动车永磁同步牵引电动机

摘要

本发明涉及电动机，具体为动车永磁同步牵引电动机。解决现有永磁同步电动机由于结构缺陷不适合直接作为动车永磁同步牵引电动机的问题。该电机采用了一种新型转子磁路结构冲片，一种集成度高的紧凑型转子结构及可拆卸接线盒结构及引线结构。接线盒可以方便拆卸，使电机容易安装。采用内转子U形磁路永磁结构，增加隔磁桥及圆角设计，改善了电机的启动和过载能力。传动端转子压圈集转子铁心压紧、永磁体端面压紧、转子动平衡、内封环迷宫密封结构于一体，结构紧凑、轴向占用空间小、安装方便等优点，能广泛应用于机车动车领域。本发明的研发及运行，为永磁电机研发更大功率、更高转速，更高功率密度的永磁牵引电机结构提供现实依据。

说明书

技术领域

本发明涉及电动机，具体为动车永磁同步牵引电动机。

背景技术

随着铁路机车牵引技术由直流传动向交流传动的转变，对系统小型化、轻量化的要求将告一段落，今后在加深小型轻量化技术的基础上，必将朝高效率化、低噪音化、低运营成本化发展。永磁电机传动系统以高效节能、低噪音、低维护越来越受到用户的青睐，开发适合的永磁传动系统成为今后铁路牵引技术发展方向。

动车牵引电机的负载是一个较宽的可变负载，在这种可变负载场合下，要求在满负载及轻负载的各种工况下都能输出高效率和高功率因数。而永磁同步电动机在从20%～120%额定负载范围内均具有较高效率和功率因数，使轻载运行时具有显著的节能效果。因此永磁传动系统特别适合动车驱动电机的使用要求。但现有永磁同步电动机由于结构原因，并不适合直接作为动车永磁同步牵引电动机。

附图1－4为现有永磁同步电动机的结构示意图；其中，图1为整体结构示意图，图2为转子冲片结构示意图，图3为接线盒结构示意图，图4为转子结构示意图。其结构特点如下：

a）现有永磁同步电动机的转子冲片磁路结构一般采用V型磁路（呈V型分布的两个磁钢槽构成一个磁极）、磁钢槽两端基本平滑过渡，无明显圆角设计、每极磁钢槽下未设计隔磁桥孔。

b）现有接线盒一般采用与机座整体铸造或焊接，成为一整体；三相线分别进入接线盒，用橡胶套与机座壁绝缘。再分别从接线盒引出，用电缆接头固定密封。

c）现有永磁电机的转子结构两端由圆形压圈8压紧转子铁心，永磁体装配后需在两侧依次安装永磁体挡板10、永磁体挡板压圈9、平衡盘及内封环7，最后形成转子。

现有永磁同步电动机存在如下缺点：

a.其转子磁路结构造成电机的启动及调速性能差，每极下提供的磁通有限，导致电机功率密度小，恒功范围窄；转子磁钢槽周边应力集中，易造成冲片强度局部较差，冲片损伤；同时转子漏磁系数大，气隙中谐波含量高，磁钢利用率低，导致电机容量小。

