一种新型新能源机车低速大扭矩永磁直驱牵引电机的制作方法

本发明涉及永磁同步牵引电机，具体涉及一种新型新能源机车低速大扭矩永磁直驱牵引电机。

背景技术：

1、在重载牵引工况下，传统牵引传动系统普遍采用高速电机搭配机械减速箱的传动方案。该方案存在以下技术缺陷：其一，机械减速箱结构复杂，运行过程中易出现齿轮磨损、润滑油泄漏、轴承损坏等故障，设备维护频率高、维护成本居高不下，且整体传动效率低，系统综合效率通常低于85%；其二，高速电机需通过减速机构实现低速大扭矩输出，传动环节产生的噪音与振动大，影响牵引设备运行平稳性；其三，减速箱的存在增大了整个传动系统的体积与重量，空间布局受限，无法满足轻量化、紧凑型安装需求。

2、现有低速永磁牵引电机普遍存在以下技术短板：一是电机极槽配合不合理，定子绕组端部过长，铜耗大，低速运行时转矩脉动普遍超过15%，导致牵引过程出现抖动；二是转子永磁体拓扑结构设计单一，漏磁系数大，磁阻转矩利用率低，转矩密度不足，难以满足重载牵引的大扭矩输出要求；三是散热结构设计不完善，电机低速重载工况下发热量集中，永磁体易出现高温退磁，电机运行稳定性与使用寿命难以保障；四是整体结构强度不足，无法适应牵引工况下的振动、冲击等复杂工况，可靠性达不到工业重载使用标准。

3、综上所述，现有技术中亟需一种能够同时解决极槽配合优化、转子磁路优化、高效散热与结构可靠性问题的一种新型新能源机车低速大扭矩永磁直驱牵引电机。需要说明的是，上述的陈述仅用于提供与本发明有关的背景技术信息，而不必然地构成现有技术。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种新型新能源机车低速大扭矩永磁直驱牵引电机，以解决现有永磁直驱牵引电机存在的转矩脉动大、转矩密度低、散热不足以及结构可靠性差的技术问题。

2、为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：

3、一种新型新能源机车低速大扭矩永磁直驱牵引电机，包括机座、前端盖、后端盖、定子组件、转子组件、转轴以及冷却系统；所述前端盖与所述后端盖分别固定安装在所述机座的轴向两端，形成电机封闭壳体；所述定子组件固定于所述机座内壁，所述定子组件包括定子铁心与三相电枢绕组，所述转子组件固定装配于所述转轴中部，所述转子组件包括转子铁心与永磁体，所述转子组件与所述定子组件之间保持均匀气隙，所述转轴通过轴承分别与所述前端盖、所述后端盖转动连接，所述冷却系统括机座水冷流道与转子轴向风冷通道，所述机座水冷流道开设于所述机座的壁内，所述转子轴向风冷通道开设于所述转子铁心的轴向端部。

4、根据本发明的一些实施例，所述定子铁心的齿宽为14.5mm，所述定子铁心的轭厚为7.5mm；所述定子铁心为整体式结构，通过扣片槽与扣片焊接固定。

5、根据本发明的一些实施例，所述非均匀隔磁槽的宽度为4.6mm，深度为22mm。

6、根据本发明的一些实施例，所述永磁体为钕铁硼永磁材料，所述永磁体的剩磁br≥1.2t，矫顽力hc≥950ka/m。

7、根据本发明的一些实施例，所述机座采用钢板焊接结构，所述机座的内壁设有水道筋，所述水道筋与所述机座焊接固定，所述水道筋与所述机座的内壁之间形成所述机座水冷流道的冷却液流路。

8、根据本发明的一些实施例，所述转轴采用42crmo合金结构钢调质处理，所述转轴的两端装配有密封式圆柱滚子轴承和球轴承。

9、根据本发明的一些实施例，所述机座水冷流道内的冷却液流量为35l/min。

10、根据本发明的一些实施例，所述定子铁心采用多极多槽分数槽集中绕组结构，所述定子铁心的极数为40极，槽数为48槽；所述三相电枢绕组为扁线成型绕组，所述三相电枢绕组的槽满率≥75%，绝缘等级为h级，所述三相电枢绕组的端部长度≤40mm。

11、根据本发明的一些实施例，所述永磁体采用内置式v型或一字型阵列结构嵌入所述转子铁心内部，每极永磁体数量≥2块；所述转子铁心的外圆周边缘开设有非均匀隔磁槽，相邻磁极的隔磁槽在周向错位布置。

12、本发明公开一种新型新能源机车低速大扭矩永磁直驱牵引电机，具有以下优点：

13、取消机械减速箱，实现直驱牵引，彻底消除减速箱故障隐患，电机整体故障率降低90%以上，设备维护成本降低80%，同时减少传动环节噪音，运行噪音降低15db以上，系统综合传动效率提升10%以上。40极48槽分数槽集中绕组配合扁线成型绕组，每极每相槽数q=0.4，绕组节距为1，端部长度极短，铜耗大幅降低，槽满率提升至75%以上，有效导体面积增大，低速大扭矩输出能力显著增强。

