CN109546831A - 起重机用水冷直驱永磁同步电机 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种起重机用水冷直驱永磁同步电机，它包含机壳、转子、定子、电机轴、旋转变压器、接线盒；所述的机壳上设有螺旋水道；机壳的侧边设有直角进水龙头；直角进水龙头与螺旋水道连通；转子包含转子铁心、转子挡板和磁钢；磁钢采用一字型布置方式设在转子铁芯上；定子包含定子铁心和设在定子铁芯上的定子线圈；定子铁心采用斜槽结构设计；本发明取消了减速齿轮箱这个中间环节，采用水冷永磁电机直驱的方式，大幅度提高了系统的传动效率，也省去了后期齿轮的维护工作，减小了工作噪声；电机启动平稳、调速性能好、能精确定位，避免了频繁点动，延长了使用寿命，可以大跑和小跑和起升机构同时联动运行。

Description

起重机用水冷直驱永磁同步电机
技术领域
本发明涉及永磁电机技术领域，具体涉及一种起重机用水冷直驱永磁同步电机。
背景技术
全世界的桥式、门式起重机传动系统，即起升机构和运行机构几乎都是电机通过联轴器与减速机高速轴相接，减速机输出部分与钢丝绳卷筒或车轮轴相接，在电机轴或减速机高速齿轴另一端装置制动器，其中还有很多补偿轴、联轴器、轴承座、超载限制器辅助连接。由于减速机的存在，给系统带来了很多缺点：如使驱动系统体积变大、效率降低、噪声增大并且减速机的维护复杂、漏油造成地污染等等，所以这种传统的结构已无法适应当今时代高速发展的要求。取消全部附属力传递装置，由低速电机直接驱动机械负载，已成为该技术领域的发展方向。
永磁同步电动机具备体积小、重量轻、结构简单、效率高、可以实现直驱控制等优点。永磁电机作为起重机装置的一部分，要求其转速低、极数多，这对传动装置的设计带来困难。为实现轻量化还要进一步提高永磁电机的转矩密度以及减小转矩脉动、振动噪声。起重机用永磁同步电机在运行过程中需频繁的起动、制动，负荷变化大，导致起重机用永磁同步电机局部温升问题较为突出。
目前我国起重机行走和起升电机都是采用Y系列异步电机加减速机的驱动方式，设备的体积非常大，而且噪声大，齿轮箱需要经常维护，调速性能不好，定位不准，需要反复点动才能达到目的。因为反复点动使电机长期运行在启动状态，电流大，浪费电能，降低了电机的使用寿命；尤其是异步电机在负载低、转速低时效率很低，功率因数也低，因此系统效率很低。异步电机的功率因数低，原因是它需要一部分功率来产生励磁磁场，以维持电机运转。这部分产生磁场的功率，不会被消耗，只存在与电机与电源之间，这就是无功功率。无功功率传输占用了电力输送的资源，功率因数越低，输送的有功功率比例越小。无功功率传输引起电网电压降低同时增大了电网功率损耗。发电机励磁功率增大，浪费能源。
起重机机构采用的减速箱通常采用三级减速，每级的传动效率按97%算，三级减速的传动效率只有91.2%，极大降低了系统的传动效率。齿轮箱经常出现漏油现象，而且需要定期维护，影响了整个起重机运行的稳定性与可靠性。起重机的停止运行，严重影响了工厂的正常生产与运作，带来的极大的经济损失，所以起重机的运行机构与起升机构的可靠运行对工厂的正常生产与效益十分重要。
90年代引进了变频技术，由于频率能变交流电机就能调速，因此在起重机行业也应用了很多变频电机，从而解决了以上所述的问题，但是在使用过程中发现低速性能不好，而且造价高，变频电机体积大，启动噪声大等问题，而且并没有解决齿轮箱存在的一系列问题，因此推广起来有困难。
我国的起重机械电控系统长期以来沿用仿苏的产品模式，以YZR为主要驱动电机，配以凸轮控制器、继电控制柜及电阻器组成的电控系统。上述的系统缺点：耗能大，金属材料浪费严重，无调速功能，对整个机械系统冲击大。
发明内容
本发明的目的在于针对现有技术的缺陷和不足，提供一种结构简单、设计合理、使用方便的起重机用水冷直驱永磁同步电机。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：它包含机壳、转子、定子、电机轴、旋转变压器、接线盒；所述的机壳上设有螺旋水道；机壳的侧边设有直角进水龙头；直角进水龙头与螺旋水道连通；机壳的前后两侧分别设有前端盖和后端盖；前端盖、后端盖上均设有轴承；接线盒固定在机壳的侧方，并避开直角进水龙头的位置；转子和定子设在机壳内；转子和定子均与电机轴同心；转子设在定子的内侧；转子的一端通过锁紧螺母与电机轴固定连接，另一端穿过后端盖与旋转变压器连接；转子包含转子铁心、转子挡板和磁钢；转子挡板设在转子铁芯的两端；磁钢采用一字型布置方式设在转子铁芯上；定子包含定子铁心和设在定子铁芯上的定子线圈；定子铁心采用斜槽结构设计；
进一步地，所述的机壳包含外盖、端盖、机壳身、内盖；端盖设在机壳身的两端；外盖设在两侧端盖的外侧；内盖设在端盖的内侧；螺旋水道设在机壳身上。
采用上述结构后，本发明所述的起重机用水冷直驱永磁同步电机，具有以下优点：
1、整个起重机的结构简单，机构数量减小，安装简单，通过采用多极永磁同步电机直驱的方式，取消了减速箱这个中间传动环节，系统效率高、功率因数高、转矩大、启动平稳、调速性能好、能精确定位，避免了频繁点动，减小了启动和运行噪声，延长了使用寿命，可以大跑和小跑和起身机构同时联动运行，提高了运行效率，可以平稳启动和运行；