b.其接线盒与机座一体，占用空间大，在有限空间内不能更好的增加引线头电气间隙；同时接线盒无法拆卸，电机在机车上安装时易磕碰，使安装难度增大。

c.其转子压圈与铁心接触面积小，易造成齿涨；轴向安装部件较多造成轴向占用空间大，制造成本高。

发明内容

本发明解决现有永磁同步电动机由于结构缺陷不适合直接作为动车永磁同步牵引电动机的问题，提供一种动车永磁同步牵引电动机。

本发明是采用如下技术方案实现的：动车永磁同步牵引电动机，包括顶部开有进风口的机座、定子铁心及定子线圈、转子装配、接线盒；转子装配包括转轴、由转子冲片叠压而成的转子铁心、转子压圈、永磁体挡板，转子冲片上开有磁钢槽、通风孔，磁钢槽内插有磁钢；转子装配传动端的转子压圈上开有环状的转子动平衡槽且设有内封环迷宫密封结构，转子装配传动端的永磁体挡板套于转轴上并由转子压圈压紧。转子装配传动端采用高度集成了转子铁心压紧、永磁体挡板压紧、转子动平衡槽、内封环迷宫密封结构于一体的转子压圈，此结构具有集成度高、结构紧凑、轴向占用空间小、安装方便等优点，特别适合于对体积重量要求特别高的动车组电机。

进一步地，转子冲片为U型磁路结构，即呈U形分布的三个磁钢槽构成一个磁极；每个磁极下即三个呈U形分布的磁钢槽所围的范围内，开有两个隔磁桥孔，两个隔磁桥孔分别位于每个磁极的两侧磁钢槽（构成每个磁极的三个磁钢槽分成两侧的和中间的）的内侧及转子冲片外缘；转子冲片与转轴采用过盈配合；磁钢与转子冲片间隙配合，每段磁钢两端缝隙采用硅橡胶灌封。采用U型磁路永磁结构，优化了磁路，提高了电机的启动和过载能力，有效减小了转子重量，增加了电机效率和容量。每个磁极下增加隔磁桥孔，在不影响冲片强度情况下，可减小漏磁，增大磁钢利用率，提高电机容量。冲片与转轴采用过盈配合，在保证了电机可靠性的同时，简化了转子叠压工艺，降低了成本及制造周期。每段磁钢两端缝隙采用硅橡胶灌封，不仅起到完全固定永磁体的作用，而且固化后的弹性体能够减小电机运行时磁钢承受冲击振动，保证长期可靠的有效密封，同时起到了很好的导热作用。

接线盒可拆卸地连接于机座上，接线盒内的接线柱为斜线排列；定子线圈的三相引出线从机座顶部的进风口引出并引入接线盒；在机座顶部的进风口处固定有用于固定定子线圈的三相引出线的绝缘固定板和绝缘线卡，定子线圈的三相引出线与绝缘固定板之间用绝缘绑扎线绑扎。三相引出线从定子铁心引入机座进风口内，并用绝缘固定板、绝缘线卡等固定使布线规范，有效利用电机内部空间，方便电缆布线与安装固定。接线盒为可拆卸结构，减小电机在机车上的安装难度，消除电机与机车安装过程中在接线盒位置的干涉。接线柱在接线盒内部采用斜线排列设计，在接线盒空间有限的情况下增加接线柱之间的电气间隙。同时增加电缆密封接头相互间的距离，为大尺寸密封接头的使用提供有效空间。

针对动车牵引领域，本发明提供一种高效率、高功率密度、高功率因数的永磁牵引电动机。该电机采用了一种新型转子磁路结构冲片，一种集成度高的紧凑型转子结构及可拆卸接线盒结构及引线结构。本发明具有如下突出的技术效果：1）接线盒可以方便拆卸，使电机容易安装。引出线布线与机座进风口一体化，可以减小电机占用空间，降低制造成本。接线柱在接线盒安装面采用斜线或三角形排列，增加接线柱之间的电气间隙和电缆密封接头相互间的距离，同时方便接线。为大尺寸密封接头的使用提供有效空间。整个接线盒结构简单实用，可以满足所有电机设计需要，应用广泛。2）采用内转子U形磁路永磁结构，增加隔磁桥及圆角设计，改善了电机的启动和过载能力，增加了电机效率和容量。同时在电机的抗去磁能力、功率密度及磁钢利用率上有显著提高，使电机的性能、可靠性及寿命增加，成本减低。最大程度上体现了永磁电机结构简单、体积小、重量轻、损耗小、效率高等优点。3）本发明转子结构具有较高的集成度，传动端转子压圈集转子铁心压紧、永磁体端面压紧、转子动平衡、内封环迷宫密封结构于一体，结构紧凑、轴向占用空间小、安装方便等优点，能广泛应用于机车动车领域，尤其在对空间要求较高的情况下优势显著。4）与异步电机对比该永磁同步电动机在从20%～120%额定负载范围内均具有较高效率和功率因数，在轻载运行时具有显著的节能效果。采用永磁传动系统，综合效率改善达3％左右，如果是消耗30000度电的线路，可以节省1000度左右的电量，经济效益显著。5）本发明的研发及运行，为永磁电机研发更大功率、更高转速，更高功率密度的永磁牵引电机结构提供现实依据。

