CN106253556B - 一种地铁用永磁牵引电机 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及永磁电机，具体是一种地铁用永磁牵引电机。本发明解决了现有永磁电机冷却性能差、适用范围有限、运行可靠性差、结构复杂、体积大的问题。一种地铁用永磁牵引电机，包括前端盖、后端盖、前轴承、后轴承、前轴承盖、后外轴承盖、定子结构、转子结构；所述转子结构包括转轴、转子铁心、前转子压圈、后转子压圈、圆螺母、前永磁体挡板、后永磁体挡板、前永磁体挡板压圈、后永磁体挡板压圈；轴向进风孔、轴向通风孔、轴向出风孔共同构成主冷却风路结构；通风腔构成辅助冷却风路结构；还包括引出线、水平散热筋、旋转变压器。本发明适用于地铁驱动系统。

Description

一种地铁用永磁牵引电机
技术领域
本发明涉及永磁电机，具体是一种地铁用永磁牵引电机。
背景技术
随着永磁材料性能的提高以及电力电子技术的发展，永磁电机以其高效节能、高功率密度、高启动转矩以及高爬坡能力，成为地铁驱动系统的研究发展方向。然而实践表明，现有永磁电机由于其冷却结构和转子结构所限，存在如下问题：其一，现有永磁电机冷却结构主要采用自带风扇冷却方式（转轴带动风扇将冷却风通过风罩孔吹向机座外表面的散热筋，然后通过散热筋将永磁电机产生的热量带走），此种冷却方式无法将永磁电机内部产生的热量充分带走，由此导致永磁电机冷却性能差、适用范围有限。其二，现有永磁电机转子结构的永磁体采用钕铁硼永磁体。钕铁硼永磁体具有不耐高温、温度系数高、磁性能不稳定的特点，由此导致永磁电机运行可靠性差。其三，现有永磁电机转子结构的转子动平衡盘和永磁体挡板压圈各为单独部件，由此导致永磁电机结构复杂、体积大。基于此，有必要发明一种全新的永磁电机，以解决现有永磁电机冷却性能差、适用范围有限、运行可靠性差、结构复杂、体积大的问题。
发明内容
本发明为了解决现有永磁电机冷却性能差、适用范围有限、运行可靠性差、结构复杂、体积大的问题，提供了一种地铁用永磁牵引电机。
本发明是采用如下技术方案实现的：
一种地铁用永磁牵引电机，包括前端盖、后端盖、前轴承、后轴承、前轴承盖、后外轴承盖、定子结构、转子结构；所述定子结构包括机座、定子铁心、定子绕组；定子绕组嵌放于定子铁心上；所述转子结构包括转轴、转子铁心、前转子压圈、后转子压圈、圆螺母、前永磁体挡板、后永磁体挡板、前永磁体挡板压圈、后永磁体挡板压圈；转子铁心固定装配于转轴的外侧面中部；
机座的端面贯通开设有轴向通风孔；机座的前端面与前端盖固定；机座的后端面与后端盖固定；
前端盖的端面贯通开设有轴向进风孔；转轴的外侧面前部固定装配有主风扇；主风扇的前端面外圈与前端盖的后端面内圈之间设有迷宫密封；
后端盖的端面贯通开设有轴向出风孔；轴向出风孔与轴向通风孔连通；后端盖的前端面设有环形凸台；转轴的外侧面后部固定装配有辅助风扇；辅助风扇的后端面外圈与环形凸台的前端面内圈之间设有迷宫密封；辅助风扇与后端盖之间留有通风腔；
轴向进风孔、轴向通风孔、轴向出风孔共同构成主冷却风路结构；通风腔构成辅助冷却风路结构；
转子铁心由转子冲片在转轴上叠压而成；转子铁心的端面靠近外圈贯通开设有若干组磁钢槽；每组磁钢槽均由呈V形对称分布的两个磁钢槽组成，且该V形的开口朝外；各组磁钢槽围绕转子铁心的轴线等距排列；每个磁钢槽内均嵌装有多个钐钴永磁体；
