CN104836372A - 锥形转子直流永磁制动电动机 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种锥形转子直流永磁制动电动机，包括机壳、主轴、定子铁心、转子铁心和制动器,铁心采用锥度为6-14°的锥形，主轴通过左、右主轴轴承轴向游动支承于左、右端盖，转子铁心和左端盖之间设有弹簧推力装置，制动器为摩擦式制动器，包括相互配套的动制动件和定制动件，动制动件固定安装在位于左端盖外的主轴上，定制动件与左端盖固定连接，主轴转速为200r/min-900r/min，制动力矩为50N/m-2000N/m。本发明使直流永磁电动机具有了制动功能，当用于起重机卷筒驱动等场合时，可显著地简化整机结构，减小整体体积，降低制造成本和运行费用。

Description

锥形转子直流永磁制动电动机

技术领域

本发明涉及一种锥形转子直流永磁制动电动机。

背景技术

现有直流永磁电动机的转子以及定子都是呈圆柱/圆筒形的，通电时定子磁场对转子产生周向的作用力，推动转子旋转，进而通过电机输出轴带动其他设备运转，由于直流永磁电动机的体积小，出力大，噪音低，调速范围宽，便于控制，可用于若干场合。但是，起重机起升机构等场合下，要求在电动机通电工作时执行机构运转，在电动机断电不工作时，执行机构应立即停止并保持在该停止状态，现有技术下是在这类设备的某处设置独立的制动器，该制动器与电动机同步通断电，在断电状态下，制动器处于制动状态，依靠弹簧等产生的制动力的作用，通过制动件之间在制动力作用下形成的动/静摩擦力，将随设备一同转动的制动盘制停，由此使缺乏动力的设备停止运转，在通电状态下，通过一定的动力使制动件相互分离，解除对执行机构的制动，使执行机构在电动机的驱动下运转。由于需要单独设置制动器，不仅增大了设备制造和运行成本，增大了设备体积和重量，而且还降低了安全性和可靠性，由此制约了直流永磁电动机在起重机等场合下的应用。

发明内容

本发明的目的在于提供一种具有制动功能的永磁直流电动机。

本发明的技术方案是：一种锥形转子直流永磁制动电动机，包括机壳、主轴、定子铁心、转子铁心和制动器，所述机壳的左、右两端分别设有左端盖和右端盖，所述主轴通过左、右主轴轴承轴向游动支承于所述左、右端盖，所述转子铁心位于所述定子铁心内，固定安装在所述主轴上，所述转子铁心的外侧面和所述定子铁心的内侧面均呈锥面形（锥台的侧面形状），所述转子铁心的左端和所述左端盖之间设有弹簧推力装置（能够轴向压缩并向转子铁心施以轴向推力的弹簧装置），所述主轴的左端延伸到所述左端盖外，所述制动器为摩擦式制动器，包括相互配套的动制动件和定制动件，所述动制动件固定安装在位于所述左端盖外的主轴上，所述定制动件与所述左端盖固定连接，电动机的转速（主轴转速）优选为200r/min-900r/min。

本发明的工作原理和有益效果为：在不通电时，弹簧推力装置将转子铁心向右推，进而通过主轴带动制动器的动制动件向右移动，直至紧压在位于动制动件右侧的定制动件上，依靠动、定制动件之间的摩擦阻力制停主轴并使其保持不动，通电后，定、转子之间的电磁力具有一个向左的轴向分量，该轴向分量克服弹簧推力装置的推力将转子铁心向左推，进而通过主轴带动动制动件左移，脱离与定制动件之间的接触，使制动器处于开闸状态，不影响电动机的正常工作。本发明通过简单的结构变化，使直流永磁电动机具备了制动功能，当用于起重机起升机构等设备时，无需另行设置制动器，当用于起重机的起升机构等设备后，可以显著地减小空间占用，并且还能够明显地简化设备的总体结构，有效地降低制造成本和运行费用，同时还由于将现有技术下对执行元件的制动变成了对原动机的制动，不仅制动更加可靠，还减少了从原动机到执行元件之间不必要的能量损耗和机械磨损；由于在不工作时依靠弹簧/弹簧组合的作用力可以迅速地实现制动，制动速度快，可靠性好，即使在意外断电等特别情况下，也能够有效地实现制动，由此提高了安全性；由于直流永磁电机的调速范围宽，并且允许在较低的转速下运行，由此可以有效地降低对减速器的调速要求，简化减速器的结构，降低减速器的体积和重量，甚至可以取消减速器；由于该电动机的转速可以为200r/min-900r/min，能够更好地适应于起重机起升机构对卷筒驱动电机的驱动要求，使所需的传动装置得以大幅度简化，进而进一步简化起升机构的总体结构，减小起升机构的重量、体积和能耗。本发明可用于起重机的起升机构，也可用于其他各种需要采用制动电机的场合。

