CN101964574A - 港机龙门吊低噪声起升电动机 - Google Patents

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本发明涉及电动机，具体为港机龙门吊低噪声起升电动机。解决现有港机龙门吊低噪声起升电动机噪声大的问题。该港机龙门吊低噪声起升电动机包括机座、定子铁心；定子铁心由定子冲片叠压而成，定子铁心内设有定子线圈，机座两端分别固定有前、后端盖，前、后端盖上经轴承支撑有转轴，转轴上有转子铁心，转子铁心由转子冲片叠压而成，转子铁心槽内窜有导条，两端与端环焊接为一体鼠笼；定子冲片槽数54，转子冲片槽数66；定子线圈使用成型绕组，按节距7、绕组短距比β为7/9绕制。进一步地，电磁设计时将气隙磁密降低到0.9T以下。本发明满足港口环境的低噪声环保需求，各项性能指标达到同类进口产品水平。

Description

港机龙门吊低噪声起升电动机
技术领域
本发明涉及电动机，具体为港机龙门吊低噪声起升电动机。
背景技术
轮胎式集装箱门式起重机（简称：龙门吊）是集装箱码头后方堆场作业的专用设备，与之配套的起升电动机通常采用变频调速异步电动机。龙门吊要求起升电动机具有高过载能力，设计时通常采用提高起升电机磁负荷、降低漏抗来满足龙门吊高过载能力的要求，因此容易导致电机高频电磁噪声偏高。现有龙门吊起升电动机采用普通变频调速异步电动机的设计方法进行电磁计算和机械结构设计，样机经现场运行后发现电机噪声高达103 dB（A），超出港口环境的85 dB（A）噪声限值要求。由于龙门吊司机室位于起升电动机下方的特殊安装结构，因此从司机工作环境及劳动保护方面考虑，港口用户对变频调速起升电动机的噪声要求十分严格。目前符合上述要求的低噪声起升电动机基本依靠从国外公司进口。
发明内容
本发明解决现有港机龙门吊起升电动机噪声大的问题，提供一种港机龙门吊低噪声起升电动机。   
本发明是采用如下技术方案实现的：港机龙门吊低噪声起升电动机，包括机座、定子铁心；定子铁心由定子冲片叠压而成，定子铁心内设有定子线圈，机座两端分别固定有前、后端盖（电动机以传动端为后，非传动端为前），前、后端盖上经轴承支撑有转轴，转轴上有转子铁心，转子铁心由转子冲片叠压而成，转子铁心槽内装有导条，两端与端环焊接为一体鼠笼；定子冲片槽数54，转子冲片槽数66；定子线圈使用成型绕组，按节距7、绕组短距比β为7/9绕制。
进一步地，电磁设计时将气隙磁密降低到0.9T以下，从而减小谐波磁场的幅值，进一步降低电机的电磁振动和噪声。
本发明在研制过程中主要借鉴普通恒频异步电机电磁噪声的分析方法，并首次运用有限元分析手段对电磁噪声的产生原因进行分析，找到产生电磁噪声的真正原因，从而确定降低电磁噪声的有效方法。
一、选择合理的定、转子槽配合有效降低电磁噪声。
（1）对原技术方案电机槽配合下产生高频电磁噪声的原因进行分析
首先对原型电机定转子槽配合54/44齿谐波产生的低阶径向力波频率计算，计算结果为4阶径向力波频率为1678Hz。
其次，对定子铁心固有振动频率进行计算。为计算定子铁心的固有频率，根据机座和定子铁心尺寸建立三维有限元模型，模型选用SOLID45 tetrahedra单元类型，剖分中采用ANSYS提供的智能网格剖分，求解类型选择Block Lanczos法，求解模态数目根据噪声分析需要取值为10，材料主要参数按通常选取，不添加任何约束和载荷，考虑无阻尼自由振动状态下定子铁心固有频率。计算结果列于表1。
表1：定子铁心固有频率计算值
Figure 769264DEST_PATH_IMAGE001
综合上述计算结果：当4阶径向力波频率为1678Hz与定子铁心4阶固有振动频率1600Hz两者接近，从而发生共振产生高频电磁噪声。
（2）本发明所述低噪声起升电动机定转子槽配合选择
采用同样的计算方法，对多种槽配合进行分析计算，通过大量的筛选及试验证明，当槽配合54/66情况下，6阶力波频率为1912Hz与定子铁心6阶固有振动频率2707Hz相差很远，不会产生共振，进而可以消除高频电磁噪声。
因此本发明所述的低噪声起升电动机定转子槽配合采用54/66。
二、采用合适的定子绕组节距，降低电磁噪声。
结构设计时，选取定子绕组节距定为7，绕组短距比β为7/9，降低谐波比漏磁导，相应多次谐波被大大削弱，其磁动势波形中的谐波含量减少，有效降低电磁噪声。
三、进一步地选择合理的气隙磁密，降低电机的振动和噪声。
电磁设计时将气隙磁密降低到0.9T以下，从而减小谐波磁场的幅值，降低电机的电磁振动和噪声。
四、有效减小气隙偏心，降低电磁振动和噪声。
设计和制造中对机座、前后端盖等部件的同轴度进行严格控制，从而减小气隙偏心，使径向力波幅值降低，可部分降低电磁振动和电磁噪声。
通过噪声试验，对电机空载状态下的噪声指标进行检测（见表2）。
表2：本发明电机转速在841和1891 r/min时的噪声试验结果
通过噪声试验验证，本发明电机噪声指标满足GB755-81低噪声E级标准要求。满足港口工作环境噪声限值85dB（A）的要求。
本发明所述的港机龙门吊低噪声起升电动机的成功发明，完全替代进口低噪声起升电动机，打破国外公司在港机行业的垄断地位，满足港口环境的低噪声环保需求。
