CN109888985A - 一种小空间用低速大转矩永磁电动机驱动系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种小空间用低速大转矩永磁电动机驱动系统，包括电动机、活动联接在所述电动机输出轴上的直交轴减速机和柔性连接在所述电动机上的变频器，其特征在于，所述电动机为低速大转矩永磁同步电动机，所述低速大转矩永磁同步电动机输出轴与直交轴减速机输出轴成90度夹角，所述低速大转矩永磁同步电动机输出轴端与直交轴减速机输入轴端采用花键联轴器联接，所述低速大转矩永磁同步电动机机壳与所述直交轴减速机机壳相连接，所述直交轴减速机为单级减速机。本发明的有益效果是：为设备提供的低转速大转矩的驱动相比传统的驱动方式具有体积小、重量轻、低转速、大转矩、永磁同步电动机高效节能、节省材料成本、便于安装维护的特点。

Description

一种小空间用低速大转矩永磁电动机驱动系统

技术领域

本发明属于直交轴电动机驱动系统，尤其涉及应用于矿用机械设备中的一种小空间用低速大转矩永磁电动机驱动系统。

背景技术

在石油运输、煤炭、等行业的机械装备中，设备安装空间经常受到限制，因此需要提供一种低转速大转矩的驱动。

对于该问题，传统的解决方案是采用三相异步电动机、液力耦合器和减速机组合的方式来提供动力驱动。

其中三相异步电动机起动转矩不大，难以满足带负载起动的需要；大转矩不大，用于驱动经常出现短时过负荷的负载。

由于三相异步电动机启动转矩不大，为了满足带负载启动的需求需要增加液力偶合器来实现电动机的软启动，先让电动机空载起动，再由液力偶合器驱动负载。这种办法要增加添购设备的投资，并且液力耦合器结构复杂，与普通联轴器相比，液力耦合器体积庞大，因此增加液力耦合器将导致机组的运行可靠性明显下降，显著增加维护困难程度。

在实际生产中，尤其在设备安装空间受限时，所述组合中的减速机则采用直交轴的形式来节省空间，然而由于三相异步电动机的转速高，减速机需要多级减速才能将转速降低至需要的转速，这样就造成了减速机的减速机构庞大，进而使减速机的体积变大。

因而三相异步电动机、液力耦合器和减速机组合的方式存在结构复杂、转速高、机械磨损大、维护成本高等缺点。

近年来，随着永磁电动机技术的不断发展成熟，永磁直驱电动机被越来越多的应用在这种低速大转矩的驱动中。由于电动机的体积与电磁转矩成正比，对于同一台电机而言，其功率正比于电机转速和转矩的乘积，这种采用低速大转矩电动机直驱的方式，为了得到更好的低速大转矩的效果，往往电动机的极数设计的非常大，发电机的结构变得非常复杂，体积庞大，需要进行整机吊装维护，因而此种方式有体积大、重量大、制造成本高、安装运输不方便等问题。

发明内容

为克服上述现有技术缺陷，本发明提供一种小空间用低速大转矩永磁电动机驱动系统。

本发明所采用的具体技术方案为：

一种小空间用低速大转矩永磁电动机驱动系统，包括电动机、活动联接在所述电动机输出轴上的直交轴减速机和柔性连接在所述电动机上的变频器，所述电动机为低速大转矩永磁同步电动机，所述低速大转矩永磁同步电动机输出轴与直交轴减速机输出轴成90度夹角，所述低速大转矩永磁同步电动机输出轴端与直交轴减速机输入轴端采用花键联轴器联接，所述低速大转矩永磁同步电动机机壳与所述直交轴减速机机壳相连接，所述直交轴减速机为单级减速机。

