CN103427542B - 无齿轮带式传送机驱动系统的马达驱动器 - Google Patents

无齿轮带式传送机驱动系统的马达驱动器 Download PDF

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Abstract

本发明涉及无齿轮带式传送机驱动系统的马达驱动器，其包括马达底架(9)、安装在马达底架或传送机底板(10)上的扭矩臂(8)、同步马达的旋转地对称的定子(7，14)和旋转地对称的转子箱(4)，定子由扭矩臂固定地保持，并且转子箱包含同步马达的转子的永磁体元件(6)。转子箱可直接安装在圆柱形带式传送机带轮(1)的前端上，使得永磁体元件围绕定子旋转，并且转子箱的对称轴线和定子的对称轴线彼此对准，并与带式传送机带轮的纵向轴线(16)对准。这种马达驱动器属于无齿轮带式传送机驱动系统，驱动系统还包括安装成围绕其纵向轴线旋转的圆柱形带式传送机带轮，及将带式传送机带轮和转子箱固定地连接的至少一个法兰(3，13)。

Description

无齿轮带式传送机驱动系统的马达驱动器
技术领域
本发明涉及一种用于无齿轮带式传送机驱动系统的马达驱动器以及包括这种马达驱动器的无齿轮带式传送机驱动系统。
背景技术
在采矿以及其它种类的工业中使用了带式传送机系统，在这些工业中需要在相当大的距离内搬运和运输大规模散装材料以及货物。一般说来，为了使传送带运动，需要传送机驱动单元驱动带传动带轮。传送机驱动单元最常见地包含电动马达驱动器，其利用减速齿轮而连接在带传动带轮上。一个备选的概念是使用直接驱动，即使用缓慢旋转的电动马达，其以无齿轮方式直接联接在传动带轮上。因此，无齿轮带式传送机驱动系统包含直接机械连接的电动马达驱动器和带传动带轮。这种无齿轮带式传送机驱动系统具有的优点这样，由于消除了齿轮所以涉及较少的活动机械构件，这提高了传送机驱动系统的可靠性和寿命，并从而减少维护费用。
无齿轮带式传送机驱动系统已经为人所知一段时间了。例如，西门子在Schwulera, R.的论文“Advanced Drive System Saves up to 20% Energy(节省高达20%能量的先进的驱动系统)”(Electric Energy Conference 1987: Adelaide, S. Aust.:An International Conference on Electric Machines and Drives; Proceedings.Barton, ACT: Institution of Engineers, Australia, 1987: 101-107)中介绍了他们第一个无齿轮带式传送机驱动系统。传送机驱动系统包含两个同步马达，其转子直接用法兰连接在传动带轮的带轮轴的每个侧面上，并且其中，然后安装定子，使得转子绕组可在定子内部旋转。
在US 7,543,700 B2和DE 10 2006 004 421 A1中描述了用于无齿轮带式传送机驱动系统的另一概念。在那些专利中，马达是永磁同步马达，其定位在传动带轮的带轮本体内部，带轮本体也被称为鼓筒壳体，其中带轮本体围绕轴而旋转。马达的定子固定在轴上，并且带有永磁体的转子固定在带轮本体内部，使其可随传动带轮一起围绕定子而旋转。
马达布置在带轮本体内部可能导致各种技术问题，特别是当用于大型带式传送机系统，例如陆上传送机，在这种情况下，其中一个相对应的驱动马达的额定功率达到高达10兆瓦。首先，带轮本体限制了马达的实际尺寸。因此，马达的最大可用功率密度限制了马达最大可能的额定功率。这最大额定功率最大值不超过5兆瓦，这可能不足以驱动大型带式传送机系统。其次，需要注意从带轮本体上可靠地除去热量的问题，这个问题随着功率密度的提高而加重了。作为提高功率密度的备选方案，人们可能考虑增加带轮本体的尺寸。然而，增大的带轮本体可能需要使用不同的带尺寸和/或带材料，这极大地提高了带式传送机系统的成本。另外，制造程序的复杂性随着带轮本体的尺寸增加而增加，同时制造精度下降，特别是关于圆柱形带轮本体的均匀度和圆度而言。
虽然因此本发明的目的是提出一种用于无齿轮带式传送机驱动系统的马达驱动器的概念，这可避免上述问题。
这个目的通过一种根据独立权利要求所述的马达驱动器和包含这种马达驱动器的无齿轮带式传送机驱动系统来实现。
发明内容
