CN109638999A - 一种低损耗、空心轴散热结构的永磁转子 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及机车牵引领域直驱永磁电机,具体为一种低损耗、空心轴散热结构的永磁转子。解决了现有转子冲片上减重孔少,转子质量大、转子的铁心损耗较大的问题。一种低损耗、空心轴散热结构的永磁转子,永磁转子的冲片上环绕其中心开有多个永磁体槽;每个永磁体槽分别与相邻的永磁体槽构成一个V型结构,两相邻V型结构中,一个开口朝向冲片径向外侧,一个开口朝向冲片径向内侧;每个开口朝外的V型结构开口处设有一个直轴磁路倒三角孔;每个开口朝内的V型结构开口处设有一组呈倒品字分布的交轴磁路圆孔。该结构集高效导磁、低损耗、轻量化等优点,在对车底空间要求较高、转子冷却效果差、电机输出转矩大情况下优势显著。
Description
技术领域
本发明涉及机车牵引领域直驱永磁电机,具体为一种低损耗、空心轴散热结构的永磁转子。
背景技术
在机车牵引领域直驱永磁电机具有输出转矩大、体积大的特点,受机车轮径、空心轴尺寸的限制,电机的尺寸受到制约。在有限的空间内,转子需在满足电磁性能的情况下尺寸需做到更小、更合理;同时转子在密闭空间内,需要降低转子自身损耗及增加散热功能。为满足牵引电机体积、重量、转子密封要求,有必要设计一种全新的低损耗、可以散热的转子结构,以能够满足机车直驱牵引的各项特定要求。
与本发明相关的现有技术
现有转子技术方案如图3、4所示,其特点如下:
现有冲片结构简单,采用“V”型结构永磁体槽、永磁体之间设置减重孔、内圆开设键槽,用定位键与转轴连接。
现有技术方案的缺点:
a.电机极数少,永磁体占比较小,冲片上减重孔少,转子质量大同时转子的铁心损耗较大;
b.现有的转子采用实心轴,造成质量大、也不能进行散热。
发明内容
在机车直驱牵引领域,受铁路轨距、机车轮径的影响,电机外形尺寸及重量受限,同时电机的输出转矩又成倍增加,常规设计思路无法满足电机的性能、质量要求。为了解决以上问题,需要采用能够装配更多永磁体的特殊转子保证电机的输出转矩,同时还需控制电机转子质量、降低转子的损耗,本发明只能采用优化转子磁路、减少不必要的冗余尺寸、提高永磁体用量来解决电机尺寸空间小、重量轻、过载倍数、输出力矩大、转子散热难等一系列问题。
本发明是采用以下技术方案实现的:一种低损耗、空心轴散热结构的永磁转子,永磁转子的冲片上环绕其中心开有多个永磁体槽;每个永磁体槽分别与相邻的永磁体槽构成一个V型结构,两相邻V型结构中,一个开口朝向冲片径向外侧,一个开口朝向冲片径向内侧;每个开口朝外的V型结构开口处设有一个直轴磁路倒三角孔;每个开口朝内的V型结构开口处设有一组呈倒品字分布的交轴磁路圆孔。
进一步的,永磁转子采用空心转轴结构。
本发明适用于机车直驱永磁牵引的新型转子,采用空心轴、轻量化转子冲片,"V"型磁路设计、设计集减重并优化交直轴磁路倒三角孔、相邻磁极设计减重并优化交轴磁路倒品字分布的圆孔。该转子结构设计合理,提高永磁体在转子中的利用率、减小了转子质量、降低转子损耗。
空心轴可以对转子内圆进行冷却,尤其针对电机转矩大、体积受限、转子无法冷却的大型永磁电机。
进一步的,所述空心转轴内腔中间大,两端小。所述空心转轴内腔中间配有环形加强筋。空心转轴内腔的结构可以降低转轴质量,并且更有利于将转子部分热量散掉;加强筋则能够提高转轴强度。
进一步的,所述直轴磁路倒三角孔呈锐角三角形,底边朝向冲片径向外侧,顶角朝向转子冲片中心。每个转子冲片上的直轴磁路倒三角孔呈等间距环绕冲片中心布置。
每组倒品字分布的交轴磁路圆孔包括三个圆孔,三个圆孔排成的品字形结构的底边朝向冲片径向内侧,顶角朝向冲片径向外侧。
上述优化后的直轴磁路倒三角孔以及交轴磁路倒品字分布的圆孔,相比传统的减重孔设计,轭部磁路更短、冲片更轻、转子损耗更小。
本发明方案的实施,为机车直驱牵引电机领域提供了一种新型轻量化、低损耗、可散热的新型转子结构。该结构集高效导磁、低损耗、轻量化等优点,能广泛应用于机车直驱牵引电机领域,尤其在对车底空间要求较高、转子冷却效果差、电机输出转矩大情况下优势显著。
附图说明
图1本发明所述转子结构示意图。
图2本发明转子冲片结构示意图。
图3现有电机转子机构示意图。
图4现有冲片结构示意图。
1-铁心,2-压圈,3-转轴,4-圆形外径,5-永磁体槽,6-减重孔,7-直轴磁路上的孔,8-交轴磁路上的孔,9-键槽。
