CN109969945A - 一种具有容错功能的一体化起重机用永磁直驱提升系统 - Google Patents

一种具有容错功能的一体化起重机用永磁直驱提升系统 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种具有容错功能的一体化起重机用永磁直驱提升系统，其包括起重机小车架及永磁直驱电机内置型提升机构、电能回收单元、变频控制器；永磁直驱电机内置型提升机构包括制动器、卷筒和多相永磁同步直驱电机；卷筒的两端通过轴承安装在轴承座上；多相永磁同步直驱电机内置于卷筒中，其通过支架与起重机小车架固定连接；多相永磁同步直驱电机包括两个输出轴，其中一个输出轴与制动器连接，另一个与卷筒固定相连；变频控制器用于对多相永磁同步直驱电机进行控制；电能回收单元用于回收多相永磁同步直驱电机运行产生的电能。本发明采用永磁同步电动机内置于卷筒中，具有体积小、重量轻、传动链短的优点。

Description

一种具有容错功能的一体化起重机用永磁直驱提升系统
技术领域
本发明涉及一体化起重机用永磁直驱提升系统，尤其涉及一种具有容错功能的一体化起重机用永磁直驱提升系统。
背景技术
传统的起重机用提升系统采用驱动电机、减速机、制动器和联轴器的结构形式，系统传动链长、机械损耗大、故障率高、占用空间多，且驱动电机采用三相电机，而三相电机在出现缺相故障时，轻则造成停机、停产，影响系统的正常运行；重则产生严重事故,致使人员和财产遭受巨大损失。
发明内容
为解决上述背景技术中存在的问题，本发明提出一种具有容错功能的一体化起重机用永磁直驱提升系统，其采用多相永磁同步直驱电动机内置于卷筒中，具有体积小、重量轻、传动链短的优点。
本发明解决上述问题的技术方案是：一种具有容错功能的一体化起重机用永磁直驱提升系统，包括起重机小车架，其特殊之处在于：
还包括设置在起重机小车架上的永磁直驱电机内置型提升机构、电能回收单元、变频控制器；
所述永磁直驱电机内置型提升机构包括制动器、卷筒和多相永磁同步直驱电机；所述卷筒的两端通过轴承安装在轴承座上，所述轴承座固定在起重机小车架上；
所述多相永磁同步直驱电机内置于起卷筒中，所述多相永磁同步直驱电机通过支架与起重机小车架固定连接；所述多相永磁同步直驱电机包括两个输出轴，其中一个输出轴与制动器连接，另一个输出轴与卷筒固定相连；驱动卷筒运转；所述变频控制器用于对多相永磁同步直驱电机进行控制；电能回收单元用于回收多相永磁同步直驱电机运行产生的电能。
进一步地，上述多相永磁同步直驱电机为低速电机，包括分数槽集中绕组定子，所述分数槽集中绕组定子采用有绕组定子齿结构。
进一步地，还包括智能容错控制系统；所述智能容错控制系统在多相永磁同步直驱电机的分数槽集中绕组定子绕组发生一相或多相开路故障时，利用剩余的正常相来补偿故障相而继续运行，无需停机修改任何硬件电路,即可使得电机仍然平稳运行或降载运行,保证系统在电机故障情况下仍然运行而不发生事故。而三相电机在出现缺相故障时,轻则造成停机、停产,影响系统的正常运行；重则产生严重事故,致使人员和财产遭受巨大损失。
所述的智能容错控制系统将故障检测诊断技术与容错运行机制融合成一个整体,一旦检测到多相永磁同步直驱电机发生开路故障,则立即启动故障诊断模块,根据开路的严重程度启用相对应的容错控制运行机制,通过改变电流的幅值和相位，在故障状态重新形成圆形磁场，即将剩余的多相绕组看作一个新系统，从而保证永磁同步直驱电动机在缺相状态下输出转矩的平稳性，而且尽量获得最大的输出转矩以保证系统有足够大的输出功率和调速范围。
进一步地，上述永磁同步电机专用变频控制器的直流母线侧与电能回收单元连接，电能回收单元在电能不足时控制回路自动切入工频电源工作并进行电能补充，当起重机下放重物时多相永磁同步直驱电机处于发电状态，电能通过永磁同步电机专用变频器反馈至直流母线并被电能回收装置吸收储存，提升重物时，电动机优先消耗电能回收装置中的能量，做到电能随储随用，节电效果显著。
进一步地，还包括智能化起重机监控系统；所述的智能化起重机监控系统可以实时监测卷筒运行线速度、直流母线电压、电能回收单元剩余电量、输出电流及多相永磁同步直驱电机运行状态，并可以根据运行数据及历史数据进行智能分析判断，可以预测系统可能发生的故障，从而可以及时对系统进行维护，避免重大事故发生；所述多相永磁同步直驱电机运行状态包括定子电压、定子电流、绕组温度、电机转速等。
