CN111071903B - 磁齿轮调速永磁同步曳引机 - Google Patents

磁齿轮调速永磁同步曳引机 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种曳引机，尤其是一种磁齿轮调速永磁同步曳引机。该曳引机包括：基座，安装于基座上的主轴；外转子电机组件，具有一固定于主轴上的外转子电机定子、以及安装于外转子电机定子外侧的、通过第一轴承安装于主轴上的外转子电机转子；调磁铁芯，安装于外转子电机转子的外壁外侧；调磁外转子，设于调磁铁芯外圆周外侧。本发明的磁齿轮调速永磁同步电机的电机和磁齿轮均为外转子结构，减少了定子的尺寸，降低了漆包线的使用；同时，主轴仅起到承载安装的作用，不参与扭矩的传递，电机输出的扭矩直接通过磁齿轮转子传递给曳引轮，使转矩传递更加直接，减少了主轴的纵向长度，缩小了整体的体积和重量。

Description

磁齿轮调速永磁同步曳引机
技术领域
本发明涉及一种曳引机，尤其是一种磁齿轮调速永磁同步曳引机。
背景技术
曳引机是载重牵引的主要动力输出装置，常见的曳引机一般通过转子带动主轴转动进而将扭矩传递给曳引轮，从而带动钢丝绳进行牵引力的输出。随着调制型磁齿轮的发展，市面上出现了一些通过磁齿轮与永磁电机结合来进行传动的磁齿轮曳引机，此类曳引机主要适用于低转速大转矩输出的曳引机。
现有的磁齿轮调速永磁同步曳引机一般包括由一个电机组件、调磁铁芯和磁齿轮转子组成的复合结构，其中电机包括电机定子和电机转子，工作时电机转子的转动，通过调磁铁芯将转矩传递给磁齿轮转子，以公布号为CN108011484A的专利文件中记载的磁齿轮复合电机结构为例，现有的电机组件都是内转子结构，通过内转子的转动将转矩经过调磁铁芯传递给磁齿轮转子，然后磁齿轮转子再经转矩经主轴传递到曳引轮上，实现扭矩的传递，但是这种结构存在如下几个问题：
1、定子的尺寸很大，进而需要使用的绕组数量多，漆包线的使用量很大，造成材料成本较高；
2、磁齿轮转子、曳引轮和主轴之间都是通过平键传递，均需要占用比较大的纵深尺寸，造成整体曳引机的尺寸规格很大，整体重量也较大，不便于制造加工和维护。
发明内容
本发明提供一种缩小整体的重量和体积，降低材料成本的磁齿轮调速永磁同步曳引机。
该曳引机包括：
基座，具有一底部支撑体以及位于底部支撑体上的前支架和后支架；其改进在于，还包括：
主轴，水平的固定于基座的前支架和后支架之间，具有一水平延伸的柱状轴体；
外转子电机组件，具有一固定于主轴上的外转子电机定子、以及安装于外转子电机定子外侧的、通过第一轴承安装于主轴上的外转子电机转子，外转子电机转子的内壁设有外转子电机磁钢，外转子电机的外壁设有磁齿轮内转子磁钢；
调磁铁芯，安装于外转子电机转子的外壁外侧，具有环绕在外转子电机转子上的、环形的调磁铁芯本体，以及等角度设置地、贯通于调磁铁芯本体的多个隔磁孔，环形的调磁铁芯本体被隔磁孔等角度的分割为多个调磁块，隔磁孔中填充有环氧树脂；
调磁外转子，设于调磁铁芯外圆周外侧，通过第二轴承安装于主轴上，具有覆盖调磁铁芯外壁的调磁外转子本体、以及设于调磁外转子本体内壁的磁齿轮外转子磁钢；
曳引轮，安装于调磁外转子外侧与调磁外转子同步转动，具有一中空的筒状轮体，筒状轮体外壁设有曳引绳槽。
优选地，所述的外转子电机转子的内壁具有6组/3对外转子电机磁钢，每组外转子电机磁钢中由两片沿主轴延伸方向并列的两片外转子电机磁钢组成；外转子电机转子的外壁具有6组/3对磁齿轮内转子磁钢，每组磁齿轮内转子磁钢由两片沿主轴延伸方向并列的两片磁齿轮内转子磁钢组成；所述的调磁铁芯本体上具有25个调磁块；调磁外转子本体内壁具有46组/23对磁齿轮外转子磁钢，每组磁齿轮外转子磁钢由两片沿主轴延伸方向并列的两片磁齿轮外转子磁钢组成。