具体实施方式
所述直轴磁路倒三角孔呈锐角三角形,底边朝向冲片径向外侧,顶角朝向转子冲片中心。每个转子冲片上的直轴磁路倒三角孔呈等间距环绕冲片中心布置。
每组倒品字分布的交轴磁路圆孔包括三个圆孔,三个圆孔排成的品字形结构的底边朝向冲片径向内侧,顶角朝向冲片径向外侧。每个转子上的交轴磁路圆孔呈等间距环绕冲片中心布置。
以下结合附图进行说明。
1、本转子冲片运用在轨道交通机车直驱牵引电机领域,结构如图1所示。冲片通过轴向叠压后通过键槽9安装在转轴上。本转子采用空心转轴结构,冲片与压圈热套在转轴上;冲片"V"型磁路设计、设计集减重并优化交直轴磁路倒三角孔(图2中直轴磁路上的孔7)、相邻磁极设计减重并优化交轴磁路倒品字分布的圆孔(见图2交轴磁路上的孔5)。相比传统的减重孔设计,轭部磁路更短、冲片更轻、转子损耗更小。图2中倒三角孔、倒品字分布的圆孔以及V型结构排布更密,相比于图4,电机极数更多。
2、本转子为空心轴结构(图1),极大降低了转轴质量,实现转轴轻量化;转轴内腔中间大、两端小,内腔面积较大,可以很好的将转子部分产生热量散掉;转轴中间圆柱内腔不需要精加工,降低了转轴加工成本;转轴中间设计有环型加强筋结构,提高了转轴强度。
具体实施过程
转子冲片设置“V”型磁路、具有减重及优化磁路结构的孔、矩形键槽。冲片采用高导磁率、低损耗的冷轧电工钢片模具冲制或激光切割而成。冲片与压圈采用工装固定后,加热套入转轴。冲片内圆开有矩形键槽。
本发明的技术关键点:
一种应用于机车的新型轻量化、低损耗、可散热的永磁直驱转子结构,包含设计有减重并优化交直轴磁路倒三角孔结构的转子冲片,内腔中间大、两端小并设有环形加强筋的可散热转轴。
本发明的保护点:
1.创新型机车用低转速、大扭矩、端面齿传动的永磁直驱空心轴转子结构。
2.设计有减重并优化交直轴磁路倒三角孔结构的转子冲片,轭部磁路更短、重量更轻、损耗更小。
3.内腔中间大、两端小的空心转轴结构,降低加工制造成本,便于轻量化设计,并增大了散热面积。
4.空心轴内腔中设置有环形加强筋,用于提高转轴强度。
Claims (10)
1.一种低损耗、空心轴散热结构的永磁转子,永磁转子的冲片上环绕其中心开有多个永磁体槽;每个永磁体槽分别与相邻的永磁体槽构成一个V型结构,两相邻V型结构中,一个开口朝向冲片径向外侧,一个开口朝向冲片径向内侧;其特征在于,每个开口朝外的V型结构开口处设有一个直轴磁路倒三角孔;每个开口朝内的V型结构开口处设有一组呈倒品字分布的交轴磁路圆孔。
2.如权利要求1所述的一种低损耗、空心轴散热结构的永磁转子,其特征在于,永磁转子采用空心转轴结构。
3.如权利要求2所述的一种低损耗、空心轴散热结构的永磁转子,其特征在于,所述空心转轴内腔中间大,两端小。
4.如权利要求2或3所述的一种低损耗、空心轴散热结构的永磁转子,其特征在于,所述空心转轴内腔中间配有环形加强筋。
5.如权利要求1~3任一项所述的一种低损耗、空心轴散热结构的永磁转子,其特征在于,所述直轴磁路倒三角孔呈锐角三角形,底边朝向冲片径向外侧,顶角朝向转子冲片中心。
6.如权利要求1~3所述的一种低损耗、空心轴散热结构的永磁转子,其特征在于,每组倒品字分布的交轴磁路圆孔包括三个圆孔,三个圆孔排成的品字形结构的底边朝向冲片径向内侧,顶角朝向冲片径向外侧。
7.如权利要求5所述的一种低损耗、空心轴散热结构的永磁转子,其特征在于,每组倒品字分布的交轴磁路圆孔包括三个圆孔,三个圆孔排成的品字形结构的底边朝向冲片径向内侧,顶角朝向冲片进行外侧。
8.如权利要求1~3所述的一种低损耗、空心轴散热结构的永磁转子,其特征在于,转子冲片采用高导磁率、低损耗的冷轧电工钢片模具冲制或激光切割而成;转子冲片与压圈采用工装固定后,加热套入转轴;冲片内圆开有矩形键槽。
9.如权利要求4所述的一种低损耗、空心轴散热结构的永磁转子,其特征在于,转子冲片采用高导磁率、低损耗的冷轧电工钢片模具冲制或激光切割而成;冲片与压圈采用工装固定后,加热套入转轴;冲片内圆开有矩形键槽。
10.如权利要求6所述的一种低损耗、空心轴散热结构的永磁转子,其特征在于,转子冲片采用高导磁率、低损耗的冷轧电工钢片模具冲制或激光切割而成;冲片与压圈采用工装固定后,加热套入转轴;冲片内圆开有矩形键槽。
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