CN102938595A - 一种复合笼条实心转子软起动制动电动机 - Google Patents

Abstract

一种复合笼条实心转子软起动制动电动机，涉及制动电动机。该机包括电机轴、前端盖、机座、定子、复合笼条实心转子、制动弹簧、定子绕组、制动盘、调整弹簧、摩擦片、后端盖、调整块、调整螺钉、锁紧螺母、风罩，在实心转子外圆周上斜切压铸铝笼条的导条槽，把包括风叶、左端环、导条、右端环的铝合金笼条和实心转子压铸成一体，构成复合笼条实心转子。本发明兼具软起动和硬运行特性,功率因数高、工作效率高；采用整体磁回路使制动力矩增大36%，制动力矩和制动速度可调节；结构紧凑、体积小、重量轻、温升低，提高绝缘等级、防护等级，安装、调试、维护方便，故障率低。可应用于各种单、双梁起重机、门式起重机大、小车运行机构及电动葫芦行走机构。

Description

一种复合笼条实心转子软起动制动电动机

技术领域

本发明涉及一种制动电动机，尤其是一种复合笼条实心转子软起动制动电动机。 

背景技术

在起重运输机械的运行机构中，电动机通常是在载荷状态下起动的，而现有起重机械所用制动电动机因起动力矩大，在起动和停止时冲击大，对起吊重物安全隐患大（如铸造钢、铁水包的调运等），对电动机本身及起重机械冲击大影响其使用寿命，研发软起动制动电动机成为起重运输机械制动电机设计人员的共识和目标。 

软起动制动电动机之所以能够实现“软”起动，其关键在于电动机的转子结构上。软起动电动机的转子采用导磁性能好的低碳钢实心转子，转子铁心表面在定子产生的感应磁场中通过集肤效应作用，形成“涡流”而成转子电路，该转子电路在定子产生的感应磁场下产生转子的感应电流，由于闭合的带电导体在磁场中产生电磁力、便输出电磁转矩、使电动机旋转。 

国内研制的第一代软起动电机的实心转子为无导条结构，实心转子表面没有切槽；电机的制动是在后端部外加电磁线圈和弹簧制动片，工作时电磁线圈通电、使制动片相互脱开，停机时制动线圈断电、弹簧力推动使制动片压合、电动机制动。 

我公司研制的第二代实心转子软起动制动电动机——一种复合转子软起动制动电动机其转子为复合结构，该转子的前2/3部分仍为无导条结构、转子表面纵向切斜槽、将表面涡流分割成多个小区间，用以减小涡流发热的影响；后1/3部分作有从端部切开的分隔槽和分割环，在分隔槽和分割环中采用压铸方法压铸入铝料、使之形成端部封闭环路；电动机的制动是在电机轴上套装一个弹簧制动盘、与后端盖上的制动片配合形成制动器，当电机通电后，转子前部仍然和第一代软起动电动机一样产生电磁转矩而使电动机旋转，后部则在定子线圈的作用下产生轴向的电磁力，使制动盘克服弹簧力与制动片脱开、电动机旋转，断电后旁磁力随之消失，弹簧制动盘在弹簧力作用下与制动片压合，电动机制动，转子停止旋转。实心转子软起动电动机经过第二代机的不断改进，性能已经得到根本性的提高，其突出优点是：起动电流小、起动转矩大、起动过渡期时间相比鼠笼电机长、滑差大冲击小、过载能力强、堵转5min电机不烧毁、适合频繁起动工况；与传统的通过外接电子软启动器、变频启动及变阻等方式起动相比，本软起动方式不需附加外挂设计，电机制造费用和起重机配置费用大大降低，而且结构轻巧，安装、调试、维护十分方便，故障率低，因此在较短的时间内被迅速认可和推广，目前已经成为起重机械中运行机构的主流电机。但是，第二代机也存在着比较明显的缺点：即功率因数低、效率低。因为实心转子电动机的转差率大（比鼠笼电机大得多），在达到额定功率时，其输出转矩也达到额定值，但此时电机的转差率大，转速也比较低。用户反映：软起动电机在运行时“没劲”——即运行疲软。 