优选地，所述的主轴上设有相邻的电机转子安装部和电机定子安装部，电机转子安装部位于电机定子安装部前端，且电机转子安装部的直径大于电机定子安装部，从而在电机转子安装部与电机定子安装部的交界处形成一台阶；外转子电机定子的前端面顶紧于该台阶处、后端面通过卡环固定；所述的外转子电机转子前端具有一环形的前端板，前端板的内圈向内凹进形成一轴承安装部，所述的第一轴承通过第一轴承压盖安装在该轴承安装部中，第一轴承的内圈安装于电机转子安装部上并通过卡环固定。
优选地，所述的后支架具有一垂直于底部支撑体的圆形端面，在圆形端面的内表面设有一突出于圆形端面内表面的环形的调磁铁芯安装部；调磁铁芯的每个调磁块上设有一安装孔，安装时在调磁铁芯的前端面上通过调磁铁芯压板和螺栓将调磁铁芯固定在后支架的调磁铁芯安装部上。
优选地，所述的调磁外转子的调磁外转子本体的前端设有一垂直的、环形的曳引轮安装面，在曳引轮安装面的内边缘处设有向前端凸起的环形的压板安装部；曳引轮安装面和压板安装部公用一圆柱形内壁作为第二轴承的外圈安装部；曳引轮内侧设有与曳引轮安装面固定的调磁外转子安装面；主轴上设有第二轴承安装部，所述的第二轴承安装于外圈安装部与第二轴承安装部之间，并在外圈处通过第二轴承压板固定，内圈通过一轴承挡圈抵紧在前支架内侧。
优选地，所述的曳引轮的曳引绳槽后侧设有一延伸的制动轮段，形成一曳引轮与制动轮一体的曳引轮结构；所述的后支架顶部向前端延伸一水平安装板，水平安装板上固定一制动器组件承载板，制动器组件承载板上安装有制动器，制动器连接有位于所述的制动轮段的制动臂。
优选地，所述的主轴的前端面通过前轴头压板固定于前支架上；主轴的后端面通过后轴头压板固定于后支架上。
本发明的磁齿轮调速永磁同步电机的电机和磁齿轮均为外转子结构，减少了定子的尺寸，降低了漆包线的使用；同时，主轴仅起到承载安装的作用，不参与扭矩的传递，电机输出的扭矩直接通过磁齿轮转子传递给曳引轮，使转矩传递更加直接，减少了主轴的纵向长度，缩小了整体的体积和重量。
附图说明
图1为本发明实施例的立体结构示意图；
图2为本发明实施例的侧向平面剖视图；
图3为本发明实施例的外转子电机转子立体结构示意图；
图4为本发明实施例的调磁铁芯正面结构示意图；
图5为本发明实施例的调磁外转子立体结构示意图。
具体实施方式
如图1-图1所示，本实施例的磁齿轮调速永磁同步曳引机包括：
基座1，具有一底部支撑体101以及位于底部支撑体101上的前支架102和后支架103；基座与现有的基座一样，有几种主要的组合形式，一种是底部支撑体、前支架和后支架都是独立的部件，通过紧固件固定位一体，另一种结构是整体铸造成型，底部支撑体、前支架和后主架为一体式结构；还有一种是前支架或者后支架其中一个部件与底部支撑体一起铸造成型为一体式结构，然后另一个部件为单独部件，通过紧固件与另外再与其他两个组件组成的整体进行固定，形成一用于承载曳引机的各个功能组件的基础。
主轴2，水平的固定于基座的前支架101和后支架102之间，具有一水平延伸的柱状轴体201；本实施例的主轴是区别于一般曳引机的主要部件，普通的曳引机都是通过主轴来传递扭矩，通过转子的转动带动主轴的转动进而由主轴带动曳引机转动，主轴需要通过平键分别连接转子、曳引轮、刹车轮等，造成主轴需要具有较大的纵深长度，才能够布置上述的都是组件，而磁齿轮电机通常至少包括两个转子，进一步增加了主轴需要预留的长度，而且在磁齿轮调速永磁同步曳引机所使用的低速大扭矩大载重的场景下，每个部件的尺寸均相对较大，通过可以转动的主轴来传递扭矩就会造成曳引机整体体积和重量均处于一个较高的水平，既产生了较高的材料成本，又使得产品的加工、运输、存储成本均处于较高水平。
外转子电机组件3，具有一固定于主轴2上的外转子电机定子301、以及安装于外转子电机定子301外侧的、通过第一轴承302安装于主轴2上的外转子电机转子303，外转子电机转子303的内壁设有外转子电机磁钢304，外转子电机303的外壁设有磁齿轮内转子磁钢305；采用外转子电机组件是本实施例的另一项主要的特点，围绕主轴来设置定子结构，可以使定子结构在满足技术规格要求的前提下尽量的小，由于定子是由定子铁芯和设置与定子铁芯上的绕组组成的，定子的结构下降带来的直接优点就是使用绕组线圈的数量减小，从而可以大幅减少漆包线的使用量。
