CN101662195B - 直驱式起重机起升机构用永磁同步电动机 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种直驱式起重机起升机构用永磁同步电动机，包括：永磁同步电动机壳体、定子绕组、定子铁芯、永磁体、转子、卷筒转轴、卷筒，所述永磁同步电动机的极数在20极以上。本发明通过增加永磁电机的极数，采用变频电源供电，实现电机的低速运行，输出较大的转矩，直接驱动负载工作，取消减速机，结构更简单、实用，提高系统工作效率。本发明采用的转子结构，能够有效的防止永磁电机装配困难的问题；通过转子磁极和隔磁钢圈共同保护永磁体装配时不易损坏；安装过程的磁阻转矩降低为零，降低了安装难度，降低了对安装工具(专用组装设备)的要求和依赖，大大降低了转子的质量和转子结构的复杂程度。
Description
技术领域
本发明属于电机技术领域，特别涉及一种直驱式起重机起升机构用永磁同步电动机。
背景技术
起重机起升机构作为一个典型的机械、电气为一体的设备，担负着起升各种物品位移动的重要任务，是起重机吊车的主要核心部件，因此电机是它的“心脏”部分，即动力源部件。
目前起重机起升机构主要采用的电动机拖动系统可分为以下三类：
1、三相异步交流电动机拖动系统这是起重机起升机构电力拖动发展的第一阶段，普通的三相异步交流电动机通过联轴接、传动杆、减速机的减速等措施来满足起重机起升机构的性能和要求。由于鼠笼型异步电动机很难满足提升机起动和调速性能的要求，因此多采用绕线型异步电动机进行拖动。绕线型异步电动机转子回路串电阻后能限制起动电流和提高起动转矩，并能在一定范围内调速。这种系统具有结构简单，坚固耐用，维护方便，价格低廉，安装调试方便等优点。缺点是起动阶段电能损耗较大，当用于要求频繁起动或不同运行速度的多水平起重机起升机构时，这个问题就更为突出。由于靠切除转子回路电阻进行调速，所以系统的调速性能不好，调速范围小 且为有级调速。
2、发电机组—直流电动机拖动系统由于绕线型异步电动机的调速性能不够理想，所以人们便开始采用这种拖动方式。直流电动机的机械特性为直线，调速性能更好，工作更加可靠。发电机—电动机直流拖动系统，主提升电动机为他励式直流电动机，由同步电动机驱动的直流发电机对其直接供电，通过改变直流发电机的励磁大小来改变直流电动机电枢两端的电压，从而改变电动机的转速，达到起重机起升机构的调速目的。这种系统采用磁放大器和电机放大机两级放大的速度闭环调速方式。给定部分送来的信号，加到双拍磁放大器的给定绕组，经放大后供给电机放大机的给定绕组，经再次放大后接发电机的励磁绕组。磁放大器和电机放大机的反馈绕组按负反馈接法分别接到各自的输出端，磁放大器构成外反馈环节，电机放大机构成电压负反馈环节，使磁放大器和电机放大机具有较理想的特性。通过与起重机起升机构硬轴连接的测速发电机获得测速反馈信号，加到磁放大器速度反馈绕组和给定信号进行综合比较，构成速度负反馈环节。发电机—电动机直流拖动系统的特点是过载能力强，所需设备均为常规定型产品，供货容易，运行可靠，技术要求不高，对系统以外的电网不会造成有害的影响。缺点是效率低，平均只有75％左右；调速范围由于剩磁影响不能过大；设备复杂、庞大、占地面积大等。目前，这种系统己较少采用。
3、晶闸管整流装置供电的直流拖动系统