附图说明

图1是本发明一种实施例的结构示意图；

图2是本发明36槽8极的分数槽配合下一种绕组形式的示意图。

具体实施方式

参见图1和图2， 本发明公开的锥形转子直流永磁制动电动机，包括机壳210、主轴110、定子铁心220、转子铁心122和制动器，所述机壳的左、右两端分别设有左端盖212和右端盖211，所述主轴通过左、右主轴轴承轴114、112向游动支承于所述左、右端盖，所述转子铁心位于所述定子铁心内，固定安装在所述主轴上，所述转子铁心的外侧面和所述定子铁心的内侧面均呈锥面形，所述转子铁心的左端和所述左端盖之间设有弹簧推力装置，所述主轴的左端延伸到所述左端盖外，所述制动器为摩擦式制动器，包括相互配套的动制动件310和定制动件320，所述动制动件固定安装在位于所述左端盖外的主轴上，所述定制动件与所述左端盖固定连接，所述制动器的外侧可以设有制动器罩231。由于采用了锥形转子，通电后定、转子之间的电磁力具有一个向左的轴向分量，该轴向分量克服弹簧推力装置的推力将转子铁心向左推，使动制动件与定制动件相互分离，制动器开闸，转子得以正常旋转，断电后定、转子之间的电磁力消失，弹簧推力装置将转子铁心向右推，使动制动件的摩擦面与定制动件的摩擦面相互接触并具有一定的制动压力，依靠动制动件和定制动件之间的动、静摩擦阻力将电机制停。

优选的，这种电动机的转速（主轴转速）为200r/min-900r/min，以适应起重器起升机构等应用需要。

优选的，所述弹簧推力装置为由若干碟簧330组成的碟簧组合，以在保证足够的制动力的情况下，减小弹簧推力装置的空间占用，适应于设置在电机内部。

优选的，所述碟簧组合中的各碟簧依次相接地套设在位于所述转子铁心左端和所述左端盖之间的主轴上，以简化弹簧推力装置的安装结构，在所述动制动件和定制动件相互接触的状态下，所述碟簧组合应处于压缩状态，以保证制动状态下提供足够的制动力。通过调节相应件的尺寸和件间距离，例如动制动件在主轴上的轴向安装位置，使在动制动件和定制动件相互紧压的制动状态下所述碟簧组合依然具有一定的压缩量，向制动器提供足够的制动力，相关设计可以依据现有技术实现。

可选地，所述碟簧组合的左、右两端可以分别直接与所述左端盖和所述转子铁心相接触，也可以通过中间件分别与所述左端盖和所述转子铁心间接接触，或者是一端为直接接触，另一端为间接接触。

为更好地适应于起重机起升机构或电动葫芦等的使用条件，制动力矩优选为50N/m-2000N/m，制动距离（碟簧组合的制动距离）优选为2毫米，所述碟簧组合的制动距离为由电机正常工作状态变为完全制动状态的过程中所述碟簧组合推定转子铁心和主轴轴向移动的距离，也就是由电机正常工作状态变为完全制动状态的过程中所述动制动件的轴向移动距离。

优选的，所述制动器为锥形摩擦制动器，所述动制动件和定制动件上相互对应的摩擦面均为锥面形（锥台的侧面形状），以与电动机的工作方式相适应，在一定的体积下获得更好的制动效果。

优选的，所述动制动件和/或所述定制动件上设有摩擦片311，所述摩擦片的摩擦面构成相应动制动件和/或定制动件的摩擦面。当摩擦片磨损后，可以进行摩擦片的更换，以减少维护费用，相应地，可以依据现有技术选择动、定制动件主体和摩擦片的材质，提高动、定制动件主体的使用寿命。

优选的，所述主轴的右端从所述右端盖延伸出来，用于电机输出，用于连接传动或执行机构。

优选的，所述左、右主轴轴承为圆柱滑动轴承，以更好地适应游动支承要求，通过采用允许轴向移动的轴承结构和/或允许轴向移动的轴承安装方式使主轴能够在轴向上进行适宜程度的位移，以允许实现在所述转子铁心和动制动件处于制动和工作两个状态下所述主轴的位置变化。

优选的，所述左主轴轴承的右侧还设有推力轴承113，以承载转子向左的轴向力，限定转子向左的最大移动距离，所述推力轴承支承在所述左主轴轴承的外圈上且不与所述左主轴轴承的内圈接触，由此限定了所述主轴的左移范围且不妨碍主轴在限定范围内的轴向移动，并且，动制动件的右移限度受定制动件限制，当动制动件和定制动件压力接触后，所述动制动件不能向右移动，由此限定了主轴右移的范围且不妨碍主轴在限定范围内的轴向移动。

