CN102340206A - 车辆船舶牵引变频调速交直流为一体的永磁超能动力电机 - Google Patents
车辆船舶牵引变频调速交直流为一体的永磁超能动力电机 Download PDFInfo
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Abstract
本发明名称为车辆船舶牵引变频调速交直流为一体的永磁超能动力电机。属于永磁电机技术领域。它主要是解决现有传动永磁电机存在机械效率低、磁力缺失严重的问题。它的主要特征是：外壳包括内径相同或不同的两段；两段外壳内分别设有独立的定子和磁钢转子；在转轴上设有由非导磁材料制成的隔磁轴套，在各独立的定子和磁钢转子之间及外端设有由非导磁材料制成的隔磁盘，构成维护磁力系统总成；磁钢转子包括四块分离的扇形磁钢块，其之间形成的槽内装有永磁磁条，磁条外设有插板；定子内壁上设有螺旋形定子槽铁芯线棒。本发明具有提高散热效率、提高机械转速的稳定性、充分利用磁力效率、提高输出功率的特点，主要用于汽车、动车、船舶等的牵引电机。
Description
技术领域
本发明属于永磁电机技术领域。具体涉及一种专用于汽车、动车、船舶等牵引变频调速交直流为一体的永磁超能动力电机，是一种在传统电机结构上的改进。
背景技术
目前市场上的永磁电动机产品主要分直流、交流两种，技术上存在一定的缺陷，其原因是转子和定子之间的结构形式沿用传统结构，转子和定子的旋转间隙空间局限，旋转的气隙涡流压缩后不易排放，其产生的内热量不利排放，电机机体温度高，损耗电机的能量，正常运转的转速受到阻碍，这样的工作状态造成表现为：一是机械效率低；二是磁力缺失严重；三是产品传统方式无改进；四是功率及机械效率利用率低。
发明内容
本发明的目的就是针对上述不足之处而提供一种通过对传统永磁电机转子和定子结构进行改进，从而提高散热效率、提高机械转速的稳定性、充分利用磁力效率、提高输出功率的车辆船舶牵引变频调速交直流为一体的永磁超能动力电机。
本发明的技术解决方案是：一种车辆船舶牵引变频调速交直流为一体的永磁超能动力电机，包括由外壳、转轴、定子、磁钢转子和风轮构成的变频调速交直流为一体的永磁电机，其特征在于：所述的外壳包括内径相同或不同的两段；在该相同或不同内径的两段外壳内分别设有独立的定子和磁钢转子；在整个转轴上设有由非导磁材料制成的隔磁轴套，在各独立的定子和磁钢转子之间及外端设有由非导磁材料制成的隔磁盘，隔磁轴套和隔磁盘组成维护磁力系统总成；磁钢转子包括四块分离的扇形磁钢块，其之间形成的槽内装有永磁磁条，磁条外设有由非导磁材料制成的插板；定子内壁上设有螺旋形定子槽铁芯线棒 。
本发明的技术解决方案中所述的相同或不同内径的两段外壳内分别设有一套定子和磁钢转子。
本发明的技术解决方案中所述的相同或不同内径的两段外壳中一段内设有一套定子和磁钢转子，另一段内设有二套定子和磁钢转子，该二套定子和磁钢转子之间的转轴上设有由非导磁材料制成的隔磁轴套，在各独立的定子和磁钢转子之间及外端设有由非导磁材料制成的隔磁盘。
本发明的技术解决方案中所述的扇形磁钢块侧面外端与插板之间形成槽。
本发明的技术解决方案中所述的隔磁轴套、隔磁盘为由铜材、铝合金材、工程塑料或不锈钢制成的非导磁隔磁轴套、隔磁盘。
本发明的技术解决方案中所述的插板为铜质、环氧聚酯板或工程塑料板插板。
本发明由于在由外壳、转轴、定子、磁钢转子和风轮构成的传统变频调速交流、直流永磁电机的基础上，对永磁电机转子、定子和外壳结构进行改进，即将外壳设计成内径不同的两段，在该相同或不同内径的两段外壳内分别设有独立的定子和磁钢转子，在整个转轴上设有由非导磁材料制成的隔磁轴套，在各独立的定子和磁钢转子之间及外端设有由非导磁材料制成的隔磁盘，隔磁轴套和隔磁盘组成维护磁力系统总成，磁钢转子包括四块分离的扇形磁钢块，其之间形成的槽内装有永磁磁条，磁条外设有由非导磁材料制成的插板，定子内壁上设有螺旋形定子槽铁芯线棒，因而可使其中的一组独立的定子和磁钢转子用于牵引汽车、动车、船舶等，同时其余组独立的定子和磁钢转子用于对车载或船载电池的充电、对车载或船载用电器供电和爬坡时补充动力输出，包括在汽车下坡、刹车时，利用汽车惯性发电对车载电池充电，可延长续航里程。不仅如此，由于定子内壁上的螺旋形定子槽铁芯线棒可使切割磁力线的阻力减小，维护磁力系统总成和插板可有效避免磁力的缺失，相对传统永磁电机，本发明可大大提高散热的效率，提高机械转速的稳定性，发挥机械效率，稳定磁力效率，加大输出功率，综合提高电机的功率及机械性能。本发明具有提高散热效率、提高机械转速的稳定性、充分利用磁力效率、提高输出功率的特点。本发明主要用于车辆、船舶等的牵引变频调速交直流为一体的永磁超能动力电机。
