CN101944813A - 一种用于皮带输送机的外转子直驱式永磁同步电动机 - Google Patents

一种用于皮带输送机的外转子直驱式永磁同步电动机 Download PDF

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一种用于皮带输送机的外转子直驱式永磁同步电动机，包括固定在支架上的转轴；转轴两端有轴承分别连接电机前端盖和电机后端盖，电机前端盖和电机后端盖之间有外转子机壳，外转子机壳内有永磁体；转轴上有辐铁，辐铁两端设置前挡风/水压板和后挡风/水压板，相邻两个辐铁之间的转轴内有进风/水孔和排风/水孔，辐铁上安装定子，定子由定子铁心和三相定子绕组组成，或者由定子铁心、三相定子绕组和衬套组成。三相定子绕组端部有测温铂电阻，定子铁心端部有霍尔传感器，三相定子绕组引线、测温铂电阻引线以及霍尔传感器引线分别被固定在布线板的三个布线孔内，再由引出线轴孔引出至电动机外部。本发明可以简化结构电动机结构，并提高电动机的工作效率。

Description

一种用于皮带输送机的外转子直驱式永磁同步电动机
技术领域：本发明属电动输送机械领域，特别涉及一种用于皮带输送机的外转子直驱式永磁同步电动机。
背景技术：现有皮带输送机的驱动装置主要采用异步电动机配合减速机一起使用的方式，实践表明，异步电动机配合减速机的驱动方式存在着以下问题：1.电机按使用工况的最大功率选用，长期处在轻载状态，大马拉小车现象严重，驱动电机的效率和功率因数低。2.减速机降低传动效率，噪声大且存在润滑油污染。3.减速机齿轮易磨损，需要频繁维护，成本高且降低系统可靠性。4.多级传动，增加传动链的长度，增大体积，导致设备零散。
为了减少传输空间的占地面积，浙江大学叶云岳教授提出了一种直驱式皮带输送机，采用直线电机作为皮带输送机的驱动电机(CN 1651325A)。但仍无法摆脱链条连接的传动方式，同时链条为开启式的，不能做到良好密封，当工作地点位于煤矿等粉尘较多的场合时，涂有润滑物质的链条上很容易被粉尘污染，不能长期使用。因此这种由直线电机作为皮带输送机的驱动设备，其应用场合具有很大的局限性。
在专利(CN 2536549Y)中提出了一种由外壳旋转式电动机驱动的皮带输送机，采用外转子异步电动机作为皮带输送机的驱动电机。这种电机在结构上的显著优点在于采用外转子代替滚筒，直接驱动皮带，大大简化了传动结构，同时外转子直径较大，增大了刹车半径，减小了刹车力，利于刹车。但由于异步电动机自身的设计特点，很难做成多极，此外如果采用变频器驱动该电机，由于电机要求具有足够大的输出转矩，因此电机体积很大，浪费大量空间。
永磁同步电动机与异步电动机相比，不仅普遍存在效率、功率因数高等优势，而且在很宽的负载率范围内都能保持良好的工作特性。更为可贵的是，永磁同步电动机采用永磁体励磁，易于设计成多极，因而可以在取消减速器的情况下，自身实现低速大转矩，因而可以直接驱动输送机的滚筒。而外转子直驱式永磁同步电动机的转子就可以充当输送机的滚筒，使输送机的驱动和传动机构更为简化和可靠。可见，外转子直驱式永磁同步电动机用于皮带输送机，不仅大大简化了系统结构、提高了可靠性，而且提高了系统的整体效率，具有结构紧凑、体积小、维护简单、节能环保的特点。
发明内容：
发明目的：本发明提供一种用于皮带输送机的外转子直驱式永磁同步电动机，目的在于将电机设计为多极电机，其外转子充当滚筒，简化了皮带输送机的传动机构，取消减速器，并提高电动机的工作效率。
技术方案：本发明是通过以下技术方案实施的：