针对上述问题，我公司又研发成功第三代实心转子软起动制动电动机——一种复合笼条实心转子软起动制动电动机，该第三代机既保留第一、第二代机的软起动特性，又使该电机在稳态运行时出力恒定、均匀——“有劲”，使其成为兼具“软”起动和“硬”运行特性的电动机。该种复合笼条实心转子软起动制动电动机可作为各种单梁起重机、双梁起重机、门式起重机的大车、小车运行机构以及电动葫芦行走机构的动力，也可用于环保设备、冶金机械、矿山机械、船舶机械、港口机械、化工机械和汽车制造、工业生产线等需要连续工作的领域，应用前景十分广阔。 

根据检索，国内外尚未有与本发明相同的专利申请。 

发明内容

针对以上存在的问题，本发明提供一种具有软起动特性，可减少起动和停止时对起重机冲击的、又可使电动机在稳态运行时出力恒定、均匀有劲的，兼具有“软”起动和“硬”运行特性的一种复合笼条实心转子软起动制动电动机。 

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：如图1、图2所示，该一种复合笼条实心转子软起动制动电动机包括电动机轴1、前端盖2、机座3、定子4、复合笼条实心转子5、制动弹簧6、定子绕组7、制动盘8、调整弹簧9、摩擦片10、后端盖11、轴承12、调整块13、调整螺钉14、锁紧螺母15、风罩16，所述的复合笼条实心转子5包括铝合金笼条5.1、实心转子5.2；所述的铝合金笼条5.1包括风叶5.1.1、左端环5.1.2、导条5.1.3、右端环5.1.4；所述的实心转子5.2为导磁性能好的低碳钢实心转子，在其实心转子5.2全长的外圆周上圆周均布斜切若干个压铸铝笼条的导条槽，导条槽的数量及截面积根据电磁计算确定，导条槽斜度为相邻定子槽齿间宽度，其实心转子5.2的内孔作成四阶梯孔、其最小的第一个阶梯内孔与电动机轴1的外圆过盈配合、其第二个阶梯内孔用以承装制动弹簧6、其第三个阶梯内孔的直径与右端环5.1.4的内径一致、其第四个阶梯内孔的直径与右端环5.1.4的外径一致，在实心转子5.2的右端面上作右端环5.1.4与外圆周上斜切的压铸铝笼条的导条槽相通的平面分隔槽，通过压铸工序，向实心转子5.2的导条槽中、右端面的平面分隔槽中及左端面的外圆端部压铸入铝合金材料，使压铸成的风叶5.1.1、左端环5.1.2、导条5.1.3、右端环5.1.4连接成铝合金笼条5.1，形成闭合回路，把实心转子5.2与铝合金笼条5.1压铸成一体，构成复合笼条实心转子5，再把复合笼条实心转子5的右端环5.1.4朝向电动机轴1的花键轴一端与电动机轴1热套成一体；所述的电动机轴1，在其花键轴尾端作穿过直径并与轴心线垂直的矩形通槽，用以穿插入调整块13，在电动机轴尾端作螺纹孔与调整螺钉14配合，并使螺钉孔与矩形通槽连通；所述的制动弹簧6一端支承在实心转子5.2的阶梯内孔底上，另一端支承在制动盘8的小端法兰盘内凹槽中；所述的制动盘8两端作有法兰盘，内孔作花键，与电动机轴1的花键配合，小端法兰盘面对右端环5.1.4、内孔作有内凹槽、用以承装制动弹簧6，大端法兰盘面对后端盖11内端面上固定的摩擦片10、内孔作有内凹槽，用以承装调整弹簧9和调整块13；所述的调整弹簧9一端支承在制动盘8的大端法兰盘的内凹槽中，另一端被穿插入电动机轴1矩形通槽中的长方形调整块13所支承；所述的后端盖11其内端面固定摩擦片10，其后端作通孔，由调整螺钉14穿入该孔与电动机轴1的螺纹孔连接；所述的调整块13为长方形块，其两端作成圆弧形，朝向调整弹簧9的一面两端作有圆弧型阶梯，可穿插入电动机轴1所作的矩形通槽中；所述的调整螺钉14与穿插入电动机轴1矩形通槽中的调整块13接触，调节调整螺钉14，可通过调整块13调节调整弹簧9的压缩量，从而改变制动弹簧6对制动盘8的作用力，达到调节制动力矩和制动速度；所述的锁紧螺母15用以锁紧调节好制动力矩和制动速度后的调整螺钉14；所述的风罩16装在后端盖11外。所述的前端盖2、后端盖11、接线盒都采用铝合金压铸成型，机座3采用铝合金拉伸工艺成型，便于系列化和模块化生产。 