进一步地，上述电能回收单元采用锂电池、超级电容等进行储能。
本发明的优点：
本发明是一款高度集成型的起重机提升系统，设计理念先进，打破了传统及欧式起重机的结构格局，本发明采用内置型低速永磁直驱电机结构，不需要减速机，大幅度缩小设备体积并且启动、运行、停止平稳、无机械冲击，无冲击电流，自动化集成度高，在保证吊车卷筒整体尺寸不变的前提下，简化传动链；本发明独特的电能回收装置，储存下放电能再利用，节能效果显著；本发明采用多相容错控制技术，在电机定子绕组发生故障时，仍可平稳运行，避免了由于起重机电机故障造成的损失与灾难；本发明具有效率高、体积小、结构简单、噪音低、维护成本低、节能减排等积极效果。
附图说明
图1为本发明具有容错功能的一体化起重机用永磁直驱提升系统的俯视图；
图2为图1是左视图；
图3为图1的正视图；
图4为图1中永磁直驱电机内置型提升机构的结构图；
图5为永磁直驱电机内置型提升机构装配图；
图6为多相永磁同步直驱电机装配图；
图7为分数槽集中绕组定子结构图；
图8为多相永磁同步直驱电机、卷筒的装配图。
其中：1-起重机小车架、2-永磁直驱电机内置型提升机构、3-电能回收单元、4-变频控制器、5-智能容错控制系统、6-智能化起重机监控系统、7-制动器、9-卷筒、10-多相永磁同步直驱电机、11-分数槽集中绕组定子、12-输出轴、13-有绕组定子齿、14-支架、15、第一轴承、16、第二轴承、17-卷筒端盖、18-第一轴承座、19-第二轴承座、20-台阶轴。
具体实施方式
为使本发明实施方式的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施方式中的附图，对本发明实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式是本发明一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施方式的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。
参见图1-图3，一种具有容错功能的一体化起重机用永磁直驱提升系统，包括起重机小车架1以及设置在起重机小车架1上的永磁直驱电机内置型提升机构2、电能回收单元3、变频控制器4。
参见图4-图6，所述永磁直驱电机内置型提升机构2包括制动器7、卷筒9和多相永磁同步直驱电机10；所述卷筒9的两端通过第一轴承15和第二轴承16安装在起重机小车架1上。
参见图8，所述第一轴承15的内圈固定在左端的第一轴承座18上，其外圈上固定卷筒端盖17，卷筒端盖17与卷筒左端固定连接。所述卷筒右端焊接一个台阶轴20，台阶轴20的端部固定在第二轴承16内圈上，所述第二轴承16外圈固定在第二轴承座19上，所述多相永磁同步直驱电机10内置于起卷筒9中，所述多相永磁同步直驱电机10通过支架14与起重机小车架1固定连接，所述支架14穿过第一轴承座18的内部，所述多相永磁同步直驱电机10包括两个输出轴，其中左边的输出轴穿过第一轴承座18后与制动器7连接，右端的输出轴与卷筒9内部固定相连；驱动卷筒9运转。
所述变频控制器4用于对多相永磁同步直驱电机10进行控制；电能回收单元3用于回收多相永磁同步直驱电机10产生的电能。
优选地，参见图7，所述多相永磁同步直驱电机10包括分数槽集中绕组定子11，所述分数槽集中绕组定子11采用有绕组定子齿结构13。
优选地，上述电能回收单元3采用锂电池、超级电容等进行储能。
作为本发明一个较佳实施例，在上述结构的基础上，还包括智能容错控制系统5；所述智能容错控制系统5在多相永磁同步直驱电机10的分数槽集中绕组定子11绕组发生一相或多相开路故障时，利用剩余的正常相来补偿故障相而继续运行，无需停机修改任何硬件电路,即可使得电机仍然平稳运行或降载运行，保证系统在电机故障情况下仍然运行而不发生事故。而三相电机在出现缺相故障时，轻则造成停机、停产，影响系统的正常运行；重则产生严重事故，致使人员和财产遭受巨大损失。
所述的智能容错控制系统5将故障检测诊断技术与容错运行机制融合成一个整体，一旦检测到多相永磁同步直驱电机10发生开路故障,则立即启动故障诊断模块,根据开路的严重程度启用相对应的容错控制运行机制,通过改变电流的幅值和相位，在故障状态重新形成圆形磁场，即将剩余的多相绕组看作一个新系统，从而保证永磁同步直驱电动机在缺相状态下输出转矩的平稳性，而且尽量获得最大的输出转矩以保证系统有足够大的输出功率和调速范围。