14、非均匀隔磁槽相邻磁极错位布置，与现有技术中轴向叠片间错位的螺旋式结构具有本质区别：本发明在同一圆周截面上实现相邻磁极隔磁槽的周向错位，直接打破极间磁导的周期性对称，使各磁极下的气隙磁密波形产生受控差异，从而在源头上削弱引起转矩脉动的低次谐波分量。相较于螺旋式隔磁槽仅在轴向截面间产生渐变磁导，本发明的周向错位方式在同一截面内即可实现磁导调制，转矩脉动抑制效果更为直接和高效，同时无需逐片旋转装配，制造工艺简单。

15、采用内置式v型或一字型永磁体阵列与非均匀隔磁槽错位协同设计，v型结构产生显著的磁阻转矩分量，与永磁转矩叠加使转矩密度提升至20n·m/kg以上，较同类低速电机提升30%；非均匀隔磁槽的错位布置进一步优化磁路分布，减少永磁体漏磁，降低转子涡流损耗，二者协同使转矩脉动控制在5%以内。

16、机座水冷流道与转子轴向风冷通道形成定子、转子双向复合冷却结构。定子侧通过机座壁内的水冷流道将定子绕组铜耗和铁耗热量高效导出，转子侧通过轴向风冷通道利用转子旋转产生的气流带走永磁体和转子铁心的热量，形成从定子到机座、从转子到气隙的双路径散热体系。相较于仅采用机壳水冷或仅采用自然散热的方案，本发明的复合冷却结构使电机温升≤80k，永磁体工作温度稳定在安全范围内，彻底解决高温退磁问题，电机使用寿命延长至20年以上。

17、模块化定子、高强度机座与加固转轴设计，整体结构紧凑，抗振动、抗冲击性能优异，可适应轨道交通、矿山、港口等恶劣重载工况，安装空间小，适配性强，应用场景广泛。

18、上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，以下特举本发明的具体实施方式。

1.一种新型新能源机车低速大扭矩永磁直驱牵引电机，包括机座、前端盖、后端盖、定子组件、转子组件、转轴以及冷却系统；所述前端盖与所述后端盖分别固定安装在所述机座的轴向两端，形成电机封闭壳体；所述定子组件固定于所述机座内壁，所述定子组件包括定子铁心与三相电枢绕组，所述转子组件固定装配于所述转轴中部，所述转子组件包括转子铁心与永磁体，所述转子组件与所述定子组件之间保持均匀气隙，所述转轴通过轴承分别与所述前端盖、所述后端盖转动连接，所述冷却系统括机座水冷流道与转子轴向风冷通道，所述机座水冷流道开设于所述机座的壁内，所述转子轴向风冷通道开设于所述转子铁心的轴向端部。

2.根据权利要求1所述的一种新型新能源机车低速大扭矩永磁直驱牵引电机，其特征在于：所述定子铁心的齿宽为14.5mm，所述定子铁心的轭厚为7.5mm；所述定子铁心为整体式结构，通过扣片槽与扣片焊接固定。

3.根据权利要求1所述的一种新型新能源机车低速大扭矩永磁直驱牵引电机，其特征在于：所述非均匀隔磁槽的宽度为4.6mm，深度为22mm。

4.根据权利要求1所述的一种新型新能源机车低速大扭矩永磁直驱牵引电机，其特征在于：所述永磁体为钕铁硼永磁材料，所述永磁体的剩磁br≥1.2t，矫顽力hc≥950ka/m。

5.根据权利要求1所述的一种新型新能源机车低速大扭矩永磁直驱牵引电机，其特征在于：所述机座采用钢板焊接结构，所述机座的内壁设有水道筋，所述水道筋与所述机座焊接固定，所述水道筋与所述机座的内壁之间形成所述机座水冷流道的冷却液流路。

6.根据权利要求1所述的一种新型新能源机车低速大扭矩永磁直驱牵引电机，其特征在于：所述转轴采用42crmo合金结构钢调质处理，所述转轴的两端装配有密封式圆柱滚子轴承和球轴承。

7.根据权利要求1所述的一种新型新能源机车低速大扭矩永磁直驱牵引电机，其特征在于：所述机座水冷流道内的冷却液流量为35l/min。

8.根据权利要求1所述的一种新型新能源机车低速大扭矩永磁直驱牵引电机，其特征在于：所述定子铁心采用多极多槽分数槽集中绕组结构，所述定子铁心的极数为40极，槽数为48槽；所述三相电枢绕组为扁线成型绕组，所述三相电枢绕组的槽满率≥75%，绝缘等级为h级，所述三相电枢绕组的端部长度≤40mm。

9.根据权利要求1所述的一种新型新能源机车低速大扭矩永磁直驱牵引电机，其特征在于：所述永磁体采用内置式v型或一字型阵列结构嵌入所述转子铁心内部，每极永磁体数量≥2块；所述转子铁心的外圆周边缘开设有非均匀隔磁槽，相邻磁极的隔磁槽在周向错位布置。