2、采用螺旋水道的机壳冷却方式可以大幅度降低电机的温升，缩小电机的体积，可以大跑和小跑和起身机构同时联动运行，提高了运行效率，使起重机平稳启动和运行；
3、起重机直驱水冷永磁电机低速运行，轴承磨损程度大大减小，减少后期维护，提高整体可靠性。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明的结构示意图；
图2是图1的左视图；
图3是转子的结构示意图；
图4是转子铁心和磁钢的连接示意图；
图5是定子的结构示意图；
图6是机壳的结构示意图；
图7是机壳身的侧视图。
附图标记说明：
1、机壳；2、转子；3、定子；4、前端盖；5、后端盖；6、轴承；7、锁紧螺母；8、电机轴；9、旋转变压器；10、接线盒；1-1、外盖；1-2、端盖；1-3、直角进水接头；1-4、机壳身；1-5、内盖；2-1、转子铁心；2-2、转子挡板；2-3、磁钢；3-1、定子铁心；3-2、定子线圈。
具体实施方式
下面结合附图，对本发明作进一步的说明。
本具体实施方式采用的技术方案是：参看图1-2所示，它包含机壳1、转子2、定子3、电机轴8、旋转变压器9、接线盒10；参看图6-7所示，所述的机壳1上设有螺旋水道；机壳1的侧边设有直角进水龙头1-3；直角进水龙头1-3与螺旋水道连通，机壳1采用水冷的方式，保证永磁电机充分散热；参看图1所示，机壳1的前后两侧分别设有前端盖4和后端盖5；前端盖4、后端盖5上均设有轴承6；接线盒10固定在机壳1的侧方，并避开直角进水龙头1-3的位置；转子2和定子3设在机壳1内；转子2和定子3均与电机轴8同心；转子2设在定子3的内侧；转子2的一端通过锁紧螺母7与电机轴8固定连接，另一端穿过后端盖5与旋转变压器9连接；参看图3所示，转子2包含转子铁心2-1、转子挡板2-2和磁钢2-3；转子挡板2-2设在转子铁芯2-1的两端；参看图4所示，磁钢2-3采用一字型布置方式设在转子铁芯2-1上；参看图5所示，定子3包含定子铁心3-1和设在定子铁芯3-1上的定子线圈3-2；定子铁心3-1采用斜槽结构设计，可以有效减小永磁电机的噪声，削弱永磁电机的齿槽转矩；
参看图6-7所示，所述的机壳1包含外盖1-1、端盖1-2、机壳身1-4、内盖1-5；端盖1-2设在机壳身1-4的两端；外盖1-1设在两侧端盖1-2的外侧；内盖1-5设在端盖1-2的内侧；螺旋水道设在机壳身1-4上。
起重机运行机构和起升机构用的电机属于断续周期工作制，电机处于频繁启停状态，异步电机启动电流是额定电流的好几倍，启动过程的电能消耗比较大，容易引起电机的发热，降低了异步电机的使用寿命，而且启动电流过大会对电网造成冲击，影响工厂内其他设备正常运行。而采用本具体实施方式所述的水冷直驱永磁电机的直驱方式后，启动过程可以通过控制器控制，限制了启动电流过大的情况，不仅节约了用电成本，而且不影响其他设备正常运行。
本具体实施方式所述的水冷直驱永磁电机转速低，轴承的损耗小，提高了轴承的使用寿命，并且电机的风磨耗也非常小，几乎可以忽略不计，提高了电机的效率；可以实现单电机，双电机以及四电机驱动，驱动方式根据实际需要任意选择；起重机整个系统的传动效率得到了提升，减速箱的取消也极大程度地减小了后期维护与检修工作，大大提高了整个起重机系统的可靠性与稳定性。
起重机吊重物行走时，大车和小车运行的平稳性至关重要；本具体实施方式所述的水冷直驱永磁电机采用分数槽绕组，转矩脉动非常小，并且启动和停止的过程可以通过控制器调整，因此运行十分平稳。
本具体实施方式的水冷直驱永磁电机还可在塔吊、龙门吊、港机门机和堆取料机行走、小跑上应用，省去了励磁损耗，使电枢铜耗相对减小，电机的效率大大提升，同时，由于电动机损耗减少，绕组温升也将有所降低，节约大量电能。
以上所述，仅用以说明本发明的技术方案,而非限制本领域普通技术人员对本发明的技术方案所做的其它修改或者等同替换，只要不脱离本发明技术方案的精神和范围，均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (2)

1.起重机用水冷直驱永磁同步电机，其特征在于它包含机壳、转子、定子、电机轴、旋转变压器、接线盒；所述的机壳上设有螺旋水道；机壳的侧边设有直角进水龙头；直角进水龙头与螺旋水道连通；机壳的前后两侧分别设有前端盖和后端盖；前端盖、后端盖上均设有轴承；接线盒固定在机壳的侧方，并避开直角进水龙头的位置；转子和定子设在机壳内；转子和定子均与电机轴同心；转子设在定子的内侧；转子的一端通过锁紧螺母与电机轴固定连接，另一端穿过后端盖与旋转变压器连接；转子包含转子铁心、转子挡板和磁钢；转子挡板设在转子铁芯的两端；磁钢采用一字型布置方式设在转子铁芯上；定子包含定子铁心和设在定子铁芯上的定子线圈；定子铁心采用斜槽结构设计。
2.根据权利要求1所述的起重机用水冷直驱永磁同步电机，其特征在于所述的机壳包含外盖、端盖、机壳身、内盖；端盖设在机壳身的两端；外盖设在两侧端盖的外侧；内盖设在端盖的内侧；螺旋水道设在机壳身上。
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