CN106487125A - 机车直驱永磁牵引电动机 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及机车直驱电动机，具体为机车直驱永磁牵引电动机，解决现有电机结构复杂、制造成本高、散热差、杂物易进入内部增加清洁维护工作量的问题，方案为：叠片一周均布拉板；相邻拉板间焊有外壳，叠片外圆、拉板、外壳围成风道；叠片梳齿间间隔设有槽楔，槽楔与叠片梳齿形成风道；空心转轴用高强度锻钢，端面开有齿槽；端盖为铸铝材质；端盖内部伸出挡风板，挡风板端头紧贴槽楔端面，挡风板与槽楔端面设有密封条。优点：1、空心转轴及铸铝端盖减轻了重量；2、通过传力盘连接，无需齿轮箱传动，结构简单，节省空间，传动损耗小，传动效率高；3、定子独立风道强迫通风冷却，维护工作量小。

Description

机车直驱永磁牵引电动机
技术领域
本发明涉及机车直驱电动机，具体为机车直驱永磁牵引电动机。
背景技术
现有机车牵引系统的主流采用交流传动牵引系统，使用交流异步牵引电机驱动齿轮箱再驱动机车轮轴作为传动系统。由于交流异步电机固有的力矩特性使之在最高额定转速时才输出最大转矩，所以交流异步电机高效率只出现在很窄的速度范围内，加上齿轮箱本身存在功率损耗，很难实现整个传动系统高效率。另外齿轮箱的存在使传动系统的噪音增大，系统维护工作量加大，且齿轮箱油对环境造成污染，所以科研工作者不断追求传动效率高、维护工作量小、环境损害更小的传动系统。
随着交流永磁同步电机技术不断进步完善，其高功率密度、高启动转矩、在20～120%负载下存在高效率，在很宽的速度范围内输出恒定的最大转矩，使得机车电传动领域直接驱动成为可能，加上近几年国内外轨道交通已在直驱领域做了很多基础工作，并在地铁、轻轨、动车等领域已有试验样车在线运行，直驱可靠性已得到验证，已达到直接应用于机车领域的水平。
机车直接驱动省略了齿轮箱中间传动环节，使机车驱动结构更紧凑，重量更轻，整车性能更高，加上永磁电机体积小、重量轻、高效率、高输出转矩、高功率密度、良好的动态性能、低速大扭矩高过载能力、以及良好的弱磁扩速能力满足了机车较宽的恒功率速度范围的要求，使得直驱永磁电机在机车驱动领域将会有广阔的应用前景。
目前现有的直驱永磁牵引电机设计多用于地铁、轻轨、动车等有轨机车上，有功率小、原电机齿轮箱传动比小等特点，因此，不采用原来的强迫通风方式而采用水冷方式即可实现直驱方式。而机车牵引电机功率大、转速低、齿轮箱传动比大，采用前述方式实现直驱的可能性较小，必须采用与原电机相同的强迫通风方式才能使在机车上实现直驱方式牵引成为可能。而传统的永磁电机为防止转子表面吸附金属粉末，一般采用整个电机全封闭结构，外部冷却风吹机壳的冷却方式，此种冷却方法效果较差，并不能满足实际需要。因此，设计一种既能采用强迫通风以提高电机电磁负荷又能解决永磁电机转子表面吸附金属粉末的直驱永磁牵引电机是十分有必要的。
发明内容
本发明解决现有直驱永磁牵引电机结构复杂、制造成本高、散热效果差、杂物容易进入电机内部增加清洁维护工作量的问题，提供一种机车直驱永磁牵引电动机。
本发明是通过以下技术方案实现的：直驱永磁牵引电机，包括定子、转子、前端盖、后端盖、旋转变压器；
所述定子包括机座和定子绕组，所述机座为全叠片焊接结构，叠片一周均布有八个拉板，所述拉板将两端定子压圈与叠片焊接成为一个整体；相邻的所述拉板之间焊接有外壳，所述叠片的外圆、所述拉板、所述外壳合围成电机外部的多条强迫通风风道；所述定子绕组采用成型硬绕组；所述叠片的梳齿间间隔设置有槽楔，槽楔与两侧叠片的梳齿形成定子内通风道；