本发明的有益效果是： 

1、本发明一种复合笼条实心转子软起动制动电动机是在实心转子外表面斜切导条槽，在导条槽中压铸入铝合金，在端部增设铝端环，使铝导条与左、右铝端环压铸成封闭铝合金笼式结构，形成闭合回路，类似鼠笼结构，由于实心转子与铝合金笼式结构材料不同、导电性能不一样，所以两个回路在不同的阶段起主导作用，电动机在起动阶段由实心转子表面涡流形成产生起动力矩，保留了第一、第二代机的软起动特性；在运行阶段由笼式结构补充旋转力矩，使该电动机在转入运行阶段时的M-S曲线特性和转差率接近于鼠笼转子电机，其速度平稳，克服了第二代实心转子软起动制动电动机存在的运行疲软现象，因此第三代实心转子软起动制动电动机——本发明的一种复合笼条实心转子软起动制动电动机是兼具有“软”起动和“硬”运行特性的电动机,较第二代软起动制动电动机功率因数大大增大、工作效率极大地提高。“软起动、硬运行”的效果是本发明电动机最突出的优势和亮点。

2、本发明的复合笼条实心转子的右端环和右端面分隔环是旁磁产生端，本发明通过主磁路和旁磁制动回路的整合，采用主、旁磁一体化回路使制动回吸磁场强度加大，相应的制动力矩增大了36%，使电动机制动性能明显增强。本发明本身装有平面摩擦制动器，装有制动弹簧和调整弹簧，可调节制动力矩和制动速度。 

3、本发明一种复合笼条实心转子软起动制动电动机的绝缘等级由原来的E、F级提高到H级，提高了与高端设备配套的优势；防护等级由IP44、IP54提高到IP55，开拓了产品的适用领域；电动机的负载持续率由原来的25%、40%提高到100%，达到连续工作制水平；温升下降19%，使电动机由原来的短时间运行提高到能够应用到如矿山机械、工业生产线等需要连续工作的领域。 

4、本发明采用了铝合金材料作机座、前、后端盖、接线盒，其整机重量下降了33.8%，散热性能好，外观美观、轻巧，适应了高端电机小型化、轻量化的趋势，也大幅降低制作成本。机座采用铝合金拉伸工艺成型，便于系列化和模块化生产。 

5、本发明的软起动方式不需附加外挂设计，电机制造费用和起重机配置费用大大降低，而且结构紧凑、体积小、重量轻、温升低，安装、调试、维护十分方便，故障率低。可广泛推广应用于各种单梁、双梁起重机、门式起重机的大车、小车运行机构及电动葫芦行走机构，也可应用于如环保、冶金、矿山、船舶、港口、化工机械和汽车制造、工业生产线等需要连续工作的领域，应用前景十分广阔。 