自20世纪60年代初到70年代，在这近20年的时间里，伴随着电力电子技术的飞速发展，晶闸管整流装置供电的直流拖动系统得到迅速发展 和普及，这是起重机起升机构电力拖动发展的第二阶段。为获得可逆运行特性以实现四象限调速，这种系统通常有两种电气控制方案：一种是电枢可逆自动调速方案，通过改变直流电动机的电枢电压的极性，改变起升机运行方向；另一种是磁场可逆自动调速方案，通过改变直流电动机励磁电流方向，来改变起升机的运行方向。不论采取哪种方案，调速方法一般以调压为主，调磁为辅。电枢可逆方案需改变电动机电枢回路电流的方向，由于电枢回路电感较小，时间常数小(约几十毫秒)，反向过程进行快，因此适用于频繁起动、制动的多水平提升系统。但是，这种方案主回路需要两套容量较大的晶闸管变流装置，一次性投资较大，起升机容量越大，这个问题就越突出。磁场可逆方案，主回路只用一套晶闸管变流装置，励磁回路采用两套晶闸管变流装置。由于励磁功率较小，所以设备总容量比电枢可逆方案小得多，一次性投资较少。但是，由于励磁回路电感量比较大，时间常数大(约零点几秒到数秒)，因此，这种系统反向过程较慢，在采用强迫励磁之后，其快速性可得到一定程度的补偿，但切换时间仍在几百毫秒以上。应当指出，磁场可逆系统在电动机反转过程中，当励磁电流改变方向时，应使电动机的电枢电压为零，以防止电动机在切换过程中由于失励磁而“飞车”，这不仅增大了反向过程的死区，也增加了控制系统的复杂性。
上述三类起重机起升机构用电机及拖动系统，都存在着一些我们不希望存在的缺点和问题。比如减速机的存在，不仅增加了成本，还导致整个传动系统的传动效率大为降低，并且存在着维护困难等等诸多问题。减速机体积大、需要较大的安装底座。由于减速机输入端连接一个高速 运行的三相异步电动机，运行时其轴承噪声大，其运行噪音一般在60～70db左右。齿轮传动不可避免地存在着机械磨损，随着运行时间的增加，磨损使运动部件之间间隙变大，导致噪音加剧、传动效率下降。在机械传动装置中，减速机传动系统虽具有降低转速和增大扭矩的优点，但其效率低、耗损能量、运行噪音大等缺点是无法克服的。一般而言，传动效率在68～88％之间，约有20～30％的电能以热损耗形式被浪费掉。为了降低减速机的磨损和传动滑移过程中产生的摩擦热，润滑油的使用必不可少，定期更换润滑油不仅增加了日常维护费用，而且运行过程中产生的油气和油污也会对环境造成直接污染。晶闸管整流装置供电的直流拖动系统存在功率因数低的缺点。尽管采用了顺序控制技术，但功率因数仍然较低，需要由电网吸收大量的无功功率，对电网品质因数产生严重的影响。起重机起升机构的容量越大，这个问题就越突出。另一方面，直流电动机电枢回路的整流子限制了提升机容量的进一步增加，随着起重机起升机构的吨位不断扩大，起重机起升机构单机容量也不断加大，电动机的换向整流子就成了一个薄弱环节。
发明内容
为了克服上述现有起重机拉升机构拖动系统的成本高(例如减速机的存在)、效率低、维护困难等问题，本发明提供了一种直驱式起重机起升机构用永磁同步电动机，实现电机的低速运行，输出较大的转矩，直接驱动负载工作，大幅降低成本(取消减速机及其他一系列传动机构)，提高系统工作效率，增强了系统运行的可靠性，结构简单，降低了维修难度。
为了达到上述目的，本发明提供的直驱式起重机起升机构用永磁同步电动机，包括：永磁同步电动机壳体、定子绕组、定子铁芯、永磁体、转子、卷筒转轴、卷筒，所述永磁同步电动机的极数在20极以上，转子(5)直接安装于卷筒转轴(6)上。
根据权利要求本发明提供的直驱式起重机起升机构用永磁同步电动机一优选技术方案是：所述永磁同步电动机采用变频器供电。
根据权利要求本发明提供的直驱式起重机起升机构用永磁同步电动机一优选技术方案是：所述转子的转子支撑轴外侧设有隔磁钢圈。
根据权利要求本发明提供的直驱式起重机起升机构用永磁同步电动机一优选技术方案是：所述隔磁钢圈外侧设有若干转子磁极。
根据权利要求本发明提供的直驱式起重机起升机构用永磁同步电动机一优选技术方案是：所述永磁体安装于相邻转子磁极的缝隙中。
根据权利要求本发明提供的直驱式起重机起升机构用永磁同步电动机一优选技术方案是：所述永磁体表面涂有纳米粘合剂。
根据权利要求本发明提供的直驱式起重机起升机构用永磁同步电动机一优选技术方案是：所述永磁同步电动机为单驱动或双驱动。