根据本发明的用于无齿轮带式传送机驱动系统的马达驱动器包括马达底架、安装在马达底架或传送机底板上的扭矩臂、同步马达的旋转地对称的定子以及旋转地对称的转子箱，定子由扭矩臂固定地保持，而转子箱包含同步马达的转子的永磁体元件，其中转子箱可直接安装在圆柱形带式传送机带轮的前端上，使得转子的元件围绕定子旋转，并且转子箱的对称轴线与定子的对称轴线彼此对准，并且与带式传送机带轮的纵向轴线对准。
因此，本发明是基于将两个之前所述的概念按照克服缺点这种方式组合起来的思想。因此，带永磁体的同步马达没有放置在带式传送机带轮本体的内部，而是做成可安装在其一个外端上。这克服了上述有限的马达功率和除去马达热量的问题。同Schwulera所述的方案相反，马达驱动器的转子不是内部转子，而是外部转子，即其围绕定子而旋转。这个概念允许有在马达的额定功率、电效率和实际尺寸及重量方面进行优化的马达驱动器的设计。马达驱动器变得更轻且更细长，这意味着其在安装、检修和维护期间可以更容易地搬运。另外，同具有带内部转子的标准同步马达的系统相比，为马达驱动器提出的这种概念导致所造就的无齿轮带式传送机驱动系统提高了成本效率，因为在系统的其它部件上(而不仅仅在马达上)可实现成本节省。因为由于外部转子的概念，永磁体会遇到小于120摄氏度的中等温度，所以不需要高端的永磁体材料。进一步的优点是可以很容易地拆卸转子，例如用于运输，因为不包含转子绕组和电连接器。
在马达驱动器的一个实施例中，马达底架布置成可沿着轨道从安装或检修位置滑动到操作位置，且反之亦然，并且在操作位置固定到传送机底板或传送机基础平台上。根据这个实施例，马达底架连同安装在马达驱动器上的任何元件或部件可与带式传送机带轮分开，从而使同步马达和/或带轮可以进行检修或简化安装过程。举例说来，这对结合地下矿山(例如铜矿)中使用的大型带式传送机系统是有利的。矿山隧道中的空间受到自然的限制，同时马达驱动器的额定功率和相应的尺寸是比较大的。当在安装、检修或维护期间，需要接近转子箱时，定子可以轻易地与之分离而无须太大空间。因此，只要马达底架连同扭矩臂和定子滑动到检修位置，并且在隧道中可直接执行检修。
在另一实施例中，马达驱动器的转子和定子与带式传送机带轮安装在同一轴上或同一非旋转轴上。这样就避免了马达底架和/或传送机底板中可能的弯曲对定子和转子之间的空气间隙的任何影响，尤其在底架或底板由钢制成的情况下。
在优选实施例的进一步形式中，转子箱布置成可固定地直接或间接地附连到马达底架上。根据这个方案，可以轻易地将马达驱动器与带轮完全分开，从而提供了对带轮的直接通路，这可以在例如不需要太多准备工作和不需要首先拆卸马达的条件下获得。
在马达驱动器的进一步的实施例中，转子箱设有用于对流冷却的冷却元件。这种冷却原理连同外部转子概念造就了一种同步马达的稳定可靠、简单且有效的冷却，这使得整个马达设计具有高的能量效率和成本效率。备选地或除了冷却元件之外，可提供强制冷却装置，用于对马达驱动器和其转子箱施加强制冷却。例如，可在马达驱动器附近安装冷却风扇，以用于产生强制空气对流。
根据本发明的无齿轮带式传送机驱动系统包括上述马达驱动器、安装成围绕其纵向轴线旋转的圆柱形带式传送机带轮以及用于将带式传送机带轮和马达驱动器的转子箱固定地连接起来的至少一个法兰。总之，无齿轮带式传送机驱动系统包含较小数量的元件，并且以机械稳定可靠的简单和模块化的方式构造而成。
在无齿轮带式传送机驱动系统的一个实施例中，带式传送机带轮旋转地安装在至少一个减摩轴承的内部。因为同步马达直接附连在带轮上，所以马达可设计成没有任何轴承。这造成了减少空气间隙的可能性，这通过保持马达的物理尺寸而导致额定功率增加。此外，同步马达中没有轴承意味着较少的马达磨损。
附图说明
本发明和其进一步的实施例将从下面结合附图所述的示例中变得显而易见，其中附图显示了：
图1是处于操作状态下的无齿轮带式传送机驱动系统的第一实施例，
图2是第一实施例的检修状态，
图3是无齿轮带式传送机驱动系统的第二实施例，
图4是无齿轮带式传送机驱动系统的第三实施例，
图5是无齿轮带式传送机驱动系统的第四实施例。
具体实施方式
在图1中描绘了无齿轮带式传送机驱动系统的第一实施例，其包含用于驱动传送机带的圆柱形带式传送机带轮1。带式传送机带轮1安装在两个减摩轴承2的内部，使得其围绕其纵向轴线16而旋转。带式传送机带轮1包含定位在减摩轴承2内侧的两个法兰13，其中内侧是法兰13的朝向带式传送机带轮1的带驱动部分的侧面。在其中一个减摩轴承2的外侧，带式传送机带轮1终止于另一法兰3中，其用于将转子箱4固定地连接到另一法兰3上，并从而连接到带式传送机带轮1上。
