專利名稱：稀土永磁直流牽引電動(dòng)機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及直流電機(jī)技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及車輛牽引使用的稀土永磁直 流牽引電動(dòng)機(jī)。
背景技術(shù)：
永磁直流電機(jī)特別是稀土永磁直流電機(jī)具有高效節(jié)能、體積小、功率大、重 量輕、結(jié)構(gòu)簡單等優(yōu)點(diǎn)，是一種很有發(fā)展前景的直流電機(jī)，應(yīng)用日益廣泛。
永磁直流電機(jī)和普通直流電機(jī)的主要區(qū)別是在定子的磁極結(jié)構(gòu)上
永磁直流電機(jī)的定子磁極是由永磁材料制成的。常用的永磁材料有鐵氧體永 磁、鋁鎳鈷永磁和稀土永磁三大類，通常把永磁材料制成"瓦型"磁極，磁極 通過膠粘或機(jī)械的方式固定在定子殼體內(nèi)側(cè)，形成定子磁極。
普通直流電機(jī)的定子磁極是由導(dǎo)磁材料(如低碳鋼)和纏繞在導(dǎo)磁材料上的 勵(lì)磁線圈組成的。磁極面向轉(zhuǎn)子的表面制成"弧形"(稱之為極靴)，磁極通過 機(jī)械的方式固定在定子殼體內(nèi)側(cè)，形成定子磁極。
通常直流電機(jī)(包含永磁型)的定子殼體是由導(dǎo)磁材料(如低碳鋼)制成的， 因此，定子殼體也是電機(jī)磁路的組成部分。
由于永磁材料具有衡磁特征，僅僅使用永磁材料制成磁極的直流電機(jī)在運(yùn)轉(zhuǎn) 時(shí)表現(xiàn)出來的機(jī)械特性和普通并激直流電機(jī)相似，具有典型的"衡轉(zhuǎn)矩"特性， 所以，永磁直流電機(jī)在許多需要"衡功率"特性場(chǎng)合的應(yīng)用受到了限制，比如 車輛牽引場(chǎng)合。為了改變永磁直流電機(jī)的衡轉(zhuǎn)矩特性，就要設(shè)法改進(jìn)永磁直流 電機(jī)的磁極結(jié)構(gòu)，這樣就有了各種改進(jìn)磁極結(jié)構(gòu)的永磁直流電機(jī)技術(shù)方案。其 中的一種就是在永磁磁極附近加裝輔助軟鐵磁極。
比如專利88204020《直流稀土永磁牽引電機(jī)》在每個(gè)永磁磁極旁邊加裝一 個(gè)(單邊)輔助軟鐵磁極(該專利稱為極靴)或兩個(gè)(雙邊)輔助軟鐵磁極， 輔助軟鐵磁極上沒有勵(lì)磁繞組，輔助軟鐵磁極固定在電機(jī)機(jī)殼內(nèi)側(cè)。
在永磁磁極附近加裝無勵(lì)磁繞組的輔助軟鐵磁極其工作原理如下
直流電機(jī)運(yùn)行時(shí)，轉(zhuǎn)子上的電樞繞組有電流通過，電樞繞組產(chǎn)生一個(gè)附加磁 場(chǎng)(即電樞磁場(chǎng))，該磁場(chǎng)正交于原來定子磁極產(chǎn)生的磁場(chǎng)，由于兩個(gè)磁場(chǎng)疊加 的結(jié)果，在定子磁極的兩個(gè)邊沿處分別會(huì)出現(xiàn)"祛磁效應(yīng)"和"增磁效應(yīng)"，這 就是所謂的直流電機(jī)電樞反應(yīng)。永磁直流電機(jī)相對(duì)于普通直流電機(jī)來說，電樞 反應(yīng)表現(xiàn)得比較弱，原因在于磁極導(dǎo)磁材料的磁導(dǎo)率，永磁材料特別是稀土永 磁材料的磁導(dǎo)率很小，遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于普通導(dǎo)磁材料(如低碳鋼)的磁導(dǎo)率。
直流電機(jī)的電樞反應(yīng)是客觀存在的。電樞反應(yīng)一方面改變了磁場(chǎng)的大小，另一方面也使得磁場(chǎng)的物理中線偏離幾何中線，為了使電機(jī)的換向性能不受電樞 反應(yīng)的影響， 一般的做法是把電刷向增磁效應(yīng)邊方向偏移一個(gè)角度。