根据权利要求本发明提供的直驱式起重机起升机构用永磁同步电动机一优选技术方案是：所述永磁同步电动机安装过程如下：永磁同步电动机壳体固定在起重机起升机构机座上，定子铁心直接用螺栓安装在永磁同步电动机壳体上，定子绕组分布在定子铁心上，转子磁极用螺栓固定到隔磁钢圈上，隔磁钢圈与转子支撑轴通过螺栓连接在一起，转子直 接安放在卷筒转轴上，卷筒转轴直接安放在卷筒用左轴承、卷筒用右轴承上，调节定子、转子安装配合，保证电机的气隙均匀，将电机的定子固定到工作现场的指定位置，将永磁体抹上纳米沾合剂塞到转子的相邻转子磁极的缝隙中；最后变频器通过供电引线与永磁同步电机连线。
本发明的有益的技术效果是：
1、直驱式起重机起升机构用永磁同步电动机直接使用，也可采用变频器供电，变频器通过引线直接与永磁同步电机相连，实现永磁同步电动机的变频起动，提高了起重机起升机构系统的传动效率，增强了系统运行的可靠性，结构简单，降低了维修难度等等。
2、直驱式起重机起升机构用永磁同步电动机中的各部件，加工与制作将在工厂内完成，但安装过程将在起重机起升机构的组装现场同步完成。先将电机的定子和转子(不安装永磁体)分别按顺序组装完成，将电机的转子固定到所述的卷筒转轴上，调节定子、转子安装配合，保证电机的气隙均匀，将电机的定子固定到工作现场的指定位置，之后将永磁体抹上纳米粘合剂塞到转子上附图2中所示的位置，完成直驱式起重机起升机构用永磁同步电动机的安装，完成变频器与永磁同步电机连线后，即可通过变频器给电机供电，使其进入工作状态，能够完成起重起升任务。
3、直驱式起重机起升机构用永磁同步电动机，通过增加永磁电机的极数，采用变频电源供电，实现电机的低速运行，输出较大的转矩，直接驱动负载工作，取消减速机，取消部分传动连杆和联轴器等部件，提高系统工作效率。
4、直驱式起重机起升机构用永磁同步电动机的转子结构，能够有效的防止永磁电机装配困难的问题。普通变频永磁电机常采用表贴式转子结构，安装时永磁体常因与定子铁心的碰撞而破碎，而本发明的结构可以有效的通过转子磁极和隔磁钢圈共同保护永磁体装配时不易损坏。与直流电机相比，大大降低了转子的质量和转子结构的复杂程度；与YZR系列冶金起重用三相异步电动机相比，节省了集电环、高端盖、轴承等零部件，为生产和安装带来了很多便利。
5、直驱式起重机起升机构用永磁同步电动机的转子结构及安装顺序，可以使安装过程的磁阻转矩降低为零，降低了安装难度，降低了对安装工具(专用组装设备)的要求和依赖，更加有利于永磁同步电动机快速普及和发展。
6、直驱式起重机起升机构用永磁同步电动机的转子结构，直接安装到起重机起升机构的卷筒转轴上，与普通的联轴器连接方式相比，此结构更简单、实用，提高整个系统的效率。
7、直驱式起重机起升机构用永磁同步电动机，电动机基本型为单驱动(一端)，也可双驱动(两端)。
8、直驱式起重机起升机构用永磁同步电动机，该电机可以根据工况要求调整设计方案。基本系列：额定频率：50Hz，额定电压：380V，风机冷却，F、H不同等级绝缘，基准工作制S3，免维护时间为10年，使用寿命20年。
附图说明
图1是本发明实施例中直驱式起重机起升机构用永磁同步电动机的结构图；
图2是本发明实施例中直驱式起重机起升机构用永磁同步电动机的转子截面图。
具体实施方式
下面结合附图及具体实施例对本发明做详细说明。
请参照图1及图2，本实施例的直驱式起重机起升机构用永磁同步电动机包括：永磁同步电动机壳体1、定子绕组2、定子铁心3、永磁体4、转子5、转子磁极51、隔磁钢圈52、转子支撑轴53、卷筒转轴6、卷筒7、卷筒用右轴承8、卷筒用左轴承9、机座10、变频器供电引线11。永磁同步电动机壳体1、固定在起重机起升机构机座10上，定子铁心3直接用螺栓安装在永磁同步电动机壳体1上，定子绕组2分布在定子铁心3上，转子5安放在卷筒转轴6上，转子磁极51用螺栓固定到隔磁钢圈52上，隔磁钢圈52与转子支撑轴53通过螺栓连接在一起，永磁体4安放在转子5上，卷筒转轴6直接安放在卷筒用左轴承9、卷筒用右轴承8上。本发明采用变频器供电，变频器通过供电引线11直接与永磁同步电机相连，实现永磁同步电动机的变频起动。
