CN210093021U - 一种矿用纯电动宽体自卸车用交流永磁同步驱动电机 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种矿用纯电动宽体自卸车用交流永磁同步驱动电机，包括机座(3‑4)、驱动端端盖(3‑1)、非驱动端端盖(3‑2)、转轴(3‑7)、转子铁芯(3‑6)、定子铁芯(3‑5)，以及定子绕组(3‑3)、旋转变压器(3‑10)。机座(3‑4)的结构包括：内水套(4‑5)、外水套(4‑4)、两个封水环(4‑2)，以及第一端环(4‑1)和第二端环(4‑6)。外水套(4‑4)上设有进水口底座(4‑3)和出水口底座(4‑7)；进水口底座(4‑3)上安装进水口(3‑9)，所述出水口底座(4‑7)上安装出水口(3‑11)；内水套(4‑5)和外水套(4‑4)之间设有纵向隔板(4‑8)共同组成轴向往复式水路。本实用新型防护等级高，但散热能力强，功率密度符合要求，经济性好，环保节能。

Description

一种矿用纯电动宽体自卸车用交流永磁同步驱动电机

技术领域

本发明涉及矿用车辆的驱动电机设计制造领域，更具体地说，涉及一种矿用纯电动宽体自卸车用交流永磁同步驱动电机。

背景技术

现有的矿用燃油宽体自卸车由于使用可靠、适用范围广在国内的露天矿剥离工程领域得到迅速推广和大量使用。但在实际作业中由于矿区的路况恶劣，外加车辆经常超载、运营时间长，这使得矿用宽体自卸车的平均使用寿命仅为三至五年，车辆报废后，就需要采购新车。这样每年将产生大量的报废车辆。常规矿用燃油宽体自卸车动力总成是由发动机、离合器、变速箱、万向传动装置、驱动桥等组成。影响矿用宽体自卸车使用寿命的最主要因素是发动机和变速箱。它们也是是车辆的“核心”。如果它们之一出现损坏或故障，车辆无法使用。如果它们之一无法修复，整车就将报废。矿用纯电动宽体自卸车将原有的发动机替换成了驱动电机，对于已报废的矿用宽体自卸车，首先，拆除车辆的发动机、离合器、手动变速箱，安装牵引电机和自动变速箱，拆除车辆的油箱，增加电池箱和电机控制器等部件。这样就使得牵引电机成为车辆的核心，替代发动机成为车辆的动力来源。那么牵引电机性能的优劣将直接影响车辆的性能和可靠性。

传统的牵引电机采用三相交流异步电机。这种类型的电机应用广泛、可靠性高，但电机的效率和功率因数都不高。传统的牵引电机常用结构分为两种：一种为如图1所示的开启式结构，开启式结构风路如箭头所示，虽然散热能力强，但对外部环境条件要求较高。如环境空气中粉尘、污物较多，将会进入电机内部对电机绝缘产生危害。

另一种为如图2所示的封闭散热片式结构，封闭散热片式内部风路如箭头所示，虽然防护等级较高，但散热能力有限，功率密度较开启式低，同样功率的电机体积和重量比开启式增加20％-30％，应用于车辆牵引，经济性差。

发明内容

本发明的目的是克服传统的牵引电机的效率低，散热效果差，经济性差的问题。

为了达到上述目的，本发明提供一种矿用纯电动宽体自卸车用交流永磁同步驱动电机，包括机座、设置在所述机座一端的驱动端端盖、设置在所述机座另一端且与所述驱动端端盖相对的非驱动端端盖、贯穿所述驱动端端盖和所述非驱动端端盖设置的转轴、套设在所述转轴外部的转子铁芯、间隙的套设在所述转子铁芯外部且固定在所述机座内的定子铁芯，以及设置在所述定子铁芯内部的定子绕组；所述转轴的非驱动端上安装有旋转变压器；所述机座的结构包括：内水套、套接在所述内水套的外水套、设置在所述内水套和所述外水套两侧端部的两个封水环，以及分别设置在两个所述封水环外侧的第一端环和第二端环；所述外水套上设有进水口底座和出水口底座；所述进水口底座上安装进水口，所述出水口底座上安装出水口；所述内水套和所述外水套之间设有若干个纵向隔板，所述纵向隔板成交错设置并与所述内水套和外水套之间的间隙组成轴向往复式水路。

