CN108313906A - 大型永磁内装式矿井摩擦式提升机 - Google Patents

Abstract

本发明涉及矿山机械装备，特别是一种大型永磁内装式矿井摩擦式提升机。包括电机主轴，定子，转子，刹车装置，冷却系统，电机主轴设有轴向的通孔，电机主轴的两端分别与第一、第二支撑座固接，第一、第二支撑座分别与地基固接；电机主轴的中部固接有支撑架，定子安装在支撑架上；圆筒形的转子机壳套装在定子上，转子机壳的内壁设有与定子配合的永磁体的转子磁极，转子机壳的外圆周面嵌装摩擦材料；转子机壳的两端分别固接圆形的第一、第二端盖，第一、第二端盖分别套装在电机主轴上并通过轴承与电机主轴连接；定子绕组的电源线穿过电机主轴的通孔与电源连接。本发明结构紧凑、高效、节能、安全。

Description

大型永磁内装式矿井摩擦式提升机

技术领域

本发明涉及矿山机械装备，特别是一种大型永磁内装式矿井摩擦式提升机。

背景技术

矿井提升机是煤炭开采过程中的重要运载工具，通常起到将矿井底部的煤炭等资源运输至地面的作用，也担负着矿井人员、物料等上下提升，其运行的可靠性、稳定性、经济性和安全性直接影响到全矿井的安全生产，其提升能力也直接决定了矿井的产量规模。

传统矿井提升机的驱动系统主要包括驱动电机、减速机、联轴器、提升机滚筒等，随着科技的发展，矿井提升机的驱动系统和自动化控制程度不断提高。从驱动结构看，由减速机变速驱动发展到直联结构，再发展到内装式结构；从驱动电机看，由异步电机减速驱动发展到直流电机和电励磁同步电机直接驱动，再发展到永磁同步电机驱动。系统驱动结构逐渐简化，控制性能不断改善。

1956年，我国制造了第一台矿井提升机，随着采矿业的发展，国内矿井提升机制造业已经历了60余年的发展历程,取得了长足进步。产品有JK系列单绳缠绕式提升机、JKM(D)E 型系列多绳摩擦式提升机，近年来，国内提升机厂家和电机制造厂家也联合制造了滚筒与主同步电机直联悬挂式传动结构的较大型矿井提升机，并在矿山得到了成功应用。

1988年9月，世界第一台内装式提升机由德国西门子公司(SIEMENS)和MANGHH公司联合研制成功，摩擦轮直径6.5m，电动机额定功率2200kW，在德国的威斯特法伦(Westfaleu) 矿业公司的豪斯阿登矿投入运行，它是一台机电一体化设备，具有常规提升机无法比拟的优越性，该提升机在运行中体现了较高的技术经济价值，引起了国内外制造业的极大关注。

我国从上个世纪90年代初开始陆续引进德国内装式矿井提升机，由于内装式矿井提升机具有加工制造技术精高、难度大、需多专业厂家高度联合制造等特点，我国提升机制造厂家一直没有涉足该装备的产品开发，国内内装式矿井提升机市场一直被国外垄断，尤其是德国西马格公司(SIEMAG)兼并了GHH公司与德马格(Demag)公司和PHB/PWH/克虏伯(Krupp) 公司以后，几乎垄断了国际采矿业全部内装式提升机业务。目前，形成了一家独大价格昂贵市场局面，对我国的矿山装备制造业形成较大的冲击。

目前，采用永磁同步电机直接驱动的提升机，主要有以下结构:

申请号为201020541486.7的专利，以及申请号为201020131801.9的专利，均提供了一种采用联轴器联接永磁电机和滚筒的提升机。此种结构取消了减速器，但是由于该结构采用联轴器，对安装对中提出较高要求，且无法有效避免提升机受力不均的情况发生，也无法有效控制电机气隙。

申请号为201310232074.3的专利，公开了一种外转子永磁电机直驱一体化矿井提升机，永磁电机与卷筒采用同轴直联式，此种结构使提升机受力更加均匀、气隙，但结构仍然庞大、制造、安装复杂。此提升机滚筒两端轴承非对称结构，在动载荷情况下影响电机气隙。

申请号为200910220244.X的专利，提供了一种永磁电机直联卷筒的结构，电机转子与卷筒采用同一根转轴，电机定子固定在地基上，定转子之间无轴承，电机转子是一种悬臂式结构。这种结构无法解决电机转子的受力不均以及电机气隙不均的难题。