优选的，所述低速大转矩永磁同步电动机的输出轴端设有电动机输出轴外花键，所述直交轴减速机输入轴端设有减速机输入轴外花键。

优选的，所述花键联轴器轴线方向一端设有输入端内花键，另一端设有输出端内花键，所述花键联轴器在所述输出端内花键的一端设有惯性轮，所述惯性轮为圆盘形且与所述花键联轴器同轴。

优选的，所述电动机输出轴外花键与所述输入端内花键装配在一起，所述减速机输入轴外花键与所述输出端内花键装配在一起。

优选的，所述低速大转矩永磁电动机顶部中间部位设有集成接线盒，所述集成接线盒内设有电源接线端和传感器接线端，。

优选的，所述变频器安装在远离电动机的设备柜中且通过集成接线盒与所述低速大转矩永磁电动机连接在一起。

由于采用特殊电磁与结构设计，优化电机制造工艺，根本上改变永磁同步电机电磁设计思路，提高材料利用率，使得低速大转矩永磁电动机体积小、重量轻。

同时因为低速大转矩永磁电动机的输出转速低，减速机速比小，对于同一类减速机而言，速比越小，体积越小，所以与低速大转矩永磁电动机相配的减速机体积也变小了。

此外由于电机与减速机直接联接在一起，省掉了体积庞大的液力耦合器，进一步减小了整个驱动系统的体积。

同功率等级永磁驱动系统与传统异步驱动系统重量对比:

驱动类型	功率	转矩	重量
				永磁电机驱动系统	200KW	32000N.m	2400kg
传统电机驱动系统	200KW	32000N.m	4000kg

由同功率等级永磁驱动系统与传统异步驱动系统重量对比表格可看出，以煤矿用的刮板机专用低速大扭矩永磁驱动系统体积、重量可比替换前传统异步电机加减速机的结构减少1/2至1/3。

又由于低速大转矩永磁电动机启动采用变频器来驱动，电流是随着负载逐步增加，不存在大电流冲击的情况。

联轴器键用于连接轴和轴上零件，进行周向固定以传递转矩，如齿轮、带轮、联轴器与轴的连接，键连接可以分为松键连接、键连接和花键连接三大类，花键连接是由轴和轮毂孔上的多个键齿和键槽组成，键齿侧面是工作面，靠键齿侧面的挤压来传递转矩，花键连接具有较高的承载能力，定心精度高，导向性能好，可实现静连接或动连接，还可起到拆装方便的作用，因此，在飞机、汽车、拖拉机、机床和农业机械中得到广泛的应用，带惯性轮结构的花键联轴器实现了低速大扭矩直交轴永磁电机驱动系统的机械储能与释放，提高了低速大扭矩直交轴永磁电机驱动系统的稳定性能。

其中变频器运行中，周围温度的允许值为0-40℃避免阳光直射。由于变频器内部存在着功率损耗，工作过程中会导致变频器发热，要使周围温度控制在允许范围内，必须在变频器安装柜内增设换气装置或通风口，甚至增设空调制冷，强迫降低周围温度，而变频器周围的湿度应在40%-90%之内，周围湿度过高，电气绝缘降低，金属部分易受腐蚀。同时会引起漏电，甚至打火、击穿等现象，如果设置场所有限，湿度较高，应采用密封式结构并采取除湿措施，同时变频器周围不能有腐蚀性、爆炸性或可燃性气体，其工作环境中需少尘埃、少油雾，腐蚀性气体会腐蚀变频器内的金属部分，不能维持变频器长期稳定地运行，爆炸性气体的存在，变频器内继电器和接触器动作时产生的火花，电阻等发热器件的高温，都有可能引发着火，发展为火灾或爆炸事故，尘埃和油雾过多，在变频器内附着、堆积、导致绝缘降低，影响发热体散热，降低冷却进风量，使变频器内温度升高，不能稳定运行。

本发明的积极效果是：为设备提供的低转速大转矩的驱动相比传统的驱动方式具有体积小、重量轻、低转速、大转矩、永磁同步电动机高效节能、节省材料成本、便于安装维护的特点。

