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永磁同步牵引电机 |
Permanent Magnet Synchronous Traction Motor |
近年来永磁电机发展迅速,交流永磁同步电机相比交流异步电机有单位重量功率高、输出转矩大等优点,可使牵引电机体积更小,效率更高,国外已有一些正式运营的高速动车组采用永磁同步牵引电机。在国内已有部分地铁列车采用永磁同步电机拖动,用于高速动车组的永磁同步牵引电机已量产,新的高速动车组将配备永磁同步牵引电机。
在《永磁电机栏目》介绍过永磁同步电动机,本课件介绍的永磁同步电动机更接近实际的永磁同步牵引电机。本课件用一个永磁同步牵引电动机的模型来介绍基本结构与组成。 |
定子铁芯与绕组 |
图1是定子铁芯与转子铁芯,铁芯由导磁良好的硅钢片叠成,内圆周有36个嵌线槽,用来嵌装三相绕组,在定子外圆周还有散热通风槽。 |

图1--定子铁芯与转子铁芯 |
定子绕组采用三相4极36槽双层叠绕组。图2是嵌有三相绕组的铁芯。 |
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图2--嵌有绕组的定子铁芯 |
图3是机座的剖视图,在机座上有托架,通过托架把牵引电机固定在转向架上。
机座外壳与内壳之间有多根支撑筋,定子固定在内壳内壁。内外壳之间是冷却风通道,在外壳后端有冷却风入口,前端为出口。 |
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图3--永磁同步电机机座 |
图4是装入定子与绕组的机座。 |
 图4--装入机座的定子与绕组剖视图 |
转子结构 |
转子铁芯由导磁良好的硅钢片叠成,在铁芯中开有安装永磁体的孔,还有通风孔,用来散热并减轻质量。12个永磁体分布见图5,图中灰色的是永磁体,在永磁体两面标有极性,蓝色箭头线是磁力线,在铁芯圆周外的蓝色空心字标出了转子的极性。 |
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图5--转子永磁体布置与磁场 |
图6左图是永磁体排列立体图,右图是插入永磁体的转子铁芯。 |
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图6--永磁同步电机转子 |
图7是装上转轴的转子铁芯(有永磁体),在铁芯两侧有永磁体挡板,挡板外再压入转子压圈。在转轴的非传动侧装上散热风扇。为显示清楚图7显示了不同方向的两个转子。 |
 图7—永磁同步电机转子 |
整机 |
在转子铁芯两侧的转轴上压入轴承,把转子插入定子铁芯内,安装好后端盖与前端盖,一个完整模型就完成了,见图8。 |
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图8--永磁同步牵引电机剖视图 |
为提高电机效率,提高调速精度,在电机非传动端轴端安装位置与速度检测装置 ,主要采用光电编码器或旋转变压器来实现,本模型没有相关装置,有兴趣者请另找参考资料。
图9是永磁同步牵引电机模型的外观图。 |
 图9--永磁同步牵引电机模型外观图 |
永磁电机的冷却 |
为防止铁屑与磁性粉尘进入电机,永磁电机均采用密封机壳,散热问题尤为重要,主要采用风冷或水冷方式。
本模型采用风冷方式,在机内利用散热风扇实现气流内循环进行散热,从转子通风孔出来的空气被离心风扇推向四周,一路由定子散热槽到电机前端,另一路由定子与转子间的气隙到电机前端,这些气流汇合后再进入转子通风孔进行循环,见图10中红色箭头线 。
在牵引电机旁有一台离心送风机,从风机出来的冷空气进入牵引电机后,穿过机座外壳与内壳间的空隙,把从内壳传出的热量带走,在电机前端排出,见图10中浅蓝色箭头线。 |
 图10—电机散热气流走向 |
请观看永磁同步牵引电机旋转动画 |
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永磁同步牵引电机旋转动画 |
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据报道中国自主研发的TQ-600型高铁永磁牵引电机采用新型稀土永磁材料,有效克服永磁体在高环境温度下失磁这一世界难题。电机功率600KW,最大功率635kW,同样重量的电机功率提升1.27倍,效率提高3%以上,具有功率密度大、动力转化效率高、过载保护能力强等优点。 |
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