對(duì)于永磁直流電動(dòng)機(jī)而言，如果在永磁磁極的"增磁效應(yīng)"邊沿處加裝一個(gè) 尺寸適當(dāng)?shù)挠蓪?dǎo)磁材料做成的輔助軟鐵磁極，雖然這個(gè)輔助軟鐵磁極并沒有勵(lì) 磁繞組，但是，由電樞繞組產(chǎn)生的附加磁場(chǎng)會(huì)給這個(gè)輔助軟鐵磁極激磁(就像 電勵(lì)磁磁極一樣)，因此，電機(jī)的整體磁場(chǎng)就得到了加強(qiáng)。
通過上述原理分析，專利88204020《直流稀土永磁牽引電機(jī)》存在以下技 術(shù)缺陷-
缺陷l:永磁磁極具有雙邊輔助軟鐵磁極或單邊輔助軟鐵磁極，且磁極和輔 助軟鐵磁極之間留有較大空隙。分析雙邊輔助軟鐵磁極會(huì)加劇磁場(chǎng)物理中線 對(duì)于幾何中線的偏離，導(dǎo)致電機(jī)換向惡化，甚至燒毀換向器和電刷。同理，磁 極和輔助軟鐵磁極之間留有較大空隙也同樣會(huì)惡化電機(jī)換向。
缺陷2:永磁磁極截面是梯形或半梯形，并且永磁磁極梯形的大邊面向轉(zhuǎn)子， 小邊面向定子殼體。分析永磁材料特別是稀土永磁材料不同于導(dǎo)磁材料(如 低碳鋼)，永磁材料沒有"聚磁"能力，把永磁材料特意制成梯形或半梯形(類 似導(dǎo)磁鐵芯磁極的樣子)沒有實(shí)際意義，且浪費(fèi)了昂貴的永磁材料。
缺陷3:具有雙邊輔助軟鐵磁極結(jié)構(gòu)可以制成正、反轉(zhuǎn)的雙向轉(zhuǎn)動(dòng)電機(jī)。 分析具有雙邊輔助軟鐵磁極的電機(jī)換向極其不好。
實(shí)用新型內(nèi)容
針對(duì)以上缺陷，本實(shí)用新型的目的在于提供一種涉及新結(jié)構(gòu)形式定子的稀土 永磁直流牽引電動(dòng)機(jī)，適合于單方向旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)車輛使用。
本實(shí)用新型的技術(shù)方案是通過以下方式實(shí)現(xiàn)的稀土永磁直流牽引電動(dòng)機(jī)， 由轉(zhuǎn)子鐵芯、電樞繞組、換向器、軸、電刷組件、端蓋、軸承和新結(jié)構(gòu)形式的 定子組成，2個(gè)軸承分別安裝在前端蓋和尾端蓋上，前端蓋、尾端蓋和定子通過 固定螺桿連接在一起，電刷組件固定在尾端蓋上，電樞繞組通過換向器、電刷 組件與外部電源連接，電動(dòng)機(jī)的動(dòng)力由軸從前端蓋一側(cè)輸出。本實(shí)用新型的重 要特征在于特別增加了定子磁軛部分，由定子磁軛、永磁磁極、輔助軟鐵磁 極三個(gè)部分組成全新結(jié)構(gòu)的定子
a. 定子磁軛和輔助軟鐵磁極是一體的，由導(dǎo)磁材料薄板整體沖制、疊壓而成。
b. 輔助軟鐵磁極位于永磁磁極的增磁效應(yīng)邊沿處，且輔助軟鐵磁極緊貼永 磁磁極，不留間隙，數(shù)目和永磁磁極相同。
c. 定子磁軛直接充當(dāng)了電機(jī)定子外殼。
上述的永磁磁極的極弧系數(shù)為0. 50 t 0. 65 t ，磁極厚度為6畫 8mm。上述的輔助軟鐵磁極的極弧系數(shù)為0. 15 t 0. 25 t ，輔助軟鐵磁極距轉(zhuǎn)子 鐵芯表面為0. 8ram 1. 2mm間隙。
上述的永磁磁極的軸向截面是瓦型或由多段長方形拼接成近似的瓦型。
上述的永磁磁極選用釹鐵硼稀土永磁或釤鈷稀土永磁。
本實(shí)用新型，由定子磁軛直接充當(dāng)了電機(jī)，不再使用傳統(tǒng)意義上的電機(jī)定 子外殼；在永磁磁極的增磁效應(yīng)邊沿處加裝一個(gè)輔助軟鐵磁極，使得電機(jī)具有 了恒功率特征，適合車輛牽引使用；輔助軟鐵磁極和定子磁軛連為一體，且不 需要加工就適應(yīng)永磁磁極截面采用瓦型或由多段長方形拼接成近似的瓦型，因 此，本實(shí)用新型不僅工藝簡單、結(jié)構(gòu)緊湊，而且定子堅(jiān)固可靠、成本低廉，電 機(jī)散熱性能好，可廣泛應(yīng)用于車輛牽引動(dòng)力源。