所述转子包括空心转轴、转子冲片、转子压圈、挡圈、转子紧固螺栓、永磁体、永磁体挡板和永磁体压板；所述转子冲片采用V型槽内置磁钢结构，转子冲片叠压在空心转轴上，靠两侧转子压圈和挡圈压紧，转子铁芯两侧设置不锈钢永磁体挡板和永磁体压板，转子紧固螺栓采用楔入式锁紧垫圈锁紧；所述空心转轴采用高强度锻钢，两端面开有与传力盘连接的齿槽；
所述前端盖和后端盖为铸铝材质的前端盖和后端盖；所述前端盖上设有出风口，所述后端盖上设有与机座连通的进风口，所述前端盖和后端盖内部伸出一圈挡风板，所述挡风板端头紧贴靠近转子一侧的槽楔端面，所述挡风板与靠近转子一侧的槽楔端面设有密封条。
叠片外圆、拉板、外壳合围成强迫通风风道，叠片梳齿间设有槽楔，内侧槽楔用于固定定子绕组，外侧槽楔与内侧槽楔间隔设置，与两侧的叠片的梳齿合围形成内通风道。两端端盖内部伸出一圈挡风板，与内侧槽楔端面通过密封条密封，从而使得定子与转子之间完全封闭。强迫冷却风由机座的进风口进入电机，分两路对电机进行冷却：一路经过定子绕组，由挡风板导流后通过叠片与槽楔围成的内通风道到达非传动端出风口；另一路经外壳与叠片外圆以及拉板合围成的强迫通风风道到达非传动端出风口，由于挡风板以及挡风板与内侧槽楔端面密封，冷却风不经过转子铁芯和定转子之间的空气隙，避免粉尘及磨损粉末进入转子内部，增加维护工作量，同时避免齿轮箱油二次污染。定转子之间密封，还可大大减少噪音源，降低整车噪音。转子冲片两端用转子压圈和挡圈压紧后用紧固螺栓锁紧，一端设有挡圈，满足一定范围的轴向位移。转子铁芯两侧设置不锈钢永磁体挡板和永磁体压板，紧固螺栓采用楔入式锁紧垫圈锁紧，压紧永磁体防止高速逸出。高强度锻钢的空心转轴、铸铝材质的前后端盖，可大大减轻整机重量，空心转轴套在传动轴上，通过转轴两端的齿槽与传力盘连接，传力盘与机车轮对连接，传输动力。
所述叠片外圆对应强迫通风风道处开有齿槽。齿槽形结构可增大强迫通风风道的散热面积，提高整机散热能力，使整机温升控制在一定限制下。
本发明具有以下优点：1、空心转轴及铸铝端盖大大减轻了电机重量；2、空心转轴结构通过传力盘与车轴连接，无需齿轮箱传动，结构简单，节省空间，传动损耗大大减小，传动效率提高，减少了齿轮箱的维护工作量，避免齿轮箱油二次污染；3、定子独立内外风道强迫通风冷却，冷却风不通过转子铁芯和定转子气隙，免除定期解体清扫电机内部的维护工作量。
附图说明
图1为本发明总装结构示意图；
图2为定子结构示意图；
图3为转子结构示意图；
图4为风路结构示意图；
图5为机座结构示意图；
图6为图5左视1/4剖视图
图7定子内风路结构示意图；
图8为空心转轴结构示意图；
图9为图7传力盘连接齿槽结构放大图；
图10为前后端盖内挡风板结构示意图；
图中：1-前端盖，2-后端盖，3-旋转变压器，4-定子绕组，5-叠片，6-拉板，7-定子压圈，8-外壳，9-强迫通风风道，10-槽楔，11-定子内通风道，12-空心转轴，13-转子冲片，14-转子压圈，15-挡圈，16-转子紧固螺栓，17-永磁体，18-永磁体挡板，19-永磁体压板，20-挡风板，21-密封条。
具体实施方式
直驱永磁牵引电机，包括定子、转子、前端盖1、后端盖2、旋转变压器3；
所述定子包括机座和定子绕组4，所述机座为全叠片焊接结构，叠片5一周均布有八个拉板6，所述拉板6将两端定子压圈7与叠片5焊接成为一个整体；相邻的所述拉板6之间焊接有外壳8，所述叠片5的外圆、所述拉板6、所述外壳8合围成电机外部的多条强迫通风风道9；所述定子绕组4采用成型硬绕组；所述叠片5的梳齿间间隔设置有槽楔10，槽楔10与两侧叠片5的梳齿形成定子内通风道11；