调磁铁芯4，安装于外转子电机转子303的外壁外侧，具有环绕在外转子电机转子303上的、环形的调磁铁芯本体401，以及等角度设置地、贯通于调磁铁芯本体的多个隔磁孔402，环形的调磁铁芯本体401被隔磁孔402等角度的分割为多个调磁块403，隔磁孔402中填充有环氧树脂；
调磁外转子5，设于调磁铁芯4外圆周外侧，通过第二轴承501安装于主轴2上，具有覆盖调磁铁芯4外壁的调磁外转子本体502、以及设于调磁外转子本体502内壁的磁齿轮外转子磁钢503；
曳引轮6，安装于调磁外转子外侧与调磁外转子同步转动，具有一中空的筒状轮体601，筒状轮体601外壁设有曳引绳槽602。
以上磁齿轮结构的扭矩传递原理和比例计算可以参考现有的类似磁齿轮结构和实际的扭矩输出需要来设置，本实施例中的重点改进点在于各个主要功能部件的组合结构，以及由此带来的体积、重量、成本的优势，以载重5000kg、扭矩为5073Nm、曳引比2:1的无齿轮永磁同步曳引机相比，本实施例的曳引机的前后长度可以减少三分之一，整机重量减少950kg，漆包线用量减少30kg。
本实施例中，所述的外转子电机转子303的内壁具有6组/3对外转子电机磁钢304，每组外转子电机磁钢中由两片沿主轴延伸方向并列的两片外转子电机磁钢组成；外转子电机转子303的外壁具有6组/3对磁齿轮内转子磁钢305，每组磁齿轮内转子磁钢由两片沿主轴延伸方向并列的两片磁齿轮内转子磁钢组成；所述的调磁铁芯本体401上具有25个调磁块403；调磁外转子本体502内壁具有46组/23对磁齿轮外转子磁钢503，每组磁齿轮外转子磁钢由两片沿主轴延伸方向并列的两片磁齿轮外转子磁钢组成。
本实施例中，所述的主轴2上设有相邻的电机转子安装部202和电机定子安装部203，电机转子安装部202位于电机定子安装部203前端，且电机转子安装部202的直径大于电机定子安装部203，从而在电机转子安装部202与电机定子安装部203的交界处形成一台阶204；外转子电机定子301的前端面顶紧于该台阶204处、后端面通过卡环306固定；所述的外转子电机转子303前端具有一环形的前端板3031，前端板3031的内圈向内凹进形成一轴承安装部3032，所述的第一轴承302通过第一轴承压盖307安装在该轴承安装部3032中，第一轴承302的内圈安装于电机转子安装部202上并通过卡环308固定。
本实施例中，所述的后支架103具有一垂直于底部支撑体101的圆形端面1031，在圆形端面1031的内表面设有一突出于圆形端面内表面的环形的调磁铁芯安装部1032；调磁铁芯4的每个调磁块403上设有一安装孔404，安装时在调磁铁芯4的前端面上通过调磁铁芯压板405和螺栓将调磁铁芯4固定在后支架的调磁铁芯安装部1032上。
本实施例中，所述的调磁外转子5的调磁外转子本体502的前端设有一垂直的、环形的曳引轮安装面504，在曳引轮安装面504的内边缘处设有向前端凸起的环形的压板安装部505；曳引轮安装面504和压板安装部505公用一圆柱形内壁作为第二轴承的外圈安装部506；曳引轮6内侧设有与曳引轮安装面504固定的调磁外转子安装面604；主轴2上设有第二轴承安装部205，所述的第二轴承501安装于外圈安装部506与第二轴承安装部205之间，并在外圈处通过第二轴承压板507固定，内圈通过一轴承挡圈508抵紧在前支架102内侧。
本实施例中，所述的曳引轮6的曳引绳槽602后侧设有一延伸的制动轮段603，形成一曳引轮与制动轮一体的曳引轮结构；所述的后支架103顶部向前端延伸一水平安装板104，水平安装板104上固定一制动器组件承载板105，制动器组件承载板105上安装有制动器7，制动器7连接有位于所述的制动轮段603的制动臂701。