优选的是，所述定子铁芯由若干定子冲片组成。

优选的是，所述转子铁芯由若干转子冲片组成。

优选的是，所述转子铁芯的转子冲片外部开有V形槽，所述V形槽内嵌有转子磁钢。

优选的是，所述定子绕组为由成型线圈组成的成型绕组。

优选的是，所述转轴与所述驱动端端盖和非驱动端端盖之间通过轴承固定，并且在所述驱动端端盖和非驱动端端盖上均设有用于润滑的所述轴承的进油孔和出油孔。

优选的是，所述机座的外部两侧设置有安装板。

本发明根据纯电动宽体自卸车的自身特点设计而成，防护等级高，但散热能力强，功率密度符合要求，经济性好，环保节能。

附图说明

图1是现有的开启式电机结构示意图。

图2是现有的封闭散热片式电机结构示意图。

图3是本发明所述的交流永磁同步驱动电机总装结构示意图。

图4是本发明所述的交流永磁同步驱动电机的侧视结构示意图。

图5是本发明所述的交流永磁同步驱动电机的机座结构剖视图。

图6是本发明所述的交流永磁同步驱动电机机座的水道展开图。

图7是本发明所述的交流永磁同步驱动电机的定子和转子槽形的组合结构示意图。

图8是本发明所述的交流永磁同步驱动电机牵引特性曲线图。

图9是本发明所述的交流永磁同步驱动电机制动特性曲线图。

图10是本发明所述的交流永磁同步驱动电机转矩-转速MAP图。

其中：3-1、驱动端端盖；3-2、非驱动端端盖；3-3、定子绕组；3-4、机座；3-5、定子铁芯；3-6、转子铁芯；3-7、转轴；3-8、安装板；3-9、进水口；3-10、旋转变压器；3-11、出水口；4-1、第一端环；4-2、封水环；4-3进水口底座；4-4、外水套；4-5、内水套；4-6、第二端环；4-7、出水口底座；4-8、纵向隔板；6-1、定子冲片；6-2、转子冲片；6-3、磁钢。

具体实施方式

如图3～4所示，本发明的结构包括：机座3-4、设置在所述机座3-4一端的驱动端端盖3-1、设置在所述机座3-4另一端且与所述驱动端端盖3-1相对的非驱动端端盖3-2、贯穿所述驱动端端盖3-1和所述非驱动端端盖3-2设置的转轴3-7、套设在所述转轴3-7外部的转子铁芯3-6、间隙的套设在所述转子铁芯3-6外部且固定在所述座3-4内的定子铁芯3-5，以及设置在所述定子铁芯3-5内部的定子绕组3-3，所述定子绕组3-3为由成型线圈组成的成型绕组。所述定子铁芯3-5由若干定子冲片6-1组成。所述转子铁芯3-6由若干转子冲片6-2组成。所述转子铁芯3-6的转子冲片6-2外部开有V形槽，所述V形槽内嵌有转子磁钢6-3。所述转轴3-7的非驱动端上安装有旋转变压器3-10，用于时时检测电机转子转速和位置。所述转轴3-7与所述驱动端端盖3-1和非驱动端端盖3-2之间通过轴承固定，并且在所述驱动端端盖3-1和非驱动端端盖3-2上均设有用于润滑的所述轴承的进油孔和出油孔。

如图5所示，所述机座3-4的结构包括：内水套4-5、套接在所述内水套4-5的外水套4-4、设置在所述内水套4-5和所述外水套4-4两侧端部的两个封水环4-2，以及分别设置在两个所述封水环4-2外侧的第一端环4-1和第二端环4-6。所述外水套4-4上设有进水口底座4-3和出水口底座4-7；所述进水口底座4-3上安装进水口3-9，所述出水口底座4-7上安装出水口3-11。所述机座(3-4)的外部两侧设置有安装板3-8。

如图6所示，所述内水套4-5和所述外水套4-4之间设有若干个纵向隔板4-8，所述纵向隔板4-8成交错设置并与所述内水套4-5和外水套4-4之间的间隙组成轴向往复式水路。轴向往复式水路在设计时需要保证水路的各处宽度尺寸a、b、c、d一致，使总水路的水阻最小。