所述转子包括空心转轴12、转子冲片13、转子压圈14、挡圈15、转子紧固螺栓16、永磁体17、永磁体挡板18和永磁体压板19；所述转子冲片13采用V型槽内置磁钢结构，转子冲片13叠压在空心转轴12上，靠两侧转子压圈14和挡圈15压紧，转子铁芯两侧设置不锈钢永磁体挡板18和永磁体压板19，转子紧固螺栓16采用楔入式锁紧垫圈锁紧；所述空心转轴12采用高强度锻钢，两端面开有与传力盘连接的齿槽；
所述前端盖1和后端盖2为铸铝材质的前端盖和后端盖；所述前端盖1上设有出风口，所述后端盖2上设有与机座连通的进风口，所述前端盖1和后端盖2内部伸出一圈挡风板20，所述挡风板20端头紧贴靠近转子一侧的槽楔10端面，所述挡风板20与靠近转子一侧的槽楔10端面设有密封条21。
具体实施时，所述叠片5外圆对应强迫通风风道11处开有齿槽。
使用时，将机车轮对轴穿入空心转轴12内，空心转轴12两端面的齿槽将空心转轴12的转矩通过传力盘传递给机车轮对轴，空心转轴12一端设有挡圈15，满足一定范围的轴向位移。强迫冷却风由机座的进风口进入电机，分两路对电机进行冷却：一路经过定子绕组4，由挡风板20导流后通过叠片5与槽楔10围成的定子内通风道11到达非传动端出风口；另一路经外壳8与叠片5外圆以及拉板6合围成的强迫通风风道9到达非传动端出风口，由于挡风板20以及挡风板20与内侧槽楔10端面密封，冷却风不经过转子铁芯和定转子之间的空气隙，避免粉尘及磨损粉末进入转子内部，增加维护工作量，同时避免齿轮箱油二次污染。定转子之间密封，还可大大减少噪音源，降低整车噪音。

Claims (2)

1.一种直驱永磁牵引电机，包括定子、转子、前端盖（1）、后端盖（2）、旋转变压器（3）；其特征在于：
所述定子包括机座和定子绕组（4），所述机座为全叠片焊接结构，叠片（5）一周均布有八个拉板（6），所述拉板（6）将两端定子压圈（7）与叠片（5）焊接成为一个整体；相邻的所述拉板（6）之间焊接有外壳（8），所述叠片（5）的外圆、所述拉板（6）、所述外壳（8）合围成电机外部的多条强迫通风风道（9）；所述定子绕组（4）采用成型硬绕组；所述叠片（5）的梳齿间间隔设置有槽楔（10），槽楔（10）与两侧叠片（5）的梳齿形成定子内通风道（11）；
所述转子包括空心转轴（12）、转子冲片（13）、转子压圈（14）、挡圈（15）、转子紧固螺栓（16）、永磁体（17）、永磁体挡板（18）和永磁体压板（19）；所述转子冲片（13）采用V型槽内置磁钢结构，转子冲片（13）叠压在空心转轴（12）上，靠两侧转子压圈（14）和挡圈（15）压紧，转子铁芯两侧设置不锈钢永磁体挡板（18）和永磁体压板（19），转子紧固螺栓（16）采用楔入式锁紧垫圈锁紧；所述空心转轴（12）采用高强度锻钢，两端面开有与传力盘连接的齿槽；
所述前端盖（1）和后端盖（2）为铸铝材质的前端盖和后端盖；所述前端盖（1）上设有出风口，所述后端盖（2）上设有与机座连通的进风口，所述前端盖（1）和后端盖（2）内部伸出一圈挡风板（20），所述挡风板（20）端头紧贴靠近转子一侧的槽楔（10）端面，所述挡风板（20）与靠近转子一侧的槽楔（10）端面设有密封条（21）。
2.根据权利要求1所述的直驱永磁牵引电机，其特征在于：所述叠片（5）外圆对应强迫通风风道（11）处开有齿槽。
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