圖1是本實(shí)用新型的電機(jī)總結(jié)構(gòu)圖。
圖2是多段長方型拼接的永磁磁極的定子結(jié)構(gòu)圖。
圖3是瓦型永磁磁極的定子結(jié)構(gòu)圖。
圖中1—軸、2 —前端蓋、3 —風(fēng)扇、4一固定螺桿、5 —定子磁軛、6 —永 磁磁極、7 —轉(zhuǎn)子鐵芯、8—電樞繞組、9一尾端蓋、IO —換向器、ll一軸承(X 2)、 12 —電刷組件、13 —輔助軟鐵磁極。
具體實(shí)施方式
由圖1知，稀土永磁直流牽引電動(dòng)機(jī)，由軸1、風(fēng)扇3、轉(zhuǎn)子鐵芯7、電樞 繞組8、換向器10組成轉(zhuǎn)子組件，由定子磁軛5、永磁磁極6、輔助軟鐵磁極 13組成定子，2個(gè)軸承11分別安裝在前端蓋2和尾端蓋9上，前端蓋2、尾端 蓋9和定子通過固定螺桿4連接在一起，電刷組件12固定在尾端蓋9上，電樞 繞組8通過換向器10、電刷組件12與外部電源連接，電動(dòng)機(jī)的動(dòng)力由軸l從前 端蓋2—側(cè)輸出。定子磁軛5和輔助軟鐵磁極13是一體的，由導(dǎo)磁材料薄板 整體沖制、疊壓而成。輔助軟鐵磁極13位于永磁磁極6的增磁效應(yīng)邊沿處，且 輔助軟鐵磁極13緊貼永磁磁極6，不留間隙，數(shù)目和永磁磁極6相同。定子磁 軛5直接充當(dāng)了電機(jī)定子外殼。
定子磁軛5、輔助軟鐵磁極13和穿固定螺桿4的孔是由導(dǎo)磁材料薄板整體 沖制、疊壓而成，輔助軟鐵磁極13面向轉(zhuǎn)子的表面是與轉(zhuǎn)子同心的弧面，永磁 磁極6的截面是瓦型或是由多段長方形拼接成近似的瓦型，永磁磁極6緊貼輔 助軟鐵磁極13并和定子磁軛5內(nèi)側(cè)粘接固定、不留間隙，定子磁軛5和永磁磁 極6的粘接面視永磁磁極截面的不同直接沖制而成、不需再加工。
永磁磁極選用釹鐵硼稀土永磁材料，磁能積^38MG0e、剩磁》12400Gs、矯 頑力^125000e、內(nèi)稟矯頑力》230000e、工作溫度》165。C,永磁磁極的極弧系
5數(shù)0. 50 t 0. 65 t 、磁極厚度6畫 8鵬，永磁磁極距轉(zhuǎn)子鐵芯表面為0. 8mm 1. 2mm間隙。
定子磁軛和輔助軟鐵磁極部分選用低碳鋼薄板，牌號(hào)Q235A冷軋板,厚度 lram 1.5mm，輔助軟鐵磁極的極弧系數(shù)為0. 15 t 0. 25 t ，輔助軟鐵磁極距轉(zhuǎn) 子鐵芯表面為0. 8mm 1. 2mm間隙。
實(shí)施例1:
圖2是實(shí)施例1的定子結(jié)構(gòu)圖。
本實(shí)施例采用3段長方形永磁材料拼接成近似的瓦型永磁磁極6，磁極數(shù)為 4極，永磁磁極6的極弧系數(shù)0.56、磁極厚度8mm，定子磁軛和輔助軟鐵磁極由 1. 0mm 1. 5mm冷軋板疊成，輔助軟鐵磁極13的極弧系數(shù)0. 21，永磁磁極6距 轉(zhuǎn)子表面間隙1.0mm (最小值)，輔助軟鐵磁極13距轉(zhuǎn)子表面間隙1.0腿，轉(zhuǎn)子 鐵芯7的長度94mm 、直徑148mm ，電樞繞組8的元件數(shù)57、繞組形式為單波 繞組。
測(cè)得結(jié)果
功率8. Okw、電壓60V、電流144A、轉(zhuǎn)矩34. 4Nm、轉(zhuǎn)速2220r/min、效率 92.6%、轉(zhuǎn)子表面溫升91.6。C (持續(xù)工作60min)。 實(shí)施例2:
圖3是實(shí)施例2的定子結(jié)構(gòu)圖。
本實(shí)施例采用瓦型永磁磁極6，磁極數(shù)為4極，永磁磁極6的極弧系數(shù)0. 56、 磁極厚度8mm，定子磁軛和輔助軟鐵磁極由1.0mm 1.5mm冷軋板疊成，輔助軟 鐵磁極13的極弧系數(shù)0.21，永磁磁極6距轉(zhuǎn)子表面間隙1.0mm，輔助軟鐵磁極 13距轉(zhuǎn)子表面間隙1.0mm，轉(zhuǎn)子鐵芯7的長度94mm 、直徑148mm ，電樞繞組8 的元件數(shù)57、繞組形式為單波繞組。