作为本发明一个较佳实施例，在上述结构的基础上，还包括智能化起重机监控系统6；所述的智能化起重机监控系统6可以实时监测卷筒9运行线速度、直流母线电压、电能回收单元剩余电量、输出电流以及多相永磁同步直驱电机10运行状态，并可以根据运行数据及历史数据进行智能分析判断，可以预测系统可能发生的故障，从而可以及时对系统进行维护，避免重大事故发生；所述多相永磁同步直驱电机10运行状态包括定子电压、定子电流、绕组温度、电机转速等。
作为本发明一个较佳实施例，在上述结构的基础上，上述频控制器4的直流母线侧与电能回收单元3连接，电能回收单元3在电能不足时控制回路自动切入工频电源工作并进行电能补充，当起重机下放重物时多相永磁同步直驱电机10处于发电状态，电能通过变频器反馈至直流母线并被电能回收装置吸收储存，提升重物时，电动机优先消耗电能回收装置中的能量，做到电能随储随用，节电效果显著。
以上所述仅为本发明的实施例，并非以此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的系统领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (6)

1.一种具有容错功能的一体化起重机用永磁直驱提升系统，包括起重机小车架(1)，其特征在于：
还包括设置在起重机小车架(1)上的永磁直驱电机内置型提升机构(2)、电能回收单元(3)、变频控制器(4)；
所述永磁直驱电机内置型提升机构(2)包括制动器(7)、卷筒(9)和多相永磁同步直驱电机(10)；所述卷筒(9)通过轴承安装在轴承座上，所述轴承座固定在起重机小车架(1)上；
所述多相永磁同步直驱电机(10)内置于起卷筒(9)中，所述多相永磁同步直驱电机(10)通过支架(14)与起重机小车架(1)固定连接；所述多相永磁同步直驱电机(10)包括两个输出轴，其中一个输出轴与制动器(7)连接，另一个输出轴与卷筒(9)固定相连；驱动卷筒(9)运转；
所述变频控制器(4)用于对多相永磁同步直驱电机(10)进行控制；电能回收单元(3)用于回收多相永磁同步直驱电机(10)产生的电能。
2.根据权利要求1所述的一种具有容错功能的一体化起重机用永磁直驱提升系统，其特征在于：
所述多相永磁同步直驱电机(10)包括分数槽集中绕组定子(11)，所述分数槽集中绕组定子(11)采用有绕组定子齿结构(13)。
3.根据权利要求2所述的一种具有容错功能的一体化起重机用永磁直驱提升系统，其特征在于：
还包括智能容错控制系统(5)；所述智能容错控制系统(5)在多相永磁同步直驱电机(10)的分数槽集中绕组定子(11)绕组发生一相或多相开路故障时，利用剩余的正常相来补偿故障相而继续运行。
4.根据权利要求3所述的一种具有容错功能的一体化起重机用永磁直驱提升系统，其特征在于：
所述永磁同步电机专用变频控制器(4)的直流母线与电能回收单元(3)连接；
提升重物时，多相永磁同步直驱电机(10)优先消耗电能回收单元(3)中的能量；电能回收单元(3)在电能不足时，多相永磁同步直驱电机(10)使用工频电源工作并对电能回收单元(3)进行电能补充；当起重机下放重物时多相永磁同步直驱电机(10)处于发电状态，电能通过永磁同步电机专用变频器(4)反馈至直流母线并被电能回收单元(3)吸收储存。
5.根据权利要求4所述的一种具有容错功能的一体化起重机用永磁直驱提升系统，其特征在于：还包括智能化起重机监控系统(6)；所述的智能化起重机监控系统(6)用于实时监测卷筒(9)运行线速度、直流母线电压、电能回收单元(3)的剩余电量、输出电流及多相永磁同步直驱电机(10)运行状态，并可以根据运行数据及历史数据进行分析判断，预测系统可能发生的故障；所述多相永磁同步直驱电机(10)运行状态包括定子电压、定子电流、绕组温度、电机转速等。
6.根据权利要求5所述的一种具有容错功能的一体化起重机用永磁直驱提升系统，其特征在于：所述电能回收单元(3)采用锂电池或超级电容进行储能。
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