附图说明
图1是本发明实施例1的结构示意图。
图2是本发明实施例1的外部示意图。
图3是图1中隔磁轴套的结构示意图。
图4是图1中隔磁盘的结构示意图。
图5是图1中磁钢转子部分的剖面结构示意图。
图6是图1中磁钢转子扇形独立导磁钢体的结构示意图。
图7是本发明实施例1的装配结构示意图。
图8是本发明实施例2的结构示意图。
图9是本发明用于汽车的装配结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步的描述。
实施例1如图1至图7所示。实施例1包括外壳111、转轴101、花键102、轴承107、轴承压盖节点108、主动力磁钢转子103、主动力定子105、辅助动力磁钢转子104、辅助动力定子106、隔磁轴套129、隔磁盘121、维护磁力系统总成129A、永磁磁条5-128、插板5-126、机体端盖109、机体端盖进出风口110、机体端盖与机体外壳固定装置112、风冷排气降温风轮113、电机启动模块装置114、电源输入端口115、电源输出端口116、逆变充电变换模块装置117、风冷排气降温风轮罩118、模块装置总配置箱2-130、机座固定底脚2-131。其中，电源输入端口115、电源输出端口116为供电及备用电源的电动电能动力。电机主体为主动力源，由电池组供电产生机械动力。风冷排气降温风轮113为内风冷排气降温风轮以消除工作产生的高温。电机启动模块装置114、逆变充电变换模块装置117为电机启动模块装置和逆变充电变换模块装置管理系统以确保动力机及充电系统的安全运行。电源输入端口115为主动力源电池组输入电源线路；电源输出端口116为循环供电输出电源线路。花键102为链接负载动力花键轴直接与负载源链接。维护磁力系统总成129A为维护磁力系统总成主要以维护磁力缺失为工作目的。
外壳111包括内径不同的两段，内径较大的一段外壳内设有一套独立的主动力定子105和主动力磁钢转子103，用于对外输出牵引力，内径较小的一段外壳内设有另一套独立的辅助动力定子106和辅助动力磁钢转子104，用于对电池充电、对用电设备供电和爬坡时补充动力输出。
隔磁轴套129由非导磁材料如铜材、铝合金材、工程塑料或不锈钢制成，与整个转轴101接触的内部转子总长度一致，套在转轴101上，其之间设有配合的键、槽3-119、4-119、5-119、6-119，起随转轴101一起旋转作用。隔磁轴套外圆周上沿十字方向分别设有一个凸台3-120、4-120、5-120。各独立的定子和磁钢转子之间及两侧均设有由非导磁材料如铜材、铝合金材、工程塑料或不锈钢制成的隔磁盘121、4-121，隔磁盘套合在隔磁轴套129。磁钢转子103、104包括四块分离的扇形磁钢块6-123，每块扇形磁钢块上设有凹槽6-124，该凹槽与隔磁轴套上的凸台3-120、4-120、5-120相配合。四块分离的扇形磁钢块相互之间共形成四个可装永磁磁条的槽5-127，内装永磁磁条5-128，磁条外设有由非导磁材料如铜材、环氧聚酯板、工程塑料板制成的插板5-126、6-126。隔磁轴套129、隔磁盘121、4-121、8-121和插板5-126、6-126构成维护磁力系统总成129A，以保护磁力的缺失，增加持恒功率和动力的持衡。其中，键槽4-119、5-119、6-119为与转轴链接为一体；维护磁力系统总成凸形条状体3-120、4-120、5-120与转子独立扇形导磁钢柱体链接为一体；维护磁力系统总成隔磁盘121、3-121、为与维护磁力系统总成凸形条状体链接为一体；维护磁力系统总成隔磁板凹形槽4-122与维护磁力系统总成凸形条状体链接为一体；独立扇形磁钢块5-123、6-123与维护磁力系统总成凸形条状体链接为一体；独立扇形磁钢块凹槽6-124与维护磁力系统总成凸形条状体链接为一体；独立扇形磁钢块封磁条凹槽6-125与独立扇形磁钢块封磁条铜板链接为一体；独立扇形导磁钢柱体封磁条铜板5-126、6-126插入独立扇形导磁钢柱体封磁条凹槽链接为一体；各扇形磁钢块5-123、6-123之间形成装永磁磁条的槽5-128、6-128。
