作者：刘猛、
百吨级刚性矿卡作为世界各地大型露天矿山的重要运输工具，其电传动系统的可靠性直接影响车辆性能和矿山运行效率。牵引电机作为电传动系统的传动终端，其外在特性和工况适应性是系统设计时的关键指标。
结合不同牵引电机的特性、露天矿山的运行环境、矿车实际运行工况，以及矿车电传动系统对牵引电机的要求，分析研究牵引电机在矿车领域的应用现状和发展趋势。
关键词：
1、刚性矿卡对牵引电机的技术要求
矿车主要应用于露天矿山等非公路运输场景，为适应矿山复杂多变的工况需求，同时保证矿车的可靠性与生产安全，对矿车牵引电机主要有以下要求。
(1）轻量化设计。
矿车牵引电机作为车载部件，其重量指标要求非常严格，以实现车辆轻量化设计，降低车辆运行油耗。
(2）高效恒功区。
为保证矿车动力性能，其设计时速一般不小于45km/h，但矿山道路路况多变，为保证矿车在复杂多态路面的行驶安全，各大矿山实际限速在30 km/h以下，满载长期运行速度更是低至10～15 km/h。
因此，矿车牵引电机长期工作在低转速区。为保证电传动系统的传动效率，在进行牵引电机的设计时，必须保证电机在低速区进入恒功点，且具有较大的恒功倍数，以保证车辆在高速段的牵引性能。
(3）低速大转矩。
为保证矿车在复杂路面工作时的牵引性能，牵引电机必须具备低速大转矩的输出能力。矿车是百吨级的巨型卡车，矿车牵引系统需要提供庞大的牵引力，以实现整车的牵引。以小松980E-4为例，其满载总质量达到624t，整车启动牵引力达到1 450 k N，牵引电机启动转矩超43 k N·m。
(4）大转矩小电流。
电传动系统的损耗主要包括传动部件的损耗、线路损耗、电机本体损耗等，在相同的输出转矩下，电机电流越小，系统热损耗越低。进行牵引电机设计时，必须匹配电机输出转矩与电机电流的关系，特别是在低速大转矩速度区间，以提升矿车电传动系统的综合能效。
(5）环境适应性。
由于矿车运行在大型露天矿山（煤矿、铁矿、铜矿等），现场运行环境十分恶劣，粉尘、铁屑、铜屑等颗粒污染物，极大地影响了牵引电机散热、绝缘等性能。因此在牵引电机设计时，其防护等级需满足多粉尘的工况要求。
2、矿卡牵引电机的应用现状
1）转子绕组切割定子旋转磁场，存在转子铜耗、铁耗，工作效率偏低；
2）矿车满载工作时速仅为设计时速的三分之一，甚至更低，导致矿车牵引电机长期工作在低速低效区，进一步降低了电传动系统的效率；
3）矿车交流异步牵引电机功率密度低，电机体积、重量大，增加了车辆自重，限制了轮边减速器的设计；
4）矿车交流异步牵引电机防护等级多为IP20，对露天矿山恶劣的工作环境适应性偏弱。当应用在铁矿、铜矿等金属矿山时，通常需要做特殊处理。
1）转子永磁体切割定子磁场，转子不发热，消除了转子铜耗、铁耗，提升了工作效率；
2）永磁同步牵引电机的高效区远高于交流异步牵引电机，特别是在电机低速区，永磁同步牵引电机应用于矿车时，可以充分发挥其低速段的高效特性，提升电传动系统的效率；
3）永磁同步牵引电机的功率密度高于交流异步牵引电机，在同等输出转矩、恒功调速范围下，永磁同步牵引电机的体积、重量明显小于交流异步牵引电机，易于实现车辆轻量化设计，同时可降低轮边减速器的设计难度；
4）永磁同步牵引电机多设计为全封闭电机，对露天金属矿山的适应性更强，且其在全生命周期内免维护，提高了系统的适应性和可靠性。
3、矿车牵引电机的发展趋势
矿车电传动系统以柴油发电机组为动力源，与内燃电力机车极其相似，其牵引电机的选择与矿车应用工况、电机特性密切相关。直流牵引电机由于电枢、换向器的存在，导致其可靠性差，易造成环火故障，平均每500h就要对电刷进行维护，在矿车领域已经被逐渐淘汰。
开关磁阻牵引电机受限于其转矩脉动，低速性能差、控制方式复杂等特点，在牵引级工况应用少，不建议应用于矿车领域。交流异步牵引电机以其应用量大，可靠性高，控制简单，价格便宜等特点取胜，是目前矿车领域的主流选择。
随着国家绿色矿山建设推进，资源节约化利用，以及节能减排等政策的推行，行业不断探索矿车新型传动方式，以提升矿车能效，降低其全生命周期油耗。永磁同步牵引电机以其高效高功率密度，体积、重量小，免维护等优势，成为牵引级工况领域的发展方向。
百吨级刚性矿卡领域是牵引级工况领域的分支之一，永磁同步牵引电机以其领先技术优势，必将成为新一代矿车电传动系统的发展方向。