一种用于皮带输送机的外转子直驱式永磁同步电动机，其特征在于：所述电动机包括带有前轴孔和后轴孔的转轴，转轴固定在支架上；在转轴两端均安装有轴承，前端的轴承连接有电机前端盖，后端的轴承连接有电机后端盖，电机前端盖和电机后端盖之间连接外转子机壳，外转子机壳的内圆周上贴有永磁体；在转轴上固定有辐铁，辐铁两端设置有前挡风压板和后挡风压板，或者设置有前挡水压板和后挡水压板，在相邻两个辐铁之间的转轴内开有进风孔和排风孔，或者开有进水孔和排水孔；
辐铁上安装有定子，定子根据风冷和水冷两种不同冷却方式采用不同的结构：
采用风冷时，定子由定子铁心和三相定子绕组组成，其中，定子铁心是由冲有定子槽的硅钢片直接在辐铁上叠压而成，三相定子绕组嵌放在定子槽中；
采用水冷时，定子由定子铁心、三相定子绕组和衬套组成。其中，衬套是直接与辐铁焊接在一起，定子铁心是由冲有定子槽的硅钢片直接在衬套上叠压而成；
无论采用哪种冷却方式，在三相定子绕组的端部均放有测温铂电阻，在定子铁心的端部还安有霍尔传感器，三相定子绕组的引线、测温铂电阻的引线以及霍尔传感器的引线分别被固定在布线板的三个布线孔内，再经由转轴上的引出线轴孔引出至电动机外部。
所述外转子机壳上设有键。
所述定子铁心两侧均有压板压紧，扣片扣住，并用螺栓紧固。
所述定子槽在定子铁心的外圆上均匀分布。
所述转轴的两端轴伸为扁轴。
优点及效果：本发明提供的用于皮带输送机的外转子直驱式永磁同步电动机具有以下的显著优点：
(1)使用永磁同步电动机作为驱动电机，提高了效率和功率因数。
(2)电机设计为多极电机，其外转子充当滚筒，简化了皮带输送机的传动机构，取消减速器，提高了传动效率和可靠性，降低了噪音、污染和维护频度。
(3)外转子直径大，增大了刹车半径，减小刹车力，利于刹车。
附图说明：
图1为风冷外转子直驱式永磁电动机的剖面结构示意图；
图2为风冷外转子直驱式永磁电动机的剖面结构示意图的A-A剖视图；
图3为风冷外转子直驱式永磁电动机的剖面结构示意图的B-B剖视图；
图4为风冷外转子直驱式永磁电动机的轴和辐铁连接主视图；
图5为风冷外转子直驱式永磁电动机的轴和辐铁连接侧视图；
图6为水冷外转子直驱式永磁电动机的剖面结构示意图；
图7为水冷外转子直驱式永磁电动机的轴和辐铁连接主视图；
图8为水冷外转子直驱式永磁电动机的轴和辐铁连接侧视图；
图9为水冷外转子直驱式永磁电动机的剖面结构示意图的A-A剖视图；
图10为水冷外转子直驱式永磁电动机的剖面结构示意图的B-B剖视图；
图11为前挡风压板/前挡水压板示意图；
图12为后挡风压板/后挡水压板示意图；
图13为布线板示意图；
图14为支架示意图；
附图标记说明：
1：前轴孔、2：转轴、3：U型无骨架橡胶油封、4：轴承外端盖、5：双列圆柱滚子轴承、6：电机前端盖、7：轴承内端盖、8：前挡风压板、9：进风孔、10：三相定子绕组、11：键、12：外转子机壳、13：永磁体、14：辐铁、15：定子铁心、18：螺栓、19：排风孔、20：后挡风压板、21：霍尔传感器、23：测温铂电阻、26：布线板、27：引出线轴孔、28：电机后端盖、29：后轴孔、30：支架、31：衬套、32：可调节流阀、33：压力表、34：测温仪、35：前挡水压板、36：后挡水压板、37：进水孔、38：排水孔、a1：辐铁凸起部位、a2：铁芯档、a3：辐铁凹口。
具体实施方式：
下面结合附图并针对两种不同冷却方式对本发明进行描述：