申请号为201310196130.2的专利，公开了一种内装式永磁电机直驱卷筒的结构，电机内部装有四个轴承，内装式永磁电机转子外壳与提升机滚筒分体式设计，以软连接连接，滚筒制动盘与端板为一体式设计，电机采用强迫通风冷却。这种结构对电机尺寸链的要求严格，内侧轴承不便于维护，转子外壳与提升机滚筒分体式结构复杂，滚筒制动盘与端板为一体式设计，需要更换制动盘时需要整体拆卸滚筒端板和轴承，维护困难，风冷效果不理想，通风噪声大，风机会将周围的粉尘吹入电机内部，该专利的内装结构过于复杂，不能实现设备大型化。

申请号为201420509202.4的专利，公开了一种永磁电机直驱卷筒的结构，它是整体结构小型电动滚筒，仅适用胶带输送机。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种结构紧凑、高效、节能、安全的大型永磁内装式矿井摩擦式提升机。

本发明解决其技术问题采用的技术方案是:

一种大型永磁内装式矿井摩擦式提升机，包括电机主轴，定子，转子，刹车装置，冷却系统，电机主轴设有轴向的通孔，电机主轴的两端分别与第一、第二支撑座固接，第一、第二支撑座分别与地基固接；电机主轴的中部固接有支撑架，定子安装在支撑架上；圆筒形的转子机壳套装在定子上，转子机壳的内壁设有与定子配合的永磁体的转子磁极，转子机壳的外圆周面嵌装摩擦材料；转子机壳的两端分别固接圆形的第一、第二端盖，第一、第二端盖分别套装在电机主轴上并通过轴承与电机主轴连接；定子绕组的电源线穿过电机主轴的通孔与电源连接。

采用上述技术方案的本发明，与现有技术相比，有益效果是：

转子机壳与提升机的卷筒合为一体，简化了系统结构配置，便于整套设备的安装；采用外转子结构，电机的体积小、重量轻；电机主轴两端直接安装于支撑底座，与传统悬臂式结构提升机相比，主轴的挠曲度大大减少，减少了主轴的偏斜；电机转子通过端盖和轴承连接在主轴上，轴承便于安装，且能够实现主轴和外转子之间的定位和支撑运行；双轴承结构能够很好地避免传统悬挂转子式提升机受力严重失衡造成的电机气隙容易变化进而威胁设备安全工作的问题，同时也避免了多轴系系统静不定问题，同轴驱动的动力传动结构进一步提升了系统整体效率。将永磁同步电机定子铁芯线圈置于摩擦滚筒内部，与不旋转的主轴装置固定在一起，同步电机的转子永磁磁极固定布置于滚筒内侧，形成了同步机的外转子，摩擦滚筒具有承载钢丝绳和作为电机外转子的双重功能，系统整体独立性好，提升钢丝绳的拉力和电机磁拉力都是对称传递的，使整体系统的刚度大大提高。

进一步的，本发明的优化方案是：

电机主轴的一端设有径向的贯穿电机主轴侧壁的引入线孔和引出线孔，定子引入线孔和引定子出线孔位于第一端盖的内侧，定子引入线孔和引出线孔倾斜设置，定子引入线孔和定子引出线孔对称于电机主轴的轴线；定子绕组的引入线的一端与电源连接，定子绕组的定子引入线的另一端穿过电机主轴的通孔和定子引入线孔与定子绕组连接，定子绕组的定子引出线的一端与定子绕组连接，定子绕组的定子引出线的另一端穿过电机主轴的通孔和引出线孔与电源连接。

电机主轴一端的侧壁设有轴向的进水管孔和回水管孔，进水管孔和回水管孔的内端位于第二端盖的内侧，进水管孔和回水管孔的内端分别设有径向的与电机主轴外圆周连通的端口；定子铁芯的背部设有轴向的冷却孔，冷却孔内设有定子冷却管，冷却管路的进水管一端与冷却系统的出水口连通，冷却管路的进水管另一端穿过进水管孔与定子冷却管的一端连通，定子冷却管的另一端与冷却管路的回水管的一端连通，冷却管路的回水管的另一端穿过回水管孔与冷却系统的回水口连通。