扇形磁钢块5-123、6-123侧面外端与插板之间形成窝槽，内缩2mm形成，以加大气隙涡流压缩热量的排放速度，同时加大了功率和机械效率。经过螺旋形定子槽和十字磁条封盖内缩2mm窝槽的导流，加速了热流的排放，使电机的的温度降低，转子表面的压强降低，减少了转速的阻力，提高了转子的稳定性，加大了转子和定子之间的磁割扭矩，增加了功率及机械效率。
定子内壁上设有螺旋形定子槽7-132，该螺旋形定子槽是先将钢轴钉穿过钢片，再从两端旋转25～30°,然后压制而成的。定子槽斜度做成扭矩度为25～30°（原定子槽为直线现改斜度为25～30°）以增加它的机械效率和涡流压缩热量的排放速度。旋转后槽口宽度减小20%左右，在减小槽口宽度的同时，使气隙沿周向方向趋于均匀，气隙磁密波形平滑，减小气隙磁场波动；使气隙磁场波形更趋于矩形波，减小气隙磁阻变化，消弱气隙磁阻转矩，减小转矩脉动，减少磁体漏磁，提高电机的机械效率；并使气隙涡流沿凹槽平滑顺畅地排到电机机壳的外部，提高涡流压缩热量的排放速度。现有电机定子直线形槽是垂直直线切割磁力线，阻力大；本发明定子螺旋形定子槽斜线切割磁力线，阻力小。
实施例1的工作原理：
当定子的主动力源定子绕组输入电源后，与相匹配的磁钢转子相互作用而产生电磁转矩，驱动相匹配的磁钢转子转动，相匹配的磁钢转子也同时被动旋转，电能转换成机械能的同时也产生了电能量。转轴输出转矩至链接负载动力花键轴即可与汽车动车船舶等中轴或相关机械转轴转动。在相匹配的磁钢转子旋转过程中，相匹配的磁钢转子在与相匹配功率的绕组定子形成的磁场中作切割磁力线运动，产生感应电流，该感应电流从相匹配功率的绕组定子转子绕组中引出交流、直流为一体的两用节点线头，经匹配相应的调节维护模块管理系统输出，再向电池组电能供电，机械能同时转换为电能；饱和的电池组再返供汽车动车船舶等专用牵引永磁超能动力电机，二组电池组依次作业，实现并达到绿色环保清洁能源和增加续航里程的最终目的。本发明确实达到了机械效率高、功率持衡并且还增加了充电电能量功能和动力能量功能，以达到续电续航的能力。当专用牵引永磁超能动力电机主动力定子105的主动力源定子绕组输入电源后，与相匹配的磁钢转子103相互作用而产生电磁转矩，驱动相匹配的磁钢转子103转动，相匹配的另一组辅助动力磁钢转子104也同时被动旋转，电能转换成机械能的同时也产生了电能量。转轴101输出转矩至102链接负载动力花键轴即可与汽车动车船舶等中轴或相关机械转轴转动。在相匹配的磁钢转子103、104旋转过程中，相匹配的磁钢转子103、104在与相匹配功率的绕组定子105、106形成的磁场中作切割磁力线运动，产生感应电流，该感应电流从相匹配功率的绕组定子105、106定子绕组中引出交流、直流为一体的两用节点线头，经匹配相应的逆变充电变换模块装置管理系统117、输出，再向电池组电能供电，机械能同时转换为电能；二组电池组依次作业，实现并达到绿色环保清洁能源和增加续航里程的最终目的。
