專利名稱：稀土永磁直流牽引電動機的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及直流電機技術領域，特別涉及車輛牽引使用的稀土永磁直 流牽引電動機。
背景技術：
永磁直流電機特別是稀土永磁直流電機具有高效節能、體積小、功率大、重 量輕、結構簡單等優點，是一種很有發展前景的直流電機，應用日益廣泛。
永磁直流電機和普通直流電機的主要區別是在定子的磁極結構上
永磁直流電機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 通過膠粘或機械的方式固定在定子殼體內側，形成定子磁極。
普通直流電機的定子磁極是由導磁材料(如低碳鋼)和纏繞在導磁材料上的 勵磁線圈組成的。磁極面向轉子的表面制成"弧形"(稱之為極靴)，磁極通過 機械的方式固定在定子殼體內側，形成定子磁極。
通常直流電機(包含永磁型)的定子殼體是由導磁材料(如低碳鋼)制成的， 因此，定子殼體也是電機磁路的組成部分。
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在運轉 時表現出來的機械特性和普通并激直流電機相似，具有典型的"衡轉矩"特性， 所以，永磁直流電機在許多需要"衡功率"特性場合的應用受到了限制，比如 車輛牽引場合。為了改變永磁直流電機的衡轉矩特性，就要設法改進永磁直流 電機的磁極結構，這樣就有了各種改進磁極結構的永磁直流電機技術方案。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》在每個永磁磁極旁邊加裝一 個(單邊)輔助軟鐵磁極(該專利稱為極靴)或兩個(雙邊)輔助軟鐵磁極， 輔助軟鐵磁極上沒有勵磁繞組，輔助軟鐵磁極固定在電機機殼內側。
在永磁磁極附近加裝無勵磁繞組的輔助軟鐵磁極其工作原理如下
直流電機運行時，轉子上的電樞繞組有電流通過，電樞繞組產生一個附加磁 場(即電樞磁場)，該磁場正交于原來定子磁極產生的磁場，由于兩個磁場疊加 的結果，在定子磁極的兩個邊沿處分別會出現"祛磁效應"和"增磁效應"，這 就是所謂的直流電機電樞反應。永磁直流電機相對于普通直流電機來說，電樞 反應表現得比較弱，原因在于磁極導磁材料的磁導率，永磁材料特別是稀土永 磁材料的磁導率很小，遠遠低于普通導磁材料(如低碳鋼)的磁導率。
直流電機的電樞反應是客觀存在的。電樞反應一方面改變了磁場的大小，另一方面也使得磁場的物理中線偏離幾何中線，為了使電機的換向性能不受電樞 反應的影響， 一般的做法是把電刷向增磁效應邊方向偏移一個角度。
對于永磁直流電動機而言，如果在永磁磁極的"增磁效應"邊沿處加裝一個 尺寸適當的由導磁材料做成的輔助軟鐵磁極，雖然這個輔助軟鐵磁極并沒有勵 磁繞組，但是，由電樞繞組產生的附加磁場會給這個輔助軟鐵磁極激磁(就像 電勵磁磁極一樣)，因此，電機的整體磁場就得到了加強。
通過上述原理分析，專利88204020《直流稀土永磁牽引電機》存在以下技 術缺陷-
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加劇磁場物理中線 對于幾何中線的偏離，導致電機換向惡化，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惡化電機換向。
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 似導磁鐵芯磁極的樣子)沒有實際意義，且浪費了昂貴的永磁材料。
缺陷3:具有雙邊輔助軟鐵磁極結構可以制成正、反轉的雙向轉動電機。 分析具有雙邊輔助軟鐵磁極的電機換向極其不好。
實用新型內容
針對以上缺陷，本實用新型的目的在于提供一種涉及新結構形式定子的稀土 永磁直流牽引電動機，適合于單方向旋轉驅動車輛使用。
本實用新型的技術方案是通過以下方式實現的稀土永磁直流牽引電動機， 由轉子鐵芯、電樞繞組、換向器、軸、電刷組件、端蓋、軸承和新結構形式的 定子組成，2個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，電動機的動力由軸從前端蓋一側輸出。本實用新型的重 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 極三個部分組成全新結構的定子
a. 定子磁軛和輔助軟鐵磁極是一體的，由導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邊沿處，且輔助軟鐵磁極緊貼永 磁磁極，不留間隙，數目和永磁磁極相同。
c. 定子磁軛直接充當了電機定子外殼。
上述的永磁磁極的極弧系數為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為0. 15 t 0. 25 t ，輔助軟鐵磁極距轉子 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。
本實用新型，由定子磁軛直接充當了電機，不再使用傳統意義上的電機定 子外殼；在永磁磁極的增磁效應邊沿處加裝一個輔助軟鐵磁極，使得電機具有 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，本實用新型不僅工藝簡單、結構緊湊，而且定子堅固可靠、成本低廉，電 機散熱性能好，可廣泛應用于車輛牽引動力源。