冷却系统为闭环液体循环冷却系统，包括循环泵，循环泵的出口通过管路与第一测温元件的进口连通，第一测温元件的出口通过管路与第一球阀的一端连通，第一球阀的另一端通过管路与冷却管路的进口连通；冷却管路的出口通过管路与第二测温元件的进口连通，第二测温元件的出口通过管路与第二球阀的一端连通，第二球阀的另一端通过管路与智能水箱连通，智能水箱通过管路与第三球阀的一端连通，第三球阀的另一端与流量监测系统的一端连通，流量监测系统的另一端通过管路与循环泵的进口连通；循环泵、第一测温元件、第一球阀、第二测温元件、第二球阀、智能水箱、第三球阀和流量监测系统分别通过线路与自动控制系统连接。

智能水箱与次级冷却系统连通，次级冷却系统是半导体制冷片冷却系统、风扇冷却系统或外水冷系统。

刹车装置包括刹车盘，刹车盘安装在转子机壳的一端，刹车盘为圆环形，刹车盘与液压制动器配合，液压制动器安装在刹车固定座上，刹车固定座安装在地基上。

转子机壳的两端为对称结构。

摩擦材料的外圆周面加工有螺旋形的绳槽。

轴承是双列调心滚子轴承。

支撑架为圆盘形，支撑架设有中心孔，中心孔套装在电机主轴的中部，支撑架与电机主轴固接，定子铁芯套装在支撑架上，定子铁芯的内圆周面与支撑架固接，支撑架的两侧与定子铁芯之间对称设有加强筋。

附图说明

图1是本发明的结构示意图。

图2是冷却系统原理图。

图中：电源1；第一支撑座2；电机主轴3；通孔3-1；引入线孔3-2；引出线孔3-3；进水管孔3-4；回水管孔3-5；第一轴承4；第一端盖5；刹车固定座6；液压制动器7；刹车盘 8；转子机壳9；摩擦材料10；转子磁极11；定子12；冷却孔12-1；定子冷却管13；闭环液体循环冷却系统14；冷却管路15；进水管15-1；回水管15-2；定子引出线16；定子引入线 17；第二端盖18；第二轴承19；第二支撑座20；支撑架21；加强筋21-1；循环泵22；第一测温元件23；自动控制系统24；第一球阀25；第二测温元件26；第二球阀27；智能水箱28；次级冷却系统29；第三球阀30；流量监测系统31。

具体实施方式

下面结合附图和实施例详述本发明。

参见图1、图2，一种大型永磁内装式矿井摩擦式提升机，由电机主轴3、支撑架21、定子12、转子、第一端盖5、第二端盖18、刹车装置和冷却系统14构成，定子12由定子铁芯和定子绕组构成，转子由转子机壳9和转子磁极11构成。电机主轴3加工有轴向的通孔3-1，电机主轴3的两端分别与第一支撑座2和第二支撑座20固定连接，第一支撑座2和第二支撑座20分别与地基固定连接。电机主轴3的中部安装有支撑架21，支撑架21为圆盘形，支撑架21加工有中心孔，支撑架21的中心孔套装在电机主轴3的中部，支撑架21与电机主轴3 焊接，定子12的定子铁芯套装在支撑架21上，定子铁芯的内圆周面与支撑架21固定连接，支撑架21的两侧与定子铁芯之间对称设有多组加强筋21-1。

转子机壳9套装在定子12上，转子机壳9为圆筒形结构。转子机壳9的内壁安装有转子磁极11，转子磁极11与定子12配合，转子磁极11是永磁体，无需滑环碳刷等励磁结构，转子磁极11按照N极S极相间的顺序安装在转子机壳9上。转子机壳9的外圆周面嵌装摩擦材料10，形成提升机卷筒，摩擦材料10的外圆周面加工有螺旋形的绳槽，绳槽内缠绕钢丝绳。电机转子机壳9与提升机的卷筒为一体式结构，在实现电机扭矩传递的同时，能抵消现场安装以及钢丝绳缠绕造成的卷筒位置偏移和变形对电机气隙的影响。

转子机壳9的两端分别安装圆形的第一端盖5和第二端盖18，转子机壳9分别与第一端盖5和第二端盖18通过螺栓连接。第一端盖5和第二端盖18分别套装在电机主轴3上，第一端盖5和第二端盖18的中心加工有轴承座，第一端盖5的轴承座内安装第一轴承4，第二端盖18的轴承座内安装第二轴承19，第一轴承4和第二轴承19是双列调心滚子轴承。第一轴承4和第二轴承19的内圈与电机主轴3配合。转子机壳9通过第一端盖5、第二端盖18、第一轴承4和第二轴承19支撑于电机主轴3上，第一轴承4和第二轴承19便于安装，能够实现电机主轴3和转子机壳9之间的定位和支撑运行。双轴承结构能够很好地避免传统悬挂转子式提升机受力严重失衡造成的电机气隙容易变化。