前转子压圈固定装配于转轴的外侧面，且前转子压圈压装于转子铁心的前端面内圈；后转子压圈固定装配于转轴的外侧面，且后转子压圈压装于转子铁心的后端面内圈；圆螺母固定装配于转轴的外侧面，且圆螺母压装于后转子压圈的后端面内圈；前永磁体挡板固定装配于前转子压圈的外侧面后部，且前永磁体挡板压装于转子铁心的前端面外圈；后永磁体挡板固定装配于后转子压圈的外侧面前部，且后永磁体挡板压装于转子铁心的后端面外圈；
前永磁体挡板压圈固定装配于前转子压圈的外侧面前部；前永磁体挡板压圈的外圈压装于前永磁体挡板的前端面；前永磁体挡板压圈的内圈压装于前转子压圈的前端面外圈；前永磁体挡板压圈的前端面外圈开设有前平衡槽；后永磁体挡板压圈固定装配于后转子压圈的外侧面后部；后永磁体挡板压圈的外圈压装于后永磁体挡板的后端面；后永磁体挡板压圈的内圈压装于后转子压圈的后端面外圈；后永磁体挡板压圈的后端面外圈开设有后平衡槽；
还包括引出线、水平散热筋、旋转变压器；引出线贯穿固定于机座的上方，且引出线的末端与定子绕组的端头连接；水平散热筋位于后端盖的后端面；旋转变压器的定子固定装配于后外轴承盖的后端面；旋转变压器的转子固定装配于轴头压板的外侧面后部。
工作时，引出线的首端、旋转变压器的信号输出端均与地铁专用变流器连接。转轴带动主风扇、辅助风扇、旋转变压器的转子进行同步旋转。旋转变压器实时检测转轴的转速信号，并将转速信号发送至地铁专用变流器，地铁专用变流器根据转速信号对定子电流进行调节，由此对转轴的转速进行调节。具体工作过程如下：一、在主风扇的旋转作用下，冷却风被吸入轴向进风孔，并流经轴向通风孔，然后经轴向出风孔排出。在流经轴向通风孔的过程中，冷却风与前轴承、定子铁心、定子绕组进行热交换，由此将前轴承、定子铁心、定子绕组产生的热量带走，从而实现对前轴承、定子铁心、定子绕组的循环冷却。二、在辅助风扇的旋转作用下，通风腔内产生冷却风，冷却风与后轴承进行热交换，由此将后轴承产生的热量带走，然后冷却风与后端盖进行热交换，由此使得后轴承产生的热量在车辆走行风的作用下通过水平散热筋加速散发出去，从而实现对后轴承的循环冷却。基于上述过程，与现有永磁电机相比，本发明所述的一种地铁用永磁牵引电机通过采用全新结构，具备了如下优点：其一，本发明的冷却结构一方面采用主冷却风路结构实现了对前轴承、定子铁心、定子绕组的循环冷却，另一方面采用辅助冷却风路结构实现了对后轴承的循环冷却，由此实现了将永磁电机内部产生的热量充分带走，从而使得永磁电机冷却性能更好、适用范围更广。其二，本发明的转子结构的永磁体不再采用钕铁硼永磁体，而是采用钐钴永磁体。钐钴永磁体具有耐高温、温度系数低、磁性能稳定的特点，由此使得永磁电机运行可靠性更高。其三，本发明的转子结构在永磁体挡板压圈上开了平衡槽，省略了转子动平衡盘，由此使得永磁电机结构更简单、体积更小。
本发明结构合理、设计巧妙，有效解决了现有永磁电机冷却性能差、适用范围有限、运行可靠性差、结构复杂、体积大的问题，适用于地铁驱动系统。
附图说明
图1是本发明的结构示意图。
图中：1-机座，2-前端盖，3-后端盖，4-前轴承，5-后轴承，6-前轴承盖，7-后外轴承盖，8-定子铁心，9-定子绕组，10-转轴，11-转子铁心，12-轴向通风孔，14-轴向进风孔，15-主风扇，17-轴向出风孔，18-环形凸台，19-辅助风扇，20-通风腔，21-前转子压圈，22-后转子压圈，23-圆螺母，24-前永磁体挡板，25-后永磁体挡板，26-前永磁体挡板压圈，27-后永磁体挡板压圈，30-钐钴永磁体，31-引出线，32-水平散热筋，33-旋转变压器，34-轴头压板。
具体实施方式