实施例：

一种矿用纯电动宽体自卸车用交流永磁同步驱动电机，由驱动端端盖3-1、非驱动端端盖3-2、定子绕组3-3、机座3-4、定子铁芯3-5、转子铁芯3-6、转轴3-7、安装板3-8、进水口3-9、出水口3-11、旋转变压器3-10组成，结构示意图图如图3～4所示。驱动端端盖3-1和非驱动端端盖3-2均设置有注油口和排油口，便于轴承的日常维护。在电机非驱动端轴承外侧安置有一个旋转变压器3-10，用于时时检测电机转子转速和位置。电机通过驱动端转轴3-7的内花键与变速箱轴伸联结。电机机座两侧设置有安装板3-8，用于固定过渡板。过渡板的另一侧与车架固定，达到固定电机的目的。过渡板与车架侧的安装尺寸可根据不同车架结构作调整。冷却水通过进水口3-9和出水口3-11引入和排出。

其中，机座3-4结构如图5所示，由内水套4-5、外水套4-4、两侧封水环4-2、第一端环4-1、第二端环4-6和进水口底座4-3、出水口底座4-7分步组合焊接而成在内水套4-5和外水套4-4之间的间隙中设置若干交错的纵向隔板4-8形成轴向往复式水路冷却结构。这种水道结构制造工艺简便、结构强度高、密封性好，是一种适合大功率的水套冷却电机的结构形式。机座3-4内的水道展开图如图6所示，设计时需要保证水路的各处宽度尺寸a、b、c、d一致，使总水路的水阻最小。为提高电机的结构强度，避免电机使用过程中遭受外物撞击损坏，机座材质选用高强度合金钢板。

本发明中电机的定子冲片6-1、转子冲片6-2均由0.35mm厚的低损耗冷轧硅钢片制作而成，优于传统电机定子冲片和转子冲片选用0.5mm厚的冷轧硅钢片。可降低电机高频运行时的铁芯损耗。定子冲片6-1、转子冲片6-2均由高精度冲床一次冲制完成，若干定子冲片6-1经叠片、压装、焊接步骤形成定子铁芯3-5。若干转子冲片6-2经叠片、压装等步骤固定在转轴3-7上，形成转子铁芯3-6。先进的叠片、压装、焊接工艺不仅可以保证铁芯的压装系数，也能保护冲片自身的片间绝缘不受损，还能防止因个别处铁芯松散引起的高频振动和噪声。

如图3所示，电机定子绕组3-3采用成型绕组，成型绕组由成型线圈组成；每个成型线圈由聚酰亚胺薄膜烧结铜扁线绕制成型，这种匝间绝缘可耐受200℃的温度，再根据电压等级和使用场合叠包适当层数的聚酰亚胺薄膜少胶云母带和一层保护用无碱带。下线前，槽内放置一层复合材料绝缘槽纸。绝缘槽纸和包绕在绝缘导线外侧的云母带共同组成线圈的对地绝缘。经真空压力浸漆后，不仅可以提升绕组的绝缘性能，还能增强机械强度，提高换热能力。另外，与散嵌线圈相比，成型线圈的槽满率更高，散热系数更高，电机的热负荷可以取更大值。

如图7所示，转子磁钢6-3选用可耐高温的稀土永磁材料制造而成，外表面镀一层环氧树脂。转子冲片6-2槽型采用″V″型槽，转子冲片6-2压装完成后，将磁钢6-3嵌入″V″型槽内，再经注胶固化与转子铁芯3-6粘合成牢固的一体。这样做可防止转子高速旋转时，永磁块在槽内与铁芯发生机械碰撞而导致破碎。另外，转子铁芯3-6采用分段斜极结构，目的是减小电机的齿槽转矩。

本实施例中，电机的电磁参数需根据不同矿区不同的运行工况量身定制。设计时需要考虑矿山的道路情况、物料情况、装载情况、常用车速、最高车速、气候环境以及用户提出的其他要求。依据这些车辆参数推导计算出电机的峰值牵引转矩(Tdmax)、峰值牵引功率(Pdmax)、额定牵引转速(ndN)、最高牵引转速(ndmax)、峰值制动转矩(Tfmax)、峰值制动功率(Pfmax)、额定制动转速(nfN)、最高制动转速(nfmax)等参数。绘制出电机需满足的牵引和制动特性曲线，如图8和图9所示，其中横坐标为转速，纵坐标为转矩和功率。再根据这两条曲线进行电机的电磁设计和计算。再设计出对应输出特性曲线的驱动电机如图10所示。车辆在满足牵引和制动特性的前提下，应尽可能提高电机的效率。如果运行在不同工况的车辆都选用同一款大功率的牵引电机，虽然都可以满足车辆的使用要求，但电机的效率和整机重量都无法做到最优，最终影响车辆的运行经济性。