定子12的定子绕组的电源线穿过电机主轴3的通孔与电源1连接。电机主轴3的一端加工有径向的贯穿电机主轴侧壁的引入线孔3-2和引出线孔3-3，引入线孔3-2和引出线孔3-3 位于第一端盖5的内侧，引入线孔3-2和引出线孔3-3倾斜设置，引入线孔3-2和引出线孔 3-3对称于电机主轴3的轴线。定子绕组的定子引入线17的一端与电源1连接，定子绕组的定子引入线17的另一端穿过电机主轴3的通孔3-1和引入线孔3-2与定子绕组连接。定子绕组的定子引出线16的一端与定子绕组连接，定子绕组的定子引出线16的另一端穿过电机主轴3的通孔3-1和引出线孔3-3与电源1连接。

电机主轴3一端的侧壁设有轴向的进水管孔3-4和回水管孔3-5，进水管孔3-4和回水管孔3-5的内端位于第二端盖18的内侧，进水管孔3-4和回水管孔3-5的内端分别设有径向的与电机主轴3的外圆周连通的端口。定子12的定子铁芯的背部加工有轴向的冷却孔12-1，冷却孔12-1内安装有定子冷却管13，定子冷却管13用于通入冷却水带走定子铁心和绕组在运行时产生的热量。冷却管路15的进水管15-1一端与冷却系统14的出水口连通，冷却管路15 的进水管另一端穿过进水管孔3-4与定子冷却管13的一端连通，定子冷却管13的另一端与冷却管路15的回水管15-2的一端连通，冷却管路15的回水管15-2的另一端穿过回水管孔 3-5与冷却系统14的回水口连通。

冷却系统14为闭环液体循环冷却系统，循环泵22的出口通过管路与第一测温元件23的进口连通，第一测温元件23的出口通过管路与第一球阀25的一端连通，第一球阀25的另一端通过管路与冷却管路15的进口连通；冷却管路15的出口通过管路与第二测温元件26的进口连通，第二测温元件26的出口通过管路与第二球阀27的一端连通，第二球阀27的另一端通过管路与智能水箱28连通，智能水箱28通过管路与第三球阀30的一端连通，第三球阀 30的另一端与流量监测系统31的一端连通，流量监测系统31的另一端通过管路与循环泵15 的进口连通。智能水箱28与次级冷却系统29连通，次级冷却系统29是半导体制冷片冷却系统、风扇冷却系统或外水冷系统。次级冷却系统29用来冷却智能水箱28内的冷却水。循环泵22、第一测温元件23、第一球阀25、第一测温元件26、第二球阀27、智能水箱28、次级冷却系统29、第三球阀30和流量监测系统31分别通过线路与自动控制系统24连接。

智能水箱28提供提升机冷却所需冷却水，通过循环泵22将冷却水循环注入定子冷却管 13，自动控制系统24监控冷却水流量，当冷却水流量低于预设值时会发出报警信号，通知设备值守人员预警，同时与设备主控系统形成闭锁，当冷却水流量低于预设值时提升机不能启动。自动控制系统24监控冷却水温度，自动调节次级冷却系统29的运行功率，调整冷却功效。通过将冷却水通入定子内部实现电机的散热与降温，采用水冷结构，省掉了风道、风筒等装置，可减少提升机基础并进一步减少提升机建筑面积。

刹车装置由刹车盘8、液压制动器7和刹车固定座6构成，转子机壳9的一端安装有径向的刹车盘8，刹车盘8为圆环形，刹车盘8与转子机壳9通过螺栓连接，刹车盘8与液压制动器7配合，液压制动器7安装在刹车固定座6上，刹车固定座6安装在地基上。转子机壳9的两端为对称结构。转子机壳9两端装有刹车盘8，通过液压制动器7实现对电机的刹车制动。液压制动器7安装于电机两侧的刹车固定座6上，液压制动器7在电机两侧对称分布，保证制动力均衡，转子不至于变形扭曲。制动盘为外接式，一旦受磨损严重，能够直接更换。

以上所述仅为本发明较佳可行的实施例而已，并非因此局限本发明的权利范围，凡运用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变化，均包含于本发明的权利范围之内。