所述定子铁心上设有定子槽且嵌装有线圈。

为进一步减小电动机体积和重量，改善电磁性能，减低噪音，提高出力，保证电磁力的轴向分量进而保证足够的制动力，保证电机运行的可靠性，

优选的，所述定子铁心的定子槽和线圈构造采用36槽8极的分数槽配合。

优选的，线圈采用大小线圈交替的分布形式。

优选的，所述大线圈的节距为4，小线圈的节距为3，且大线圈的匝数为小线圈匝数的2倍（参见图2所示）。

优选的，所述转子铁心上设有表贴式永磁体123。

优选的，采用0.75-0.95之间（含端值）的极弧系数。

优选的，所述永磁体的充磁方向为垂直于其锥形表面。

优选的，所述永磁体在径向上的夹角为一恒定的值。

优选的，所述永磁体的周向边缘与锥形铁心表面相应位置上的母线重叠。

优选的，所述转子铁心的锥度为6-14°，根据申请人的实验，在上述涉及定、转子电磁性能的各优选技术手段的组合下，在起重机起升机构等应用场合下，只有在6-14°的转子铁心锥度下才能够在实现电动机有效运行的情况下获得足以满足制动要求的电磁力轴向分量。

优选的，所述永磁体采用磁性能不低于SH、UH、EH牌号的钕铁硼稀土永磁材料。

本发明所称左右方向为主轴的轴向，所称左、右仅用于表述相关件的相对位置关系，不构成对实际使用方位的限定。

本发明公开的各优选和可选技术手段，除特别说明外及一个优选技术手段为另一技术手段的进一步限定外，均可以任意组合，形成若干不同的技术方案。

Claims (10)

1.一种锥形转子直流永磁制动电动机，包括机壳、主轴、定子铁心、转子铁心和制动器，所述机壳的左、右两端分别设有左端盖和右端盖，其特征在于所述主轴通过左、右主轴轴承轴向游动支承于所述左、右端盖，所述转子铁心位于所述定子铁心内，固定安装在所述主轴上，所述转子铁心的外侧面和所述定子铁心的内侧面均呈锥面形，所述转子铁心的左端和所述左端盖之间设有弹簧推力装置，所述主轴的左端延伸到所述左端盖外，所述制动器为摩擦式制动器，包括相互配套的动制动件和定制动件，所述动制动件固定安装在位于所述左端盖外的主轴上，所述定制动件与所述左端盖固定连接，电动机的转速优选为200r/min-900r/min。

2.如权利要求2所述的锥形转子直流永磁制动电动机，其特征在于所述弹簧推力装置为由若干碟簧组成的碟簧组合，所述碟簧组合中的各碟簧依次相接地套设在位于所述转子铁心左端和所述左端盖之间的主轴上，在所述动制动件和定制动件相互接触的状态下，所述碟簧组合处于压缩状态，制动力矩优选为50N/m-2000N/m，制动距离优选为2毫米。

3.如权利要求2所述的锥形转子直流永磁制动电动机，其特征在于所述制动器为锥形摩擦制动器，所述动制动件和定制动件上相互对应的摩擦面均为锥面形。

4.如权利要求3所述的锥形转子直流永磁制动电动机，其特征在于所述动制动件和/或所述定制动件上设有摩擦片，所述摩擦片的摩擦面构成相应动制动件和/或定制动件的摩擦面。

5.如权利要求4所述的锥形转子直流永磁制动电动机，其特征在于所述主轴的右端从所述右端盖延伸出来，用于电机输出。

6.如权利要求1、2、3、4或5所述的锥形转子直流永磁制动电动机，其特征在于所述左、右主轴轴承为圆柱滑动轴承。

7.如权利要求5所述的锥形转子直流永磁制动电动机，其特征在于所述左主轴轴承的右侧还设有推力轴承，所述推力轴承支承在所述左主轴轴承的外圈上且不与所述左主轴轴承的内圈接触。

8.如权利要求1、2、3、4、5、6或7所述的锥形转子直流永磁制动电动机，其特征在于所述定子铁心上设有定子槽且嵌装有线圈，所述定子铁心的定子槽和线圈构造采用36槽8极的分数槽配合，线圈采用大小线圈交替的分布形式，其中大线圈的节距为4，小线圈的节距为3，且大线圈的匝数为小线圈匝数的2倍。

9.如权利要求8所述的锥形转子直流永磁制动电动机，其特征在于所述转子铁心上设有表贴式永磁体，极弧系数在0.75-0.95之间，所述永磁体的充磁方向为垂直于其锥形表面，所述转子铁心的锥度为6-14°，所述永磁体的周向边缘与锥形铁心表面相应位置上的母线重叠。

10.如权利要求9所述的锥形转子直流永磁制动电动机，其特征在于所述永磁体采用磁性能不低于SH、UH、EH牌号的钕铁硼稀土永磁材料。