測(cè)得結(jié)果
功率8. Okw、電壓60V、電流145A、轉(zhuǎn)矩35. 0Nm、轉(zhuǎn)速2180r/min、效率 92.0%、轉(zhuǎn)子表面溫93. 0°C (持續(xù)工作60min)。
權(quán)利要求1、稀土永磁直流牽引電動(dòng)機(jī)，由轉(zhuǎn)子鐵芯(7)、電樞繞組(8)、換向器(10)、軸(1)、電刷組件(12)、端蓋(2)(9)、軸承(11)和定子組成，2個(gè)軸承(11)分別安裝在前端蓋(2)和尾端蓋(9)上，前端蓋(2)、尾端蓋(9)和定子通過固定螺桿(4)連接在一起，電刷組件(12)固定在尾端蓋(9)上，電樞繞組(8)通過換向器(10)、電刷組件(12)與外部電源連接，電動(dòng)機(jī)的動(dòng)力由軸(1)從前端蓋(2)一側(cè)輸出，其特征在于所述的定子由定子磁軛(5)、永磁磁極(6)和輔助軟鐵磁極(13)組成；a.定子磁軛(5)和輔助軟鐵磁極(13)是一體的，由導(dǎo)磁材料薄板整體沖制、疊壓而成；b.輔助軟鐵磁極(13)位于永磁磁極(6)的增磁效應(yīng)邊沿處，且輔助軟鐵磁極(13)緊貼永磁磁極(6)，不留間隙，數(shù)目和永磁磁極相同；c.定子磁軛(5)直接充當(dāng)了電機(jī)定子外殼。
2、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的稀土永磁直流牽引電動(dòng)機(jī)，其特征在于所述的 永磁磁極(6)的極弧系數(shù)為0. 50t 0.65t，磁極厚度為6mm 8咖，永磁磁 極(6)距轉(zhuǎn)子鐵芯(7)表面為0.8mm 1.2鵬間隙。
3、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的稀土永磁直流牽引電動(dòng)機(jī)，其特征在于所述的 輔助軟鐵磁極(13)的極弧系數(shù)為0. 15t 0.25t ，輔助軟鐵磁極(13)距轉(zhuǎn) 子鐵芯(7)表面為0. 8腿 1.2咖間隙。
4、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的稀土永磁直流牽引電動(dòng)機(jī)，其特征在于所述的 上述的永磁磁極(6)的軸向截面是瓦型或由多段長方形拼接成近似的瓦型。
5、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的稀土永磁直流牽引電動(dòng)機(jī)，其特征在于所述的 上述的永磁磁極(6)選用釹鐵硼稀土永磁或釤鈷稀土永磁。
專利摘要稀土永磁直流牽引電動(dòng)機(jī)，由軸(1)、前端蓋(2)、風(fēng)扇(3)、固定螺桿(4)、定子磁軛(5)、永磁磁極(6)、轉(zhuǎn)子鐵芯(7)、電樞繞組(8)、尾端蓋(9)、換向器(10)、軸承(11)、電刷組件(12)、輔助軟鐵磁極(13)組成。其特征在于特別增加了定子磁軛(5)部分，由定子磁軛(5)、永磁磁極(6)、輔助軟鐵磁極(13)三個(gè)部分組成全新結(jié)構(gòu)的定子。定子磁軛(5)和輔助軟鐵磁極(13)是由導(dǎo)磁材料薄板整體沖制、疊壓而成，定子磁軛(5)直接充當(dāng)了電機(jī)定子外殼，不再使用傳統(tǒng)意義上的電機(jī)定子外殼。本實(shí)用新型不僅工藝簡單、結(jié)構(gòu)緊湊、堅(jiān)固可靠、成本低，而且電機(jī)散熱性能好。廣泛應(yīng)用于車輛牽引動(dòng)力源。
文檔編號(hào)H02K1/17GK201323518SQ20082021463
公開日2009年10月7日 申請(qǐng)日期2008年12月24日 優(yōu)先權(quán)日2008年12月24日
發(fā)明者孫德全, 孟吉軍, 王鎖蘭 申請(qǐng)人:江蘇友誼機(jī)械廠