现场安装具体实施方法：上述直驱式起重机起升机构用永磁同步电动机中的各部件，加工与制作将在工厂内完成，但安装过程将在起重机起升机构的组装现场同步完成。先将电机的定子和转子(不安装永磁体)分别按顺序组装完成，将电机的转子固定到所述的卷筒转轴上，调节定 子、转子安装配合，保证电机的气隙均匀，将电机的定子固定到工作现场的指定位置，之后将永磁体抹上纳米沾合剂塞到转子上相邻转子磁极的缝隙中。，完成直驱式起重机起升机构用永磁同步电动机的安装，完成变频器通过供电引线与永磁同步电机连线后，即可通过变频器给电机供电，使其进入工作状态，能够完成起重起升任务。
本是实施例采用变频器——永磁电机直接驱动起重机起升机构工作，本系统的优点是：
(1)节省减速机、联轴器、转动杆等部件，此结构更简单、实用，提高整个系统的效率；
(2)没有整流子和碳刷这一薄弱环节，保证了电机的可靠运行和降低了运行消耗；
(3)功率因数高，可达0.9～1，极大地节省了电能；
(4)动态品质好，系统可在四象限平滑过渡和无级调速；
(5)由于机械特性好，故起动转矩大；
(6)同步机的价格低于直流机；
(7)调速范围宽。因此，变频调速永磁同步机拖动系统应该是起重机起升机构的必然发展方向。
以上内容是结合具体的优选技术方案对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。
Claims (8)
1.一种直驱式起重机起升机构用永磁同步电动机，包括：永磁同步电动机壳体(1)、定子绕组(2)、定子铁芯(3)、永磁体(4)、转子(5)、卷筒转轴(6)、卷筒(7)，其特征在于：壳体(1)固定在起重机起升机构机座(10)上，定子铁芯(3)安装在永磁同步电动机壳体(1)上，定子绕组(2)分布在定子铁芯(3)上，所述永磁同步电动机的极数在20极以上，转子(5)直接安装于卷筒转轴(6)上。
2.根据权利要求1所述的直驱式起重机起升机构用永磁同步电动机，其特征在于：所述永磁同步电动机采用变频器供电。
3.根据权利要求2所述的直驱式起重机起升机构用永磁同步电动机，其特征在于：所述转子(5)的转子支撑轴(53)外侧设有隔磁钢圈(52)。
4.根据权利要求3所述的直驱式起重机起升机构用永磁同步电动机，其特征在于：所述隔磁钢圈(52)外侧设有若干转子磁极(51)。
5.根据权利要求4所述的直驱式起重机起升机构用永磁同步电动机，其特征在于：所述永磁体(4)安装于相邻转子磁极(51)的缝隙中。
6.根据权利要求5所述的直驱式起重机起升机构用永磁同步电动机，其特征在于：所述永磁体(4)表面涂有纳米粘合剂。
7.根据权利要求6所述的直驱式起重机起升机构用永磁同步电动机，其特征在于：所述永磁同步电动机为单驱动或双驱动。
8.根据权利要求6所述的直驱式起重机起升机构用永磁同步电动机，其特征在于：所述永磁同步电动机安装过程如下：永磁同步电动机壳体(1)固定在起重机起升机构机座(10)上，定子铁心(3)直接用螺栓安装在永磁同步电动机壳体(1)上，定子绕组(2)分布在定子铁心(3)上，转子磁极(51)用螺栓固定到隔磁钢圈(52)上，隔磁钢圈(52)与转子支撑轴(53)通过螺栓连接在一起，转子(5)直接安放在卷筒转轴(6)上，卷筒转轴(6)直接安放在卷筒用左轴承(9)、卷筒用右轴承(8)上，调节定子、转子(5)安装配合，保证电机的气隙均匀，将电机的定子固定到工作现场的指定位置，将永磁体(4)抹上纳米沾合剂塞到转子(5)的相邻转子磁极(51)的缝隙中；最后变频器通过供电引线(11)与永磁同步电机连线。
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