Claims (10)

1.一种大型永磁内装式矿井摩擦式提升机，包括电机主轴，定子，转子，刹车装置，冷却系统，其特征在于:电机主轴设有轴向的通孔，电机主轴的两端分别与第一、第二支撑座固接，第一、第二支撑座分别与地基固接；电机主轴的中部固接有支撑架，定子安装在支撑架上；圆筒形的转子机壳套装在定子上，转子机壳的内壁设有与定子配合的永磁体的转子磁极，转子机壳的外圆周面嵌装摩擦材料；转子机壳的两端分别固接圆形的第一、第二端盖，第一、第二端盖分别套装在电机主轴上并通过轴承与电机主轴连接；定子绕组的电源线穿过电机主轴的通孔与电源连接。

2.根据权利要求1所述的大型永磁内装式矿井摩擦式提升机，其特征在于:电机主轴的一端设有径向的贯穿电机主轴侧壁的引入线孔和引出线孔，引入线孔和引出线孔位于第一端盖的内侧，引入线孔和引出线孔倾斜设置，引入线孔和引出线孔对称于电机主轴的轴线；定子绕组的定子引入线的一端与电源连接，定子绕组的定子引入线的另一端穿过电机主轴的通孔和引入线孔与定子绕组连接，定子绕组的定子引出线的一端与定子绕组连接，定子绕组的定子引出线的另一端穿过电机主轴的通孔和引出线孔与电源连接。

3.根据权利要求1所述的大型永磁内装式矿井摩擦式提升机，其特征在于:电机主轴一端的侧壁设有轴向的进水管孔和回水管孔，进水管孔和回水管孔的内端位于第二端盖的内侧，进水管孔和回水管孔的内端分别设有径向的与电机主轴外圆周连通的端口；定子铁芯的背部设有轴向的冷却孔，冷却孔内设有定子冷却管，冷却管路的进水管一端与冷却系统的出水口连通，冷却管路的进水管另一端穿过进水管孔与定子冷却管的一端连通，定子冷却管的另一端与冷却管路的回水管的一端连通，冷却管路的回水管的另一端穿过回水管孔与冷却系统的回水口连通。

4.根据权利要求3所述的大型永磁内装式矿井摩擦式提升机，其特征在于:冷却系统为闭环液体循环冷却系统，包括循环泵，循环泵的出口通过管路与第一测温元件的进口连通，第一测温元件的出口通过管路与第一球阀的一端连通，第一球阀的另一端通过管路与冷却管路的进口连通；冷却管路的出口通过管路与第二测温元件的进口连通，第二测温元件的出口通过管路与第二球阀的一端连通，第二球阀的另一端通过管路与智能水箱连通，智能水箱通过管路与第三球阀的一端连通，第三球阀的另一端与流量监测系统的一端连通，流量监测系统的另一端通过管路与循环泵的进口连通；循环泵、第一测温元件、第一球阀、第二测温元件、第二球阀、智能水箱、第三球阀和流量监测系统分别通过线路与自动控制系统连接。

5.根据权利要求4所述的大型永磁内装式矿井摩擦式提升机，其特征在于:智能水箱与次级冷却系统连通，次级冷却系统是半导体制冷片冷却系统、风扇冷却系统或外水冷系统。

6.根据权利要求1所述的大型永磁内装式矿井摩擦式提升机，其特征在于:刹车装置包括刹车盘，刹车盘安装在转子机壳的一端，刹车盘为圆环形，刹车盘与液压制动器配合，液压制动器安装在刹车固定座上，刹车固定座安装在地基上。

7.根据权利要求6所述的大型永磁内装式矿井摩擦式提升机，其特征在于:转子机壳的两端为对称结构。

8.根据权利要求1所述的大型永磁内装式矿井摩擦式提升机，其特征在于:摩擦材料的外圆周面加工有螺旋形的绳槽。

9.根据权利要求1所述的大型永磁内装式矿井摩擦式提升机，其特征在于:轴承是双列调心滚子轴承。

10.根据权利要求1所述的大型永磁内装式矿井摩擦式提升机，其特征在于:支撑架为圆盘形，支撑架设有中心孔，中心孔套装在电机主轴的中部，支撑架与电机主轴固接，定子铁芯套装在支撑架上，定子铁芯的内圆周面与支撑架固接，支撑架的两侧与定子铁芯之间对称设有加强筋。