附图说明

图1为现有永磁同步电动机整体结构示意图；

图2为现有永磁同步电动机转子冲片结构示意图；

图3为现有永磁同步电动机接线盒结构示意图；

图4为现有永磁同步电动机转子结构示意图；

图5为本发明所述动车永磁同步牵引电动机整体结构示意图；

图6为本发明所述动车永磁同步牵引电动机转子装配结构示意图；

图7为本发明所述动车永磁同步牵引电动机转子冲片结构示意图；

图8为本发明所述动车永磁同步牵引电动机接线盒及引出线结构示意图（其中的机座为图5机座的俯视图）。

图中：1－转轴，2－传动端端盖，3－轴承，4－定子铁心，5－轴承，6－非传动端端盖，7－平衡盘及内封环，8－转子压圈，9－永磁体挡板压圈，10－永磁体挡板，11－转子铁心，12－磁钢，13－圆角，14－磁钢槽，15－隔磁桥孔，16－进风口，17－绝缘固定板，18－接线柱，19－接线盒，20－绝缘绑扎线，21－绝缘线卡。

具体实施方式

动车永磁同步牵引电动机，包括顶部开有进风口16的机座、定子铁心4及定子线圈、转子装配、接线盒19；转子装配包括转轴1、由转子冲片叠压而成的转子铁心11、转子压圈8、永磁体挡板10，转子冲片上开有磁钢槽14、通风孔，磁钢槽内插有磁钢12；转子装配传动端的转子压圈8上开有环状的转子动平衡槽且设有内封环迷宫密封结构，转子装配传动端的永磁体挡板10套于转轴上并由转子压圈8压紧。转子冲片为U型磁路结构，即呈U形分布的三个磁钢槽构成一个磁极；每个磁极下即三个呈U形分布的磁钢槽所围的范围内，开有两个隔磁桥孔15，两个隔磁桥孔分别位于每个磁极的两侧磁钢槽（构成每个磁极的三个磁钢槽分成两侧的和中间的）的内侧及转子冲片外缘；转子冲片与转轴1采用过盈配合；磁钢12与转子冲片间隙配合，每段磁钢两端缝隙（即与磁钢槽间的缝隙）采用硅橡胶灌封。接线盒19可拆卸地连接于机座上，接线盒19内的接线柱18为斜线排列；定子线圈的三相引出线从机座顶部的进风口16引出并引入接线盒19；在机座顶部的进风口处固定有用于固定定子线圈的三相引出线的绝缘固定板17和绝缘线卡21，定子线圈的三相引出线与绝缘固定板17之间用绝缘绑扎线20绑扎。

具体实施时，磁钢槽14两端开设有用于消除应力集中的圆角13。圆角设计消除了磁钢槽周边应力集中问题，增大电机冲片局部强度。只要明白圆角设计的目的是消除应力集中，圆角在磁钢槽两端的具体位置以及圆角的具体形状，对本领域技术人员来讲是公知的或者是容易设计得到的。通风孔全部开在磁极下。每个磁极下的通风孔为五个。所述的隔磁桥孔15为腰形，以进一步提高其减小漏磁的效果。转子冲片采用0.5mm厚硅钢片制成。磁钢12采用高工作温度、高磁能积的稀土永磁体。