附图说明

图1是本发明一种小空间用低速大转矩永磁电动机驱动系统的正视图；

图2是图1中所示本发明一种小空间用低速大转矩永磁电动机驱动系统中减速机的正视图；

图3是图2中所示本发明一种小空间用低速大转矩永磁电动机驱动系统中低速大转矩永磁电动机的正视图；

图4是图3中所示本发明一种小空间用低速大转矩永磁电动机驱动系统中花键联轴器的正视图；

图例说明：1—变频器， 2—低速大转矩永磁同步电动机， 3—花键联轴器，4—直交轴减速机，5—输入端内花键，6—输出端内花键，7—减速机输入轴外花键，8—电动机输出轴外花键，9—集成接线盒，10—惯性轮。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细描述：

具体实施例：

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底” “内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

实施例一：

一种小空间用低速大转矩永磁电动机驱动系统，包括电动机、活动联接在所述电动机输出轴上的直交轴减速机4和柔性连接在所述电动机上的变频器1，所述电动机为低速大转矩永磁同步电动机2，所述低速大转矩永磁同步电动机2输出轴与直交轴减速机4输出轴成90度夹角，所述低速大转矩永磁同步电动机2输出轴端与直交轴减速机4输入轴端采用花键联轴器3联接，所述低速大转矩永磁同步电动机2机壳与所述直交轴减速机4机壳相连接，所述直交轴减速机4为单级减速机，所述低速大转矩永磁电动机顶部中间部位设有集成接线盒9，所述集成接线盒9内设有电源接线端和传感器接线端，所述变频器1安装在远离所述低速大转矩永磁同步电动机2的设备柜中且通过集成接线盒9与所述低速大转矩永磁同步电动机2连接在一起，其中所述单级减速机简称为单级减速器，可为分直交轴单级蜗轮减速机与直交轴单级齿轮减速机以及直交轴单级RV减速机，安装型式为分卧式与立式两种，在本方案中上述的直交轴单级蜗轮减速机、直交轴单级齿轮减速机和直交轴单级RV减速机均可用，根据所应用的工况合理的选用卧式或者立式的安装方式，现选用直交轴单级蜗轮减速机和其卧式安装方式详细说明其应用，首先将直交轴单级蜗轮减速机的减速机输入轴外花键7与低速大转矩永磁电动机的电动机输出轴外花键8通过联轴器连接起来，然后将直交轴单级蜗轮减速机的机壳与低速大转矩永磁电动机的机壳用螺栓连接在一起，并将这个组合固定在设备的指定位置，同时直交轴单级蜗轮减速机输出端与设备连接，该连接方式可以直接市面通用的联轴器连接也可以通过皮带和皮带轮的方式连接，还可以通过链条和链轮的方式连接，技术人员可根据其应用工况灵活决定，最后将变频器1连接在低速大转矩永磁电动机上，并将变频器1本体固定在远离低速大转矩永磁同步电动机2的位置，方便实现远程控制和维护，同时也在一定程度上避免了因变频器1引起的矿内易燃易爆气体的爆炸是事故。