本实施例中，所述的主轴2的前端面通过前轴头压板8固定于前支架102上；主轴2的后端面通过后轴头压板9固定于后支架103上。
以上所述仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (5)

1.磁齿轮调速永磁同步曳引机，包括：
基座，具有一底部支撑体以及位于底部支撑体上的前支架和后支架；其特征在于，还包括：
主轴，水平的固定于基座的前支架和后支架之间，具有一水平延伸的柱状轴体；
外转子电机组件，具有一固定于主轴上的外转子电机定子、以及安装于外转子电机定子外侧的、通过第一轴承安装于主轴上的外转子电机转子，外转子电机转子的内壁设有外转子电机磁钢，外转子电机的外壁设有磁齿轮内转子磁钢；
调磁铁芯，安装于外转子电机转子的外壁外侧，具有环绕在外转子电机转子上的、环形的调磁铁芯本体，以及等角度设置地、贯通于调磁铁芯本体的多个隔磁孔，环形的调磁铁芯本体被隔磁孔等角度的分割为多个调磁块，隔磁孔中填充有环氧树脂；
调磁外转子，设于调磁铁芯外圆周外侧，通过第二轴承安装于主轴上，具有覆盖调磁铁芯外壁的调磁外转子本体、以及设于调磁外转子本体内壁的磁齿轮外转子磁钢；
曳引轮，安装于调磁外转子外侧与调磁外转子同步转动，具有一中空的筒状轮体，筒状轮体外壁设有曳引绳槽；
所述的主轴上设有相邻的电机转子安装部和电机定子安装部，电机转子安装部位于电机定子安装部前端，且电机转子安装部的直径大于电机定子安装部，从而在电机转子安装部与电机定子安装部的交界处形成一台阶；外转子电机定子的前端面顶紧于该台阶处、后端面通过卡环固定；所述的外转子电机转子前端具有一环形的前端板，前端板的内圈向内凹进形成一轴承安装部，所述的第一轴承通过第一轴承压盖安装在该轴承安装部中，第一轴承的内圈安装于电机转子安装部上并通过卡环固定；
所述的主轴的前端面通过前轴头压板固定于前支架上；主轴的后端面通过后轴头压板固定于后支架上。
2.如权利要求1所述的磁齿轮调速永磁同步曳引机，其特征在于：所述的外转子电机转子的内壁具有6组/3对外转子电机磁钢，每组外转子电机磁钢中由两片沿主轴延伸方向并列的两片外转子电机磁钢组成；外转子电机转子的外壁具有6组/3对磁齿轮内转子磁钢，每组磁齿轮内转子磁钢由两片沿主轴延伸方向并列的两片磁齿轮内转子磁钢组成；所述的调磁铁芯本体上具有25个调磁块；调磁外转子本体内壁具有46组/23对磁齿轮外转子磁钢，每组磁齿轮外转子磁钢由两片沿主轴延伸方向并列的两片磁齿轮外转子磁钢组成。
3.如权利要求2所述的磁齿轮调速永磁同步曳引机，其特征在于：所述的后支架具有一垂直于底部支撑体的圆形端面，在圆形端面的内表面设有一突出于圆形端面内表面的环形的调磁铁芯安装部；调磁铁芯的每个调磁块上设有一安装孔，安装时在调磁铁芯的前端面上通过调磁铁芯压板和螺栓将调磁铁芯固定在后支架的调磁铁芯安装部上。
4.如权利要求3所述的磁齿轮调速永磁同步曳引机，其特征在于：所述的调磁外转子的调磁外转子本体的前端设有一垂直的、环形的曳引轮安装面，在曳引轮安装面的内边缘处设有向前端凸起的环形的压板安装部；曳引轮安装面和压板安装部公用一圆柱形内壁作为第二轴承的外圈安装部；曳引轮内侧设有与曳引轮安装面固定的调磁外转子安装面；主轴上设有第二轴承安装部，所述的第二轴承安装于外圈安装部与第二轴承安装部之间，并在外圈处通过第二轴承压板固定，内圈通过一轴承挡圈抵紧在前支架内侧。
5.如权利要求4所述的磁齿轮调速永磁同步曳引机，其特征在于：所述的曳引轮的曳引绳槽后侧设有一延伸的制动轮段，形成一曳引轮与制动轮一体的曳引轮结构；所述的后支架顶部向前端延伸一水平安装板，水平安装板上固定一制动器组件承载板，制动器组件承载板上安装有制动器，制动器连接有位于所述的制动轮段的制动臂。
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