圖1是本實用新型的電機總結構圖。
圖2是多段長方型拼接的永磁磁極的定子結構圖。
圖3是瓦型永磁磁極的定子結構圖。
圖中1—軸、2 —前端蓋、3 —風扇、4一固定螺桿、5 —定子磁軛、6 —永 磁磁極、7 —轉子鐵芯、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。
具體實施方式
由圖1知，稀土永磁直流牽引電動機，由軸1、風扇3、轉子鐵芯7、電樞 繞組8、換向器10組成轉子組件，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，電動機的動力由軸l從前 端蓋2—側輸出。定子磁軛5和輔助軟鐵磁極13是一體的，由導磁材料薄板 整體沖制、疊壓而成。輔助軟鐵磁極13位于永磁磁極6的增磁效應邊沿處，且 輔助軟鐵磁極13緊貼永磁磁極6，不留間隙，數目和永磁磁極6相同。定子磁 軛5直接充當了電機定子外殼。
定子磁軛5、輔助軟鐵磁極13和穿固定螺桿4的孔是由導磁材料薄板整體 沖制、疊壓而成，輔助軟鐵磁極13面向轉子的表面是與轉子同心的弧面，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內側粘接固定、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、內稟矯頑力》230000e、工作溫度》165。C,永磁磁極的極弧系
5數0. 50 t 0. 65 t 、磁極厚度6畫 8鵬，永磁磁極距轉子鐵芯表面為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Q235A冷軋板,厚度 lram 1.5mm，輔助軟鐵磁極的極弧系數為0. 15 t 0. 25 t ，輔助軟鐵磁極距轉 子鐵芯表面為0. 8mm 1. 2mm間隙。
實施例1:
圖2是實施例1的定子結構圖。
本實施例采用3段長方形永磁材料拼接成近似的瓦型永磁磁極6，磁極數為 4極，永磁磁極6的極弧系數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0. 21，永磁磁極6距 轉子表面間隙1.0mm (最小值)，輔助軟鐵磁極13距轉子表面間隙1.0腿，轉子 鐵芯7的長度94mm 、直徑148mm ，電樞繞組8的元件數57、繞組形式為單波 繞組。
測得結果
功率8. Okw、電壓60V、電流144A、轉矩34. 4Nm、轉速2220r/min、效率 92.6%、轉子表面溫升91.6。C (持續工作60min)。 實施例2:
圖3是實施例2的定子結構圖。
本實施例采用瓦型永磁磁極6，磁極數為4極，永磁磁極6的極弧系數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0.21，永磁磁極6距轉子表面間隙1.0mm，輔助軟鐵磁極 13距轉子表面間隙1.0mm，轉子鐵芯7的長度94mm 、直徑148mm ，電樞繞組8 的元件數57、繞組形式為單波繞組。
測得結果
功率8. Okw、電壓60V、電流145A、轉矩35. 0Nm、轉速2180r/min、效率 92.0%、轉子表面溫93. 0°C (持續工作60min)。
權利要求1、稀土永磁直流牽引電動機，由轉子鐵芯(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，電動機的動力由軸(1)從前端蓋(2)一側輸出，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)的增磁效應邊沿處，且輔助軟鐵磁極(13)緊貼永磁磁極(6)，不留間隙，數目和永磁磁極相同；c.定子磁軛(5)直接充當了電機定子外殼。
2、 根據權利要求l所述的稀土永磁直流牽引電動機，其特征在于所述的 永磁磁極(6)的極弧系數為0. 50t 0.65t，磁極厚度為6mm 8咖，永磁磁 極(6)距轉子鐵芯(7)表面為0.8mm 1.2鵬間隙。
3、 根據權利要求l所述的稀土永磁直流牽引電動機，其特征在于所述的 輔助軟鐵磁極(13)的極弧系數為0. 15t 0.25t ，輔助軟鐵磁極(13)距轉 子鐵芯(7)表面為0. 8腿 1.2咖間隙。
4、 根據權利要求l所述的稀土永磁直流牽引電動機，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、 根據權利要求1所述的稀土永磁直流牽引電動機，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機，由軸(1)、前端蓋(2)、風扇(3)、固定螺桿(4)、定子磁軛(5)、永磁磁極(6)、轉子鐵芯(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)三個部分組成全新結構的定子。定子磁軛(5)和輔助軟鐵磁極(13)是由導磁材料薄板整體沖制、疊壓而成，定子磁軛(5)直接充當了電機定子外殼，不再使用傳統意義上的電機定子外殼。本實用新型不僅工藝簡單、結構緊湊、堅固可靠、成本低，而且電機散熱性能好。廣泛應用于車輛牽引動力源。
文檔編號H02K1/17GK201323518SQ20082021463
公開日2009年10月7日 申請日期2008年12月24日 優先權日2008年12月24日
發明者孫德全, 孟吉軍, 王鎖蘭 申請人:江蘇友誼機械廠