实施例2如图8所示。与实施例1不同的是：不同内径的二段外壳8-111中一段内设有一套主动力定子8-105和主动力磁钢转子8-103，另一段内设有二套辅助动力定子8-106A、8-106B和辅助动力磁钢转子8-104A、8-104B，该二套辅助动力定子8-106A、8-106B和辅助动力磁钢转子8-104A、8-104B之间的转轴上设有由非导磁材料制成的隔磁盘8-121，隔磁轴套8-129、隔磁盘4-121、8-121和插板5-126、6-126构成维护磁力系统总成8-129A，以保护磁力的缺失，增加持恒功率和动力的持衡。在相匹配的主动力磁钢转子8-103、辅助动力定子8-106A、8-106B旋转过程中，相匹配的主动力磁钢转子8-103、辅助动力定子8-106A、8-106B在与相匹配功率的绕组主动力定子8-105、辅助动力定子8-106A、8-106B形成的磁场中作切割磁力线运动，产生感应电流，该感应电流从相匹配功率的绕组定子主动力定子8-105、辅助动力定子8-106A、8-106B的定子绕组中引出交流、直流为一体的两用节点线头，经匹配相应的逆变充电变换模块装置管理系统117、输出，再向电池组电能供电，机械能同时转换为电能；二组电池组依次作业，二套辅助动力定子和辅助动力磁钢转子可加大对车载或船载电池的充电、对车载或船载用电器供电和爬坡时补充动力输出，工作原理与实施例1相同。
实施例3如图9所示，为本发明用于汽车的系统示意图。本系统包括本发明的牵引永磁超能动力电机9-133、主电源电池组9-134、备用电源电池组9-138、变速系统9-135、差速系统9-136、负载动力终端9-137、电源输入输出线路9-139、9-140、。配备两组不小于72V160Ah， 60A放电，时速在80-120km/h两组锂电池组，放电达2.67小时。充满一次电续航里程理论上在213-320km的锂电池组。启动锂电池组和备用锂电池组两组，启动电池组在供电负载运转的时候，另一组电机可提供电能量给备用电池组，两组锂电池组由逆变充电变换模块自动切换，依此作业可延长续航里程。该汽车动车船舶等专用牵引永磁超能动力电机可在锂电池组电源负载驱动的同时另一组被动启动，被动启动的另一组电机可机械转动提供电能量介入备用锂电池组，亦可介入车船的其他供电，亦可成为增加负载动力源，以加大动力源的功率，加大爬坡功率力度。再通过管理调节维护模块系统处理达到电能量供电，他是不同级配功率两组定子转子为一体、三组定子转子为一体的汽车动车船舶等专用牵引变频调速交直流为一体的永磁超能动力电机，以机械能转换为电能量使其降低能耗，达到节约能源和增加续航能力。本发明可为各类各级别功率（1w——10000kw或最大功率）相应配置的交流直流为一体的两用永磁超能动力电机。本发明是不同功率级配的两组定子绕组与相匹配的磁钢转子结合安装在轴套固定的转轴上。
Claims (6)
1.一种车辆船舶牵引变频调速交直流为一体的永磁超能动力电机，包括由外壳、转轴、定子、磁钢转子和风轮构成的变频调速交直流为一体的永磁电机，其特征在于：所述的外壳包括内径相同或不同的两段；在该相同或不同内径的两段外壳内分别设有独立的定子和磁钢转子；在整个转轴上设有由非导磁材料制成的隔磁轴套，在各独立的定子和磁钢转子之间及外端设有由非导磁材料制成的隔磁盘，隔磁轴套和隔磁盘组成维护磁力系统总成；磁钢转子包括四块分离的扇形磁钢块，其之间形成的槽内装有永磁磁条，磁条外设有由非导磁材料制成的插板；定子内壁上设有螺旋形定子槽铁芯线棒。
2.根据权利要求1所述的车辆船舶牵引变频调速交直流为一体的永磁超能动力电机，其特征在于：所述的相同或不同内径的两段外壳内分别设有一套定子和磁钢转子。
3.根据权利要求1所述的车辆船舶牵引变频调速交直流为一体的永磁超能动力电机，其特征在于：所述的相同或不同内径的两段外壳中一段内设有一套定子和磁钢转子，另一段内设有二套定子和磁钢转子，该二套定子和磁钢转子之间的转轴上设有由非导磁材料制成的隔磁盘。
4.根据权利要求1、2或3所述的车辆船舶牵引变频调速交直流为一体的永磁超能动力电机，其特征在于：所述的扇形磁钢块侧面外端与插板之间形成槽。
5.根据权利要求1、2或3所述的车辆船舶牵引变频调速交直流为一体的永磁超能动力电机，其特征在于：所述的隔磁轴套、隔磁盘为由铜材、铝合金材、工程塑料或不锈钢制成的非导磁隔磁轴套、隔磁盘。
6.根据权利要求1、2或3所述的车辆船舶牵引变频调速交直流为一体的永磁超能动力电机，其特征在于：所述的插板为铜质、环氧聚酯板或工程塑料插板。
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