附图说明
图1为本发明所述的港机龙门吊低噪声起升电动机的结构示意图。
图中：1-转轴，2-后外封环，3-圆柱滚子轴承，4-后外轴承盖，5-后油管，6-后端盖，7-机座，8-三相接线盒，9-温控开关接线盒，10-扣片，11-定子铁心，12-定子冲片，13-冷却风机，14-定子压圈，15-定子线圈，16-前端盖，17-前油管，18-前外轴承盖，19-编码器安装室，20-编码器及超速开关，21-弹性联轴节，22-前外封环，23-集油器，24-深沟球轴承，25-前平衡盘，26-前压板，27-端环，28-导条，29-转子铁心，30-转子冲片，31-电加热器接线盒，32-键，33-后压板，34-圆螺母，35-后平衡盘，36-内轴承盖，37-内封环，38-百叶窗，39- C型键。
具体实施方式
港机龙门吊低噪声起升电动机，包括机座7、定子铁心11；定子铁心11由定子冲片叠压而成，定子铁心11内设有定子线圈15，机座7两端分别固定有前、后端盖16、6，前、后端盖上经轴承支撑有转轴1，转轴1上有转子铁心29，转子铁心29由转子冲片叠压而成，转子铁心29槽内装有导条28，两端与端环27焊接为一体鼠笼；定子冲片槽数54，转子冲片槽数66；定子线圈使用成型绕组，按节距7、绕组短距比β为7/9绕制。
进一步地，电磁设计时将气隙磁密降低到0.9T以下，从而减小谐波磁场的幅值，进一步降低电机的电磁振动和噪声。
设计和制造中对机座、前后端盖等部件的同轴度进行严格控制，从而减小气隙偏心，使径向力波幅值降低，可部分降低电磁振动和电磁噪声。
如图1所示，港机龙门吊低噪声起升电动机，包括机座7、定子铁心11,机座采用钢板焊接结构；定子铁心11由定子冲片12叠压而成，外形为圆形的定子冲片12和两端外形为圆形的定子压圈14通过扣片10固定，定子内设有定子线圈15，机座两端分别固定有前、后端盖16、6（电动机以传动端为后，非传动端为前），前、后端盖上经轴承支撑有转轴1，转轴上有转子铁心29，转子铁心由转子冲片30叠压而成，两端用前、后压板26、33压紧，转子铁心槽内窜有导条28，两端与端环27焊接为一体鼠笼；前端盖上分别固定有前外轴承盖18、内轴承盖36，后端盖上分别固定有后外轴承盖4、内轴承盖36，转轴上固定有分别与内外轴承盖配合的内封环37、前外封环22、后外封环2；还包括转子前平衡盘25、后平衡盘35，环状的转子平衡盘分别热套于转轴上的转子铁心29两侧。前、后端盖采用螺栓与机座连接成一体；后端盖与转轴之间设有圆柱滚子轴承3，前端盖与转轴之间设有深沟球轴承24；两端轴承通过前、后油管17、5进行加润滑脂润滑；前外封环22带连接小轴，通过弹性联轴节21连接速度编码器及超速开关20的输入轴，编码器及超速开关20通过编码器安装室19固定于前外轴承盖18上，用于达到电机转速的精确控制和超速保护。转轴1传动端轴头为直轴带C型键39用于与减速齿轮箱相连，通过减速齿轮箱带动卷筒及钢丝绳，钢丝绳牵引集装箱吊具，从而完成集装箱的港口码头后方堆场作业。上述的电机结构是起升电动机的常规和现有结构。
本电机在设计中定子线圈15使用可靠性高的成型绕组。采用耐电晕薄膜导线绕制而成，线圈对地采用了电气性能好、散热能力强的少胶云母薄膜带，外包玻璃丝带。在机座7上方设有三相接线盒8、温控开关接线盒9和冷却风机13，机座侧方电加热器接线盒31，转轴1为单轴伸带键结构，机座7和定子铁心11间设有轴向通风道，转子铁心29上也开有轴向通风孔，机座7两侧设有百叶窗38，冷却风机13通过盐雾过滤器吸入冷却风，并将冷却风通过机座进风口送入电机内部，冷却风经定子绕组端部-定子铁心背部轴向通风道-定子绕组端部，将定子铁心及绕组进行冷却；另一条风路流经转子铁心轴向通风孔及气隙将转子冷却，几条风路汇合在传动端经过机座两侧面的百叶窗口流出。本电机设计采用了导条、端环焊接结构的转子鼠笼，以提高电机工作可靠性，确保电机参数一致性。前、后端盖16、6上设有前、后加油管17、5和集油器23。以上结构也是起升电动机的常规和现有结构。
本发明所述的低噪声起升电动机的主要参数列于表3。
表3：低噪声起升电动机主要参数
Figure 547175DEST_PATH_IMAGE003
                                                                                                        。

Claims (2)

1.一种港机龙门吊低噪声起升电动机，包括机座（7）、定子铁心（11）；定子铁心（11）由定子冲片叠压而成，定子铁心（11）内设有定子线圈（15），机座（7）两端分别固定有前、后端盖（16、6），前、后端盖上经轴承支撑有转轴（1），转轴（1）上有转子铁心（29），转子铁心（29）由转子冲片叠压而成，其特征为：定子冲片槽数54，转子冲片槽数66；定子线圈使用成型绕组，按节距7、绕组短距比β为7/9绕制。
2.根据权利要求1所述的港机龙门吊低噪声起升电动机，其特征为：气隙磁密为0.9T以下。
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