一种地铁用永磁牵引电机，包括前端盖2、后端盖3、前轴承4、后轴承5、前轴承盖6、后外轴承盖7、定子结构、转子结构；所述定子结构包括机座1、定子铁心8、定子绕组9；定子绕组9嵌放于定子铁心8上；所述转子结构包括转轴10、转子铁心11、前转子压圈21、后转子压圈22、圆螺母23、前永磁体挡板24、后永磁体挡板25、前永磁体挡板压圈26、后永磁体挡板压圈27；转子铁心11固定装配于转轴10的外侧面中部；
机座1的端面贯通开设有轴向通风孔12；机座1的前端面与前端盖2固定；机座1的后端面与后端盖3固定；
前端盖2的端面贯通开设有轴向进风孔14；转轴10的外侧面前部固定装配有主风扇15；主风扇15的前端面外圈与前端盖2的后端面内圈之间设有迷宫密封；
后端盖3的端面贯通开设有轴向出风孔17；轴向出风孔17与轴向通风孔12连通；后端盖3的前端面设有环形凸台18；转轴10的外侧面后部固定装配有辅助风扇19；辅助风扇19的后端面外圈与环形凸台18的前端面内圈之间设有迷宫密封；辅助风扇19与后端盖3之间留有通风腔20；
轴向进风孔14、轴向通风孔12、轴向出风孔17共同构成主冷却风路结构；通风腔20构成辅助冷却风路结构；
转子铁心11由转子冲片在转轴10上叠压而成；转子铁心11的端面靠近外圈贯通开设有若干组磁钢槽；每组磁钢槽均由呈V形对称分布的两个磁钢槽组成，且该V形的开口朝外；各组磁钢槽围绕转子铁心11的轴线等距排列；每个磁钢槽内均嵌装有多个钐钴永磁体30；
前转子压圈21固定装配于转轴10的外侧面，且前转子压圈21压装于转子铁心11的前端面内圈；后转子压圈22固定装配于转轴10的外侧面，且后转子压圈22压装于转子铁心11的后端面内圈；圆螺母23固定装配于转轴10的外侧面，且圆螺母23压装于后转子压圈22的后端面内圈；前永磁体挡板24固定装配于前转子压圈21的外侧面后部，且前永磁体挡板24压装于转子铁心11的前端面外圈；后永磁体挡板25固定装配于后转子压圈22的外侧面前部，且后永磁体挡板25压装于转子铁心11的后端面外圈；
前永磁体挡板压圈26固定装配于前转子压圈21的外侧面前部；前永磁体挡板压圈26的外圈压装于前永磁体挡板24的前端面；前永磁体挡板压圈26的内圈压装于前转子压圈21的前端面外圈；前永磁体挡板压圈26的前端面外圈开设有前平衡槽；后永磁体挡板压圈27固定装配于后转子压圈22的外侧面后部；后永磁体挡板压圈27的外圈压装于后永磁体挡板25的后端面；后永磁体挡板压圈27的内圈压装于后转子压圈22的后端面外圈；后永磁体挡板压圈27的后端面外圈开设有后平衡槽；
还包括引出线31、水平散热筋32、旋转变压器33；引出线31贯穿固定于机座1的上方，且引出线31的末端与定子绕组9的端头连接；水平散热筋32位于后端盖3的后端面；旋转变压器33的定子固定装配于后外轴承盖7的后端面；旋转变压器33的转子固定装配于轴头压板34的外侧面后部。
具体实施时，所述轴向通风孔12的数目为若干个，且各个轴向通风孔12沿周向等距排列；所述轴向进风孔14的数目为若干个，且各个轴向进风孔14沿周向等距排列；所述轴向出风孔17的数目与轴向通风孔12的数目一致，且各个轴向出风孔17与各个轴向通风孔12一一对应连通。所述机座1、前端盖2、后端盖3均采用球墨铸铁制成。

Claims (1)

1.一种地铁用永磁牵引电机，其特征在于：包括前端盖（2）、后端盖（3）、前轴承（4）、后轴承（5）、前轴承盖（6）、后外轴承盖（7）、定子结构、转子结构；所述定子结构包括机座（1）、定子铁心（8）、定子绕组（9）；定子绕组（9）嵌放于定子铁心（8）上；所述转子结构包括转轴（10）、转子铁心（11）、前转子压圈（21）、后转子压圈（22）、圆螺母（23）、前永磁体挡板（24）、后永磁体挡板（25）、前永磁体挡板压圈（26）、后永磁体挡板压圈（27）；转子铁心（11）固定装配于转轴（10）的外侧面中部；