实施例二：

一种小空间用低速大转矩永磁电动机驱动系统，包括电动机、活动联接在所述电动机输出轴上的直交轴减速机4和柔性连接在所述电动机上的变频器1，所述电动机为低速大转矩永磁同步电动机2，所述低速大转矩永磁同步电动机2输出轴与直交轴减速机4输出轴成90度夹角，所述低速大转矩永磁同步电动机2输出轴端与直交轴减速机4输入轴端采用花键联轴器3联接，所述低速大转矩永磁同步电动机2机壳与所述直交轴减速机4机壳相连接，所述直交轴减速机4为单级减速机，所述低速大转矩永磁同步电动机2的输出轴端设有电动机输出轴外花键87，所述直交轴减速机4输入轴端设有减速机输入轴外花键7，所述花键联轴器3轴线方向一端设有输入端内花键5，另一端设有输出端内花键6，所述花键联轴器3在所述输出端内花键6的一端设有惯性轮10，所述惯性轮10为圆盘形且与所述花键联轴器3同轴，所述电动机输出轴外花键8与所述输入端内花键5装配在一起，所述减速机输入轴外花键7与所述输出端内花键6装配在一起，其中所述的惯性轮10是一个固定在花键联轴器3上的圆盘状结构的圆柱体，其直径大于低速大转矩永磁同步电动机2的输出轴和直交轴减速机4的输入轴，花键连接具有较高的承载能力，定心精度高，导向性能好，可实现静连接或动连接，还可起到拆装方便的作用，同时带惯性轮10结构的花键联轴器3，利用惯性轮10自身的惯性实现了低速大扭矩直交轴永磁电机驱动系统的机械储能与释放，提高了低速大扭矩直交轴永磁电动机驱动系统的稳定性能。

具体使用时：

本发明实施时，低速大转矩永磁同步电动机2通过变频器1启动，变频器1驱动低速大转矩永磁同步电动机2启动，低速大转矩永磁同步电动机2输出轴开始转动，由于低速大转矩永磁同步电动机2输出轴端与直交轴减速机4输入轴端采用花键联轴器3联接，所以在花键联轴器3传递作用下，直交轴减速机4获得低速大转矩永磁同步电动机2传递过来的转动动能开始转动，又由于所述低速大转矩永磁同步电动机2输出轴与直交轴减速机4输出轴成90度夹角，所以经过直交轴减速机4传递后电机的旋转运动改变了90°方向传递给下级设备，同时将电机提供的转动动能在最小损耗的情况先专递给下级设备。

上述实施例对本发明做了详细说明。当然，上述说明并非对本发明的限制，本发明也不仅限于上述例子，相关技术人员在本发明的实质范围内所作出的变化、改型、添加或减少、替换，也属于本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种小空间用低速大转矩永磁电动机驱动系统，包括电动机、活动联接在所述电动机输出轴上的直交轴减速机和柔性连接在所述电动机上的变频器，其特征在于，所述电动机为低速大转矩永磁同步电动机，所述低速大转矩永磁同步电动机输出轴与直交轴减速机输出轴成90度夹角，所述低速大转矩永磁同步电动机输出轴端与直交轴减速机输入轴端采用花键联轴器联接，所述低速大转矩永磁同步电动机机壳与所述直交轴减速机机壳相连接，所述直交轴减速机为单级减速机。

2.根据权利要求1所述一种小空间用低速大转矩永磁电动机驱动系统，其特征在于，所述低速大转矩永磁同步电动机的输出轴端设有电动机输出轴外花键，所述直交轴减速机输入轴端设有减速机输入轴外花键。

3.根据权利要求1所述一种小空间用低速大转矩永磁电动机驱动系统，其特征在于，所述花键联轴器轴线方向一端设有输入端内花键，另一端设有输出端内花键，所述花键联轴器在所述输出端内花键的一端设有惯性轮，所述惯性轮为圆盘形且与所述花键联轴器同轴。

4.根据权利要求3所述一种小空间用低速大转矩永磁电动机驱动系统，其特征在于，所述电动机输出轴外花键与所述输入端内花键装配在一起，所述减速机输入轴外花键与所述输出端内花键装配在一起。

5.根据权利要求1至4之一所述一种小空间用低速大转矩永磁电动机驱动系统，其特征在于，所述低速大转矩永磁电动机顶部中间部位设有集成接线盒，所述集成接线盒内设有电源接线端和传感器接线端。

6.根据权利要求5之一所述一种小空间用低速大转矩永磁电动机驱动系统，其特征在于，所述变频器安装在远离电动机的设备柜中且通过集成接线盒与所述低速大转矩永磁电动机连接在一起。