图1为风冷外转子直驱式永磁电动机的剖面结构示意图，图2为风冷外转子直驱式永磁电动机的剖面结构示意图的A-A剖视图，图3为风冷外转子直驱式永磁电动机的剖面结构示意图的B-B剖视图，图4为风冷外转子直驱式永磁电动机的轴和辐铁连接主视图，图5为风冷外转子直驱式永磁电动机的轴和辐铁连接侧视图，如图所示，转轴2安放在两侧的支架30上，两边用夹板紧固。为了保证转轴2平稳地固定在支架30上，并考虑支架30的加工工艺，转轴2两端轴伸为扁轴。转轴2的前轴承档和后轴承档位置上都装配有双列圆柱滚子轴承5，双列圆柱滚子轴承5靠轴肩和挡圈轴向定位，在前轴承档处的双列圆柱滚子轴承5上端连接电机前端盖6，在后轴承档处的双列圆柱滚子轴承5上端连接电机后端盖28。每个双列圆柱滚子轴承5的两侧都安装有轴承外端盖4和轴承内端盖7。轴承外端盖4、轴承内端盖7与电机前端盖6、电机后端盖28形成封闭的轴承室，双列圆柱滚子轴承5位于轴承室中。轴承室里边需要填充轴承润滑脂，保证轴承的平稳轻快运行，减少磨损。轴承外端盖4处有间隙密封和U型无骨架橡胶油封3，防止润滑脂泄露以及粉尘进入轴承室。
所述电动机为外转子结构，外转子是一个由厚钢板卷制而成的外转子机壳12，为保证外转子机壳12的同轴度和气隙的均匀度，外转子机壳12的两端止口分别与电机前端盖6、电机后端盖28的止口配合。外转子机壳12的内圆周上贴有永磁体13，以产生电机的主磁场。相邻极下的永磁体13的充磁方向相反，即保证转子内圆周上永磁体的极性为N，S，N，S……循环下去。由于转轴2的轴向较长，永磁体13在轴向分成多段，每段长度由永磁体13加工工艺要求决定，每段永磁体13由两个十字槽沉头螺钉固定在外转子机壳12上，防止电动机转动时的离心力把永磁体13甩出。外转子机壳12的壳体上设有键11，键11可以起到加强筋的作用，在键11的两侧分别有凸起部位和凹口部位负责与卷筒定位、配合连接，进而直接驱动皮带进行输送工作。
八块辐铁14牢固的焊接在转轴2上，并进行退火处理，以消除残余应力。辐铁14上具有辐铁凹口a3、辐铁凸起部位a1以及铁芯档a2。辐铁14上安装有定子，采用风冷时，定子由定子铁心15和三相定子绕组10组成，其中，定子铁心15是由冲有定子槽的硅钢片直接在辐铁14上叠压而成，一侧靠辐铁凸起部位a1定位，另一侧用挡圈压紧。定子铁心15两侧均有压板压紧，扣片扣住，并用螺栓18紧固，防止定子铁心15弹开。八块辐铁14的辐铁凹口a3形成一个圆环，用以放置固定定子铁心15的挡圈，辐铁凸起部位a1与铁心档a3形成了一个肩部，用以定位定子铁心15，定子铁心15固定在铁心档a2。
转轴2的整个圆周上相邻辐铁14之间均开有进风孔9和排风孔19。同时辐铁14两端还放置了前挡风压板8和后挡风压板20，进而形成了定子辐铁通风道，风路经由辐铁通风道将定子铁心15的热量带走。定子铁心15外圆上开有均匀的定子槽，三相定子绕组10嵌放在定子槽中，并焊接好线圈间的连线和三相定子绕组引线。
电动机两个轴伸端的前轴孔1和后轴孔29处分别放有鼓风机和引风机负责鼓风和引风。该电动机的风路包括：鼓风机、前轴孔1、进风孔9、定子辐铁通风道、排风孔19、后轴孔29、引风机。当鼓风机工作时，风机叶片旋转，产生风压，把空气引入前轴孔1，进而通过进风孔9送至定子辐铁通风道，在前挡风压板8和后挡风压板20的阻碍下，吹至定子铁心15，进而在引风机产生的风压的作用下，经由排风孔19到达后轴孔29，流出电动机，带走热量。
在三相定子绕组10的端部放有测温铂电阻23，用于测量电机温度，在定子铁心15的端部还安有霍尔传感器21，检测转子磁极的位置，以便对电机进行控制。三相定子绕组10的引线、测温铂电阻23的引线以及霍尔传感器21的引线分别被固定在布线板26的三个布线孔内，再经由转轴2上开出的引出线轴孔27引出至电动机外部。
