一种低损耗、空心轴散热结构的永磁转子的制作方法

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。

技术实现要素：

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。

技术特征：

技术总结
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。

技术研发人员：许勇;孙德强;倪伟;吴楠;张江涛
受保护的技术使用者：中车永济电机有限公司
技术研发日：2018.12.07
技术公布日：2019.04.16