转子箱4包含永磁体元件6，永磁体元件6基本上形成了同步马达的旋转地对称的转子。在转子箱4的外侧，冷却元件5附连到转子箱上，以用于对流冷却。转子的永磁体元件6布置成围绕旋转地对称的定子7而旋转，其中转子箱4的对称轴线与定子7的对称轴线彼此对准，并且与带式传送机带轮1的纵向轴线16对准。
扭矩臂8固定地保持定子7，其中扭矩臂8吸收由于转子的旋转运动而引起的反作用力或扭矩，并且扭矩臂8安装在马达底架9上。马达底架9布置成可沿着轨道从操作位置A滑动到检修位置B(见图2)，且反之亦然，并且在操作位置A固定到传送机底板10，传送机底板10也被称为传送机基础平台10。传送机底板10可由例如钢或混凝土制成。在传送机底板或基础平台由混凝土制成的情况下，无齿轮带式传送机驱动系统属于永久设施。但是，传送机底板或基础平台还可设计为使无齿轮带式传送机驱动系统成为可迁移的移动式传送机驱动系统。
从图2中可以看出，通过使马达底架9滑动到检修位置B，定子7也连同扭矩臂8一起移动。转子箱4具有开口式前端，其背离带式传送机带轮1。在操作位置A，定子7布置成使其穿过开口式前端而延伸到转子箱4中。当滑动到检修位置B中时，定子7通过开口式前端而移出转子箱4。在图2中显示了盖板15，其在操作位置A覆盖转子箱4的开口式前端。这个盖板15也固定在扭矩臂8上。圆形的迷宫式密封件11布置成与盖板15同心并附连到盖板15上。在操作位置A，迷宫式密封件11密封转子箱4的内部空间19，以防灰尘和/或湿气。
在检修位置B，可以轻易地接触到同步马达的转子和定子的各种元件。在带式传送机带轮1需要维护的情况下，转子箱4可通过松开穿过另一法兰3的螺栓连接件18而与带式传送机带轮1分离。这种情形例如可适用于当无齿轮带式传送机驱动系统在采矿隧道外面(例如在矿山和散装材料存储仓库之间)使用时，因为不需要考虑空间限制。
在检修期间，尤其在有限的空间(例如开采隧道)中轻易地接触到带式传送机带轮1的另一可能性是使用至少一个螺栓连接件12将转子箱4安装到盖板15和/或扭矩臂8上，如图1中所示。当然，还需要除去螺栓连接件18。在那种情况下，转子和定子可一起移动到检修位置B，并且带式传送机带轮1变成可直接接触到。
在图1和图2中，带式传送机带轮是空心的圆柱体，其包括两个圆柱轴承段，它们均放置在其中一个减摩轴承2的内部。这两个圆柱轴承段其中一个直接终止于外部法兰13和3中。因此，圆柱体接管两个机械任务：一个任务为驱动传送机带，一个任务为传递同步马达的驱动扭矩。总地说来，使用空心圆柱体作为带式传送机带轮是有利的，其本身用作轴，因为这样带式传送机带轮具有相对于带拉力增加的刚性。结果，同安装带轮的标准轴相比，带式传送机带轮弯曲较少。这减少了传送机驱动系统的整体变形，并且有助于将同步马达中的空气间隙保持在恒定的水平，甚至容许空气间隙的进一步的减少。
在图3中显示了无齿轮带式传送机驱动系统的第二实施例，其不同于图1和图2的系统之处在于，带式传送机带轮包含轴17，轴17的一端连接在法兰13和3上，转子箱4附连在法兰13和3上。在这个实施例中，同步马达的驱动扭矩通过轴进行传递，而带式传送机带轮1的圆柱本体仅仅驱动传送机。进一步的区别是法兰13和3定位在减摩轴承20(具体而言滚珠轴承)的外侧，使得减摩轴承20的内侧面向圆柱形带式传送机带轮1的前侧。
在图4和5中分别显示了无齿轮带式传送机驱动系统的第三和第四实施例。这两个变体具有共同点在于，同第一和第二实施例相反，定子7和转子(同样包括转子箱4和永磁体元件6)都与带式传送机带轮1安装在同一轴17a(图4)或同一非旋转轴17b(图5)上。与此相反，第一和第二实施例的转子和定子(即用于驱动带式传送机带轮1的马达驱动器)布置在其自身的轴上。
通过将定子和转子与带式传送机带轮安装在同一轴或轴线上，避免了在传送机底板10中可能的弯曲对定子和转子之间的空气间隙的任何影响，尤其在底板由钢制成的情况下。
从图4和图5中可以看出，减摩轴承20、21、22(具体而言滚珠轴承)要么用于定子7以便在公共轴17a的情况下支承轴17a，或者在公共轴17b的情况下用于带式传送机带轮1和转子箱4。
关于安装和检修方面，第三和第四实施例不允许从转子箱4上轻易地分离定子7。相反，整个马达驱动器的框架(包括转子和定子)都与带式传送机带轮1分离。出于检修目的，可通过利用起重机或通过利用放置在马达框架下面的可移动的平台来将马达框架移动到检修位置。