图6为水冷外转子直驱式永磁电动机的剖面结构示意图，图7为水冷外转子直驱式永磁电动机的轴和辐铁连接主视图，图8为水冷外转子直驱式永磁电动机的轴和辐铁连接侧视图，图9为水冷外转子直驱式永磁电动机的A-A剖视图，图10为水冷外转子直驱式永磁电动机的B-B剖视图，如图所示，转轴2安放在两侧的支架30上，两边用夹板紧固。为了保证转轴2平稳地固定在支架30上，并考虑支架30的加工工艺，转轴2两端轴伸为扁轴。转轴2的前轴承档和后轴承档位置上都装配有双列圆柱滚子轴承5，双列圆柱滚子轴承5靠轴肩和挡圈轴向定位，在前轴承档处的双列圆柱滚子轴承5上端连接电机前端盖6，在后轴承档处的双列圆柱滚子轴承5上端连接电机后端盖28。每个双列圆柱滚子轴承5的两侧都安装有轴承外端盖4和轴承内端盖7。轴承外端盖4、轴承内端盖7与电机前端盖6、电机后端盖28形成封闭的轴承室，双列圆柱滚子轴承5位于轴承室中。轴承室里边需要填充轴承润滑脂，保证轴承的平稳轻快运行，减少磨损。轴承外端盖4处有间隙密封和U型无骨架橡胶油封3，防止润滑脂泄露以及粉尘进入轴承室。
所述电动机为外转子结构，外转子是一个由厚钢板卷制而成的外转子机壳12，为保证外转子机壳12的同轴度和气隙的均匀度，外转子机壳12的两端止口分别与电机前端盖6、电机后端盖28的止口配合。外转子机壳12的内圆周上贴有永磁体13，以产生电机的主磁场。相邻极下的永磁体13的充磁方向相反，即保证转子内圆周上永磁体的极性为N，S，N，S……循环下去。由于转轴2的轴向较长，永磁体13在轴向分成多段，每段长度由永磁体13加工工艺要求决定，每段永磁体13由两个十字槽沉头螺钉固定在外转子机壳12上，防止电动机转动时的离心力把永磁体13甩出。外转子机壳12的壳体上设有键11，键11可以起到加强筋的作用，在键11的两侧分别有凸起部位和凹口部位负责与卷筒定位、配合连接，进而直接驱动皮带进行输送工作。
八块辐铁14牢固的焊接在转轴2上，并进行退火处理，以消除残余应力。辐铁14上具有辐铁凸起部位a1以及铁芯档a2。辐铁14上安装有定子，采用水冷时，定子包括定子铁心15、三相定子绕组10、衬套31。其中，衬套31是由不锈钢钢板卷制而成，直接与辐铁14焊接在一起，一侧靠辐铁凸起部位a1定位。定子铁心15是由冲有定子槽的硅钢片直接在衬套31上叠压而成，一侧靠衬套31凸起部位定位，另一侧用挡圈压紧。定子铁心15两侧均有压板压紧，扣片扣住，并用螺栓18紧固，防止定子铁心15弹开。转轴2的整个圆周上相邻辐铁14之间均开进水孔37和排水孔38，同时辐铁14两端还放置了前挡水压板35和后挡水压板36。前挡水压板35、后挡水压板36分别与衬套31通过螺纹密封连接，于是相邻两辐铁14之间就形成了一个密封的水腔，水路经由水腔将定子铁心15的热量带走。定子铁心15外圆上开有均匀的定子槽，三相定子绕组10嵌放在定子槽中，并焊接好线圈间的连线和三相定子绕组引线。
电动机两个轴伸端的前轴孔1处放置有注水泵，后轴孔29处放有可调节流阀32。电机的水路包括：注水泵、前轴孔1、进水孔37、辐铁14与衬套31构成的水腔、排水孔38、后轴孔29、可调节流阀32。当注水泵工作时，产生水压，把水注入到前轴孔1，经由进水孔37注入由辐铁14与衬套31构成的水腔，在可调节流阀32的作用下，在水腔内形成了一定的水压，冷却定子铁心15，水再经由后轴孔29流出电动机，在可调节流阀32的出水端还安有压力表33和测温仪34，用于检测水压和水温。