如图10所示，如图阴影区域是电机的全部工作区域，圈内是电机的最常用到的工作区域，那么设计电机时，将电机最常用区域的电机效率设计最高，离常用区域远一些的依次下降，这样经济性最好。根据电机常用工作区域的位置将电机最高效率区域设计在常用工作区域附近，并覆盖常用工作区域。这样可提高车辆运行的经济性。图中区域一效率η1＞区域二效率η2＞区域三效率η3＞区域四效率η4＞区域五效率η5。

采用电机驱动后，牵引电机除了在车辆正常行驶时作电动机运行，为车辆提供牵引力。在车辆下坡或刹车时还可以作发电机运行，为车辆提供制动力。制动发电时产生的电能储存于车辆的动力电池中，用于牵引时使用。与常规燃油车相比，不仅减少了刹车片的磨损，也实现了节能。

综上，针对目前矿山剥离工程运输行业普遍存在的车辆运行寿命短、报废量大、使用工况与车辆特性不匹配等诸多问题。如何制定行之有效的方法，提升车辆的利用率，提高行业的经济效益。

本发明的优势在于：为矿用纯电动化宽体自卸车设计了一种水套冷交流永磁同步驱动电机，可实现报废车辆的再次利用，节省了采购成本。减少温室气体的排放。推动矿山装备的可持续发展。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明披露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种矿用纯电动宽体自卸车用交流永磁同步驱动电机，其特征在于，包括机座(3-4)、设置在所述机座(3-4)一端的驱动端端盖(3-1)、设置在所述机座(3-4)另一端且与所述驱动端端盖(3-1)相对的非驱动端端盖(3-2)、贯穿所述驱动端端盖(3-1)和所述非驱动端端盖(3-2)设置的转轴(3-7)、套设在所述转轴(3-7)外部的转子铁芯(3-6)、间隙的套设在所述转子铁芯(3-6)外部且固定在所述机座(3-4)内的定子铁芯(3-5)，以及设置在所述定子铁芯(3-5)内部的定子绕组(3-3)；

所述转轴(3-7)的非驱动端上安装有旋转变压器(3-10)；

所述机座(3-4)的结构包括：内水套(4-5)、套接在所述内水套(4-5)的外水套(4-4)、设置在所述内水套(4-5)和所述外水套(4-4)两侧端部的两个封水环(4-2)，以及分别设置在两个所述封水环(4-2)外侧的第一端环(4-1)和第二端环(4-6)；

所述外水套(4-4)上设有进水口底座(4-3)和出水口底座(4-7)；所述进水口底座(4-3)上安装进水口(3-9)，所述出水口底座(4-7)上安装出水口(3-11)；

所述内水套(4-5)和所述外水套(4-4)之间设有若干个纵向隔板(4-8)，所述纵向隔板(4-8)成交错设置并与所述内水套(4-5)和外水套(4-4)之间的间隙组成轴向往复式水路。

2.根据权利要求1所述的矿用纯电动宽体自卸车用交流永磁同步驱动电机，其特征在于，所述定子铁芯(3-5)由若干定子冲片(6-1)组成。

3.根据权利要求1所述的矿用纯电动宽体自卸车用交流永磁同步驱动电机，其特征在于，所述转子铁芯(3-6)由若干转子冲片(6-2)组成。

4.根据权利要求3所述的矿用纯电动宽体自卸车用交流永磁同步驱动电机，其特征在于，所述转子铁芯(3-6)的转子冲片(6-2)外部开有V形槽，所述V形槽内嵌有转子磁钢(6-3)。

5.根据权利要求1所述的矿用纯电动宽体自卸车用交流永磁同步驱动电机，其特征在于，所述定子绕组(3-3)为由成型线圈组成的成型绕组。

6.根据权利要求1所述的矿用纯电动宽体自卸车用交流永磁同步驱动电机，其特征在于，所述转轴(3-7)与所述驱动端端盖(3-1)和非驱动端端盖(3-2)之间通过轴承固定，并且在所述驱动端端盖(3-1)和非驱动端端盖(3-2)上均设有用于润滑的所述轴承的进油孔和出油孔。

7.根据权利要求1所述的矿用纯电动宽体自卸车用交流永磁同步驱动电机，其特征在于，所述机座(3-4)的外部两侧设置有安装板(3-8)。

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