Claims (12)

1.一种无齿轮带式传送机驱动系统，包括：
马达驱动器，其包括：
马达底架(9)，
安装在所述马达底架(9)或传送机底板(10)上的扭矩臂(8)，
同步马达的旋转地对称的定子(7，14)，其由所述扭矩臂(8)固定地保持，
旋转地对称的转子箱(4)，其包含所述同步马达的转子的永磁体元件(6)，其中，所述转子箱(4)可直接安装在圆柱形带式传送机带轮(1)的前端上，使得所述转子的永磁体元件(6)围绕所述定子(7)而旋转，并且使得所述转子箱(4)的对称轴线和所述定子的对称轴线彼此对准，并与所述带式传送机带轮(1)的纵向轴线(16)对准，
圆柱形带式传送机带轮(1)，其安装成围绕其纵向轴线(16)而旋转，
至少一个法兰(3，13)，其用于将所述带式传送机带轮和所述马达驱动器的转子箱(4)固定地连接起来，
其中，所述马达底架(9)布置成可沿着轨道从操作位置(A)滑动到检修位置(B)，并且在所述操作位置(A)固定到所述传送机底板(10)上。
2.根据权利要求1所述的无齿轮带式传送机驱动系统，其特征在于，所述转子和所述定子(7，14)与所述带式传送机带轮(1)安装在同一旋转轴(17a)或同一非旋转轴(17b)上。
3.根据权利要求1或2所述的无齿轮带式传送机驱动系统，其特征在于，所述转子箱(4)具有开口式前端，其中，所述开口式前端背离所述带式传送机带轮(1)，并且其中，所述转子箱(4)安装成使得所述定子(7)穿过所述开口式前端而延伸到所述转子箱(4)中。
4.根据权利要求1或2所述的无齿轮带式传送机驱动系统，其特征在于，盖板(15)覆盖所述转子箱(4)的开口式前端，并且迷宫式密封件(11)定位在所述盖板(15)处并附连到所述盖板(15)上，用于密封所述转子箱(4)的内部空间(19)，以防灰尘和/或湿气。
5.根据权利要求4所述的无齿轮带式传送机驱动系统，其特征在于，出于检修的目的，至少一个螺栓连接件(12)将所述转子箱(4)附连到所述盖板(15)和/或所述扭矩臂(8)上。
6.根据权利要求1或2所述的无齿轮带式传送机驱动系统，其特征在于，可直接安装在所述带式传送机带轮(1)上的所述转子箱(4)的前端布置成法兰端的形式。
7.根据权利要求1或2所述的无齿轮带式传送机驱动系统，其特征在于，所述转子箱(4)设有用于对流冷却的冷却元件(5)，并且/或者布置成可通过强制冷却装置进行冷却。
8.根据权利要求1或2所述的无齿轮带式传送机驱动系统，其特征在于，所述带式传送机带轮(1)是空心轴或固定地安装在轴(17，17a)上，其中所述轴通过至少一个减摩轴承(2，20)进行支承。
9.根据权利要求1或2所述的无齿轮带式传送机驱动系统，其特征在于，所述带式传送机带轮(1)通过至少一个减摩轴承(21)而安装成在非旋转轴(17b)上旋转。
10.根据权利要求1或2所述的无齿轮带式传送机驱动系统，其特征在于，所述带式传送机带轮(1)是空心圆柱体，其圆柱本体直接地终止于所述至少一个法兰(13)中。
11.根据权利要求8所述的无齿轮带式传送机驱动系统，其特征在于，所述轴(17)的一端连接在所述至少一个法兰(13)上。
12.根据权利要求9所述的无齿轮带式传送机驱动系统，其特征在于，所述至少一个法兰(3)安装在所述转子箱(4)上或是所述转子箱(4)的一部分。
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