机座（1）的端面贯通开设有轴向通风孔（12）；机座（1）的前端面与前端盖（2）固定；机座（1）的后端面与后端盖（3）固定；
前端盖（2）的端面贯通开设有轴向进风孔（14）；转轴（10）的外侧面前部固定装配有主风扇（15）；主风扇（15）的前端面外圈与前端盖（2）的后端面内圈之间设有迷宫密封；
后端盖（3）的端面贯通开设有轴向出风孔（17）；轴向出风孔（17）与轴向通风孔（12）连通；后端盖（3）的前端面设有环形凸台（18）；转轴（10）的外侧面后部固定装配有辅助风扇（19）；辅助风扇（19）的后端面外圈与环形凸台（18）的前端面内圈之间设有迷宫密封；辅助风扇（19）与后端盖（3）之间留有通风腔（20）；
轴向进风孔（14）、轴向通风孔（12）、轴向出风孔（17）共同构成主冷却风路结构；通风腔（20）构成辅助冷却风路结构；
转子铁心（11）由转子冲片在转轴（10）上叠压而成；转子铁心（11）的端面靠近外圈贯通开设有若干组磁钢槽；每组磁钢槽均由呈V形对称分布的两个磁钢槽组成，且该V形的开口朝外；各组磁钢槽围绕转子铁心（11）的轴线等距排列；每个磁钢槽内均嵌装有多个钐钴永磁体（30）；
前转子压圈（21）固定装配于转轴（10）的外侧面，且前转子压圈（21）压装于转子铁心（11）的前端面内圈；后转子压圈（22）固定装配于转轴（10）的外侧面，且后转子压圈（22）压装于转子铁心（11）的后端面内圈；圆螺母（23）固定装配于转轴（10）的外侧面，且圆螺母（23）压装于后转子压圈（22）的后端面内圈；前永磁体挡板（24）固定装配于前转子压圈（21）的外侧面后部，且前永磁体挡板（24）压装于转子铁心（11）的前端面外圈；后永磁体挡板（25）固定装配于后转子压圈（22）的外侧面前部，且后永磁体挡板（25）压装于转子铁心（11）的后端面外圈；
前永磁体挡板压圈（26）固定装配于前转子压圈（21）的外侧面前部；前永磁体挡板压圈（26）的外圈压装于前永磁体挡板（24）的前端面；前永磁体挡板压圈（26）的内圈压装于前转子压圈（21）的前端面外圈；前永磁体挡板压圈（26）的前端面外圈开设有前平衡槽；后永磁体挡板压圈（27）固定装配于后转子压圈（22）的外侧面后部；后永磁体挡板压圈（27）的外圈压装于后永磁体挡板（25）的后端面；后永磁体挡板压圈（27）的内圈压装于后转子压圈（22）的后端面外圈；后永磁体挡板压圈（27）的后端面外圈开设有后平衡槽；
还包括引出线（31）、水平散热筋（32）、旋转变压器（33）；引出线（31）贯穿固定于机座（1）的上方，且引出线（31）的末端与定子绕组（9）的端头连接；水平散热筋（32）位于后端盖（3）的后端面；旋转变压器（33）的定子固定装配于后外轴承盖（7）的后端面；旋转变压器（33）的转子固定装配于轴头压板（34）的外侧面后部；
所述轴向通风孔（12）的数目为若干个，且各个轴向通风孔（12）沿周向等距排列；所述轴向进风孔（14）的数目为若干个，且各个轴向进风孔（14）沿周向等距排列；所述轴向出风孔（17）的数目与轴向通风孔（12）的数目一致，且各个轴向出风孔（17）与各个轴向通风孔（12）一一对应连通；
所述机座（1）、前端盖（2）、后端盖（3）均采用球墨铸铁制成。
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