附图说明

图1是本发明的整机结构示意图。 

图2是本发明的复合笼条实心转子结构示意图。图中：5.1——铝合金笼条、5.2——实心转子。 

图3是本发明的复合笼条实心转子结构示意图的剖面图。图中：5.1——铝合金笼条、5.2——实心转子。 

图4是本发明的铝合金笼条的结构示意图。图中：5.1.1——风叶、5.1.2——左端环、5.1.3——导条、5.1.4——右端环。 

具体实施方式

利用附图和实施例对本发明作进一步说明。 

本发明一种复合笼条实心转子软起动制动电动机，其复合笼条实心转子5包括铝合金笼条5.1—实心转子5.2，所述的铝合金笼条5.1包括风叶5.1.1、左端环5.1.2、导条5.1.3、右端环5.1.4；所述的实心转子5.2为导磁性能好的低碳钢实心转子，在其实心转子5.2全长的外圆周上圆周均布斜切若干个压铸铝笼条的导条槽，导条槽的数量及截面积根据电磁计算确定，导条槽斜度为相邻定子槽齿间宽度，其实心转子5.2的内孔作成四阶梯孔、其最小的第一个阶梯内孔与电动机轴1的外圆过盈配合、其第二个阶梯内孔用以承装制动弹簧6、其第三个阶梯内孔的直径与右端环5.1.4的内径一致、其第四个阶梯内孔的直径与右端环5.1.4的外径一致，在实心转子5.2的右端面上作右端环5.1.4与外圆周上斜切的压铸铝笼条的导条槽相通的平面分隔槽，用专设的压铸模，通过压铸工序，向实心转子5.2的导条槽中、右端面的平面分隔槽中及左端面的外圆端部压铸入铝合金材料，使压铸成的风叶5.1.1、左端环5.1.2、导条5.1.3、右端环5.1.4连接成铝合金笼条5.1，形成闭合回路，把实心转子5.2与铝合金笼条5.1压铸成一体，构成复合笼条实心转子5，再把复合笼条实心转子5的右端环5.1.4朝向电动机轴1的花键轴一端与电动机轴1热套成一体；将制动弹簧6从电机花键轴一端套装入电动机轴1上，让其支承到实心转子5.2的第二个阶梯内孔的底部，将制动盘8小端法兰盘面对实心转子5.2的右端面套装入电动机轴1，使其花键孔与电动机轴1上花键滑动配合，将调整弹簧9套装入电机轴1，支承在制动盘8大法兰盘的内凹槽底上，再将作成矩形截面的、两端作成圆弧形的调整块13穿插入电动机轴1上的矩形通槽中，将调整螺钉14旋入电动机轴1尾端的螺钉孔中，抵在调整块13的背面，使其压住调整弹簧9，至此复合笼条实心转子总成总装完成；将作成一体的定子绕组7和定子4与机座3固定成一体；最后把总装完成的转子总成装入定子4中，装上前端盖2、后端盖11、轴承12，待前后端盖装配到位后，调节调整螺钉14并锁紧锁紧螺母15，装上风罩16。由于推动调整块13，可以调节调整弹簧9的压缩量，达到调节调整弹簧9对制动盘8的作用力大小，这样做可抵消一部分制动弹簧6对制动盘8的作用力，从而达到改变制动电机制动力矩的大小。当调整螺钉14往下调节时，其推动调整块13压缩调整弹簧9的压缩量增大，使其对制动盘8的作用力增大，使制动盘8与后端盖11上固定的摩擦片10的制动力矩减小，则制动速度变慢；反之，电动机的制动力矩增大，制动速度快。由于调整弹簧9的作用，电动机在制动时就有一定的缓冲作用，从而减少电动机制动时对设备的冲击，也由于制动盘8的特殊结构，使其制动效果好、又极大地简化了平面制动的庞大体积与装置，使整机结构紧凑、体积小、重量轻、节省原材料、降低消耗、大幅降低制造成本。前端盖2、后端盖11、接线盒都采用铝合金压铸成型，散热性能好、大幅降低整机重量，机座3采用铝合金拉伸工艺成型，便于系列化和模块化生产，提高工效，降低成本。 

由权威检测部门对本发明第三代实心转子软起动制动电动机——一种复合笼条实心转子软起动制动电动机与同类第一代、第二代电动机性能检测结果比较如下： 

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检测结果确认：本发明一种复合笼条实心转子软起动制动电动机具有软起动、硬运行效果，功率因数高、工作效率高；静制动力矩大，制动力矩和制动速度可调节；提高绝缘等级、防护等级；结构紧凑、体积小、重量轻、温升低，安装、调试、维护方便，故障率低。可广泛推广运用于各种单梁、双梁起重机、门式起重机的大、小车运行机构以及电动葫芦的行走机构，也可用于环保设备、冶金机械、矿山机械、船舶机械、港口机械、化工机械和汽车制造、工业生产线等需要连续工作的领域，应用前景十分广阔。 

Claims (2)

