）风扇设计厚薄均匀、无扭曲变形、间距均匀，且应校动平衡;

（3）电机设计中尽量减少风道的障碍物，留有专用风道，采用流线形风道，风道的截面变化不要突然。

电机噪音的优化是一个系统的平衡，主要体现在电机设计过程中的材料选取、齿槽配合和电磁方案的优化，以及制造过程中加工和安装工艺的精度和准确性，包括外部控制电源的有效配合，最终可以实现电机噪音的降低。

4 城轨车辆牵引电机减重措施研究

牵引电机对机械结构进行适应性设计，集中在定子，转子和端盖等结构上进行了优化。

4.1 定子结构优化

（1）机座采用无机壳拉板式结构焊接而成，优化上下悬挂结构。

（2）局部优化定子冲片形状，增加定子通风孔。

4.2 转子结构优化

优化转子冲片形状，增加转子冲片通风孔。

4.3 端盖优化

端盖优化主要集中在轴承座和端盖集成一体化，减少零部件数量，减轻重量。

参考文献：

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