在三相定子绕组10的端部放有测温铂电阻23，用于测量电机温度，在定子铁心15的端部还安有霍尔传感器21，检测转子磁极的位置，以便对电机进行控制。三相定子绕组10的引线、测温铂电阻23的引线以及霍尔传感器21的引线分别被固定在布线板26的三个布线孔内，再经由转轴2上开出的引出线轴孔27引出至电动机外部。
当给三相定子绕组10接通变频电源时，气隙中产生旋转磁场，通过变频起动方式将电动机拖动到同步转速运行。电动机工作时，永磁体13、电机前端盖6、电机后端盖28、轴承外端盖4和轴承内端盖7是随外转子机壳12一起旋转的，其它部件则是静止的。
图11为前挡风压板/前挡水压板示意图，图12为后挡风压板/后挡水压板示意图，如图所示，前挡风压板8、前挡水压板35、后挡风压板20、后挡水压板36均在中部开有用于穿过转轴2的通孔。
图13为布线板示意图，如图所示，布线板26上的三个布线孔空间上互差120度均匀排布，分别用于固定三相定子绕组引线25、测温铂电阻引线24以及霍尔传感器引线22。
图14为支架示意图，如图所示，支架30的两边有夹板用于将电动机转轴2紧固，支架30的底部钻有螺栓孔，用于固定支架30。
所述的永磁同步电动机设计为多极，具有低速大转矩的特性，可直接满足皮带输送机的驱动要求，因此取消了减速机。

Claims (5)

1.一种用于皮带输送机的外转子直驱式永磁同步电动机，其特征在于：所述电动机包括带有前轴孔(1)和后轴孔(29)的转轴(2)，转轴(2)固定在支架(30)上；在转轴(2)两端均安装有轴承，前端的轴承连接有电机前端盖(6)，后端的轴承连接有电机后端盖(28)，电机前端盖(6)和电机后端盖(28)之间连接外转子机壳(12)，外转子机壳(12)的内圆周上贴有永磁体(13)；在转轴(2)上固定有辐铁(14)，辐铁(14)两端设置有前挡风压板(8)和后挡风压板(20)，或者设置有前挡水压板(35)和后挡水压板(36)，在相邻两个辐铁(14)之间的转轴(2)内开有进风孔(9)和排风孔(19)，或者开有进水孔(37)和排水孔(38)；
辐铁(14)上安装有定子，定子根据风冷和水冷两种不同冷却方式采用不同的结构：
采用风冷时，定子由定子铁心(15)和三相定子绕组(10)组成，其中，定子铁心(15)是由冲有定子槽的硅钢片直接在辐铁(14)上叠压而成，三相定子绕组(10)嵌放在定子槽中；
采用水冷时，定子由定子铁心(15)、三相定子绕组(10)和衬套(31)组成。其中，衬套(31)是直接与辐铁(14)焊接在一起，定子铁心(15)是由冲有定子槽的硅钢片直接在衬套上叠压而成；
无论采用哪种冷却方式，在三相定子绕组(10)的端部均放有测温铂电阻(23)，在定子铁心(15)的端部还安有霍尔传感器(21)，三相定子绕组(10)的引线、测温铂电阻(23)的引线以及霍尔传感器(21)的引线分别被固定在布线板(26)的三个布线孔内，再经由转轴(2)上的引出线轴孔(27)引出至电动机外部。
2.根据权利要求1所述一种用于皮带输送机的外转子直驱式永磁同步电动机，其特征在于：所述外转子机壳(12)上设有键(11)。
3.根据权利要求1所述一种用于皮带输送机的外转子直驱式永磁同步电动机，其特征在于：所述定子铁心(15)两侧均有压板压紧，扣片扣住，并用螺栓(18)紧固。
4.根据权利要求1所述一种用于皮带输送机的外转子直驱式永磁同步电动机，其特征在于：所述定子槽在定子铁心(15)的外圆上均匀分布。
5.根据权利要求1所述一种用于皮带输送机的外转子直驱式永磁同步电动机，其特征在于：所述转轴(2)的两端轴伸为扁轴。
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