1.一种复合笼条实心转子软起动制动电动机，其特征在于：该一种复合笼条实心转子软起动制动电动机包括电动机轴(1)、前端盖(2)、机座(3)、定子(4)、复合笼条实心转子(5)、制动弹簧(6)、定子绕组(7)、制动盘(8)、调整弹簧(9)、摩擦片(10)、后端盖(11)、轴承(12)、调整块(13)、调整螺钉(14)、锁紧螺母(15)、风罩(16)，所述的复合笼条实心转子(5)包括铝合金笼条(5.1)、实心转子(5.2)；所述的铝合金笼条(5.1)包括风叶(5.1.1)、左端环(5.1.2)、导条(5.1.3)、右端环(5.1.4)；所述的实心转子(5.2)为导磁性能好的低碳钢实心转子，在其实心转子(5.2)全长的外圆周上圆周均布斜切若干个压铸铝笼条的导条槽，导条槽的数量及截面积根据电磁计算确定，导条槽斜度为相邻定子槽齿间宽度，其实心转子(5.2)的内孔作成四阶梯孔、其最小的第一个阶梯内孔与电动机轴(1)的外圆过盈配合、其第二个阶梯内孔用以承装制动弹簧(6)、其第三个阶梯内孔的直径与右端环(5.1.4)的内径一致、其第四个阶梯内孔的直径与右端环(5.1.4)的外径一致，在实心转子(5.2)的右端面上作右端环(5.1.4)与外圆周上斜切的压铸铝笼条的导条槽相通的平面分隔槽，通过压铸工序，向实心转子(5.2)的导条槽中、右端面的平面分隔槽中及左端面的外圆端部压铸入铝合金材料，使压铸成的风叶(5.1.1)、左端环(5.1.2)、导条(5.1.3)、右端环(5.1.4)连接成铝合金笼条(5.1)，形成闭合回路，把实心转子(5.2)与铝合金笼条(5.1.)压铸成一体，构成复合笼条实心转子(5.)，再把复合笼条实心转子(5.)的右端环(5.1.4)朝向电动机轴(1)的花键轴一端与电动机轴(1)热套成一体；所述的电动机轴(1)，在其花键轴尾端作穿过直径并与轴心线垂直的矩形通槽，用以穿插入调整块(13)，在电动机轴尾端作螺纹孔与调整螺钉(14)配合，并使螺钉孔与矩形通槽连通；所述的制动弹簧(6)一端支承在实心转子(5.2)的阶梯内孔底上，另一端支承在制动盘(8)的小端法兰盘内凹槽中；所述的制动盘(8)两端作有法兰盘，内孔作花键，与电动机轴(1)的花键配合，小端法兰盘面对右端环(5.1.4)、内孔作有内凹槽、用以承装制动弹簧(6)，大端法兰盘面对后端盖(11)内端面上固定的摩擦片(10)、内孔作有内凹槽，用以承装调整弹簧(9)和调整块(13)；所述的调整弹簧(9)一端支承在制动盘(8)的大端法兰盘的内凹槽中，另一端被穿插入电动机轴(1)矩形通槽中的长方形调整块(13)所支承；所述的后端盖(11)其内端面固定摩擦片(10)，其后端作通孔，由调整螺钉(14)穿入该孔与电动机轴(1)的螺纹孔连接；所述的调整块(13)为长方形块，其两端作成圆弧形，朝向调整弹簧(9)的一面两端作有圆弧型阶梯，可穿插入电动机轴(1)所作的矩形通槽中；所述的调整螺钉(14)与穿插入电动机轴(1)矩形通槽中的调整块(13)接触，调节调整螺钉(14)，可通过调整块(13)调节调整弹簧(9)的压缩量，从而改变制动弹簧(6)对制动盘(8)的作用力，达到调节制动力矩和制动速度；所述的锁紧螺母(15)用以锁紧调节好制动力矩和制动速度后的调整螺钉(14)；所述的风罩(16)装在后端盖(11)外。

2.根据权利要求1所述的一种复合笼条实心转子软起动制动电动机，其特征在于：所述的前端盖(2)、后端盖(11)、接线盒都采用铝合金压铸成型，所述的机座(3)采用铝合金拉伸